光筆式視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的研究.pdf

1、基于視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的便攜式坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)以其攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在大型、重型制造行業(yè)中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。光筆式視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)是以光筆作為接觸式輔助測(cè)量工具的一種便攜式坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)。與結(jié)構(gòu)光測(cè)量機(jī)等一般的視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)相比，光筆式視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)具有便攜、使用方便、無(wú)線、無(wú)臂、柔性高等優(yōu)點(diǎn)，且不存在斷光干擾、具有出色的隱藏點(diǎn)測(cè)量能力，適用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中光線難以到達(dá)的工件內(nèi)腔曲面、深孔、復(fù)雜表面等特征進(jìn)行測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)大

2、尺度測(cè)量中對(duì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的關(guān)鍵部件位置尺寸的測(cè)量，在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，本文研究開發(fā)了單目與雙目光筆式的視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)，并解決了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵問(wèn)題。
　　根據(jù)光筆式視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的主要組成和測(cè)量過(guò)程，本文對(duì)系統(tǒng)硬件選擇和設(shè)計(jì)、單攝像機(jī)和雙攝像機(jī)測(cè)量原理、系統(tǒng)視覺(jué)測(cè)量算法的優(yōu)化與改進(jìn)等，進(jìn)行了較為深入的研究。本文所做的創(chuàng)新性工作主要有:首先，利用高精度平面靶實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定，對(duì)Zhang方法進(jìn)行了改進(jìn)，得到了更為準(zhǔn)確的標(biāo)定結(jié)

3、果;其次，研制了一種標(biāo)志點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)未知的反光式光筆，光筆上面標(biāo)志點(diǎn)之間的相對(duì)幾何位置、標(biāo)志點(diǎn)與測(cè)針的位置關(guān)系都沒(méi)有嚴(yán)格要求。標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)可由系統(tǒng)本身進(jìn)行精確標(biāo)定，當(dāng)標(biāo)定完成之后，標(biāo)志點(diǎn)可作為控制點(diǎn)使用，且在之后的使用過(guò)程中無(wú)需重復(fù)標(biāo)定。第三，考慮到測(cè)量目標(biāo)不同，光筆所使用的測(cè)針也將不同，因此需要對(duì)測(cè)針球頭的中心位置進(jìn)行定位，根據(jù)中心位置不變的原理，本文提出了一種高效的自主定位方法;最后，在光筆測(cè)量過(guò)程中，需要根據(jù)光筆上的標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)

4、與攝像機(jī)獲取的二維圖像平面坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)解算光筆與攝像機(jī)之間的位置關(guān)系，并根據(jù)此位置關(guān)系來(lái)確定待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。在此過(guò)程中，為了提高系統(tǒng)測(cè)量的精度，使用了基于光束平差法的優(yōu)化方法，可以在不需要準(zhǔn)確初值的情況下獲得高精度的計(jì)算結(jié)果。
　　單目與雙目光筆式視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)在工作原理上不盡相同，文章對(duì)此分別作了介紹，并在實(shí)驗(yàn)部分對(duì)兩套系統(tǒng)的測(cè)量精度進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)對(duì)孔板上點(diǎn)陣的測(cè)量分析了系統(tǒng)的測(cè)量精度，實(shí)驗(yàn)表明，在100mm×120mm的測(cè)