基于單目視覺的大型工件現(xiàn)場測量系統(tǒng)研究.pdf

1、在航空、航天、船舶、汽車等現(xiàn)代數(shù)字化制造領(lǐng)域，對大型工件幾何尺寸、表面形狀的現(xiàn)場測量工作越來越多，精度要求越來越高。然而，以三坐標(biāo)測量機(jī)為代表的傳統(tǒng)測量設(shè)備及技術(shù)，已經(jīng)難以滿足當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)日益提高的檢測需求。近年來，基于視覺的光筆式坐標(biāo)測量系統(tǒng)，因其具有體積小、重量輕、測量空間大、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)并具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對基于單目視覺的大型工件現(xiàn)場測量系統(tǒng)中涉及的若干關(guān)鍵技術(shù)及理論進(jìn)行了深入研究，主要研究內(nèi)容和成

2、果包括：
　　1、在對LED點(diǎn)光源亮度控制方式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了靶點(diǎn)亮度自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以保證大跨度測量范圍內(nèi)光筆在不同位置處其靶點(diǎn)成像的一致性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)采用以多級電壓切換單元確定LED的驅(qū)動電流，并配合PWM方波信號確定LED點(diǎn)亮頻率的控制方式，解決了遠(yuǎn)距離靶點(diǎn)亮度強(qiáng)度不足和近距離靶點(diǎn)亮度調(diào)節(jié)分辨率不夠的問題。為了實(shí)現(xiàn)對多個靶點(diǎn)亮度的獨(dú)立控制，提出以“一主多從”的方式產(chǎn)生多路完全獨(dú)立可調(diào)的PWM控制信號，彌補(bǔ)了

3、現(xiàn)有驅(qū)動芯片不能完全獨(dú)立控制LED亮度的不足。靶點(diǎn)亮度控制系統(tǒng)通過建立與計算機(jī)之間的交互式通信，形成反饋機(jī)制從而實(shí)現(xiàn)了對靶點(diǎn)亮度的自適應(yīng)控制。
　　2、通過深入研究光學(xué)成像系統(tǒng)的工作原理及靶點(diǎn)光斑成像規(guī)律，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了主動離焦模糊成像系統(tǒng)。本文以理論分析結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合大量驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)合理配置了離焦成像系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。通過在攝像機(jī)鏡頭中安裝固定尺寸的圓形光闌，解決了靶點(diǎn)成像光斑帶有星芒的問題。該離焦成像技術(shù)恰當(dāng)利用幾何光學(xué)中的圓孔衍射

4、，有效增大了遠(yuǎn)距離靶點(diǎn)成像光斑的尺寸，降低了靶點(diǎn)光斑灰度梯度，為實(shí)現(xiàn)高精度的光斑質(zhì)心定位奠定了良好基礎(chǔ)。以主動離焦模糊技術(shù)和靶點(diǎn)亮度自適應(yīng)控制技術(shù)相結(jié)合的靶點(diǎn)光斑圖像生成技術(shù)，保證了在2~10m測量范圍內(nèi)均能獲得高質(zhì)量的靶點(diǎn)光斑圖像。
　　3、針對基于單目視覺測量系統(tǒng)中的光筆標(biāo)定問題，提出一種基于一維標(biāo)定尺的光筆現(xiàn)場快速標(biāo)定方法。該方法僅需要單目視覺測量系統(tǒng)本身的攝像機(jī)、多個與光筆上的靶點(diǎn)具有相同視覺特征的輔助靶點(diǎn)、一個具有2個以

5、上間距已知的圓錐孔的一維標(biāo)定尺，即可精確標(biāo)定光筆上靶點(diǎn)和光筆測頭在光筆坐標(biāo)系下的三維空間坐標(biāo)。通過自由布置的輔助靶點(diǎn)與光筆上的靶點(diǎn)同時參與多視圖幾何問題的解算，來提高多視圖幾何求解的精度和穩(wěn)定性。利用已知間距的多個圓錐孔，巧妙解決了單目視覺測量系統(tǒng)所面臨的測量現(xiàn)場絕對幾何量值傳遞困難的問題。整個方法只需要用測量系統(tǒng)本身的攝像機(jī)拍攝多幅圖像即可完成，十分簡便易行，適合現(xiàn)場標(biāo)定。
　　4、在基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，搭建了基于單