超大尺度線結構光感測器及掃描測量中的關鍵技術研究

《超大尺度線結構光感測器及掃描測量中的關鍵技術研究》是依託中國海洋大學，由解則曉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超大尺度線結構光感測器及掃描測量中的關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：解則曉
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

現代製造業對產品的質量控制提出越來越高的要求，大型工件的線上快速檢測變得十分迫切。現有的非接觸光學測量方法均存在測量範圍小，測量效率低等缺點。基於此本課題提出一種超大掃描視場和超大景深的線結構光掃描測量方法。首先，提出利用準一維靶標標定大視場攝像機，同時利用該靶標根據交比不變原理獲取光平面內的標定點，實現線結構光感測器內參數的標定；以準一維靶標上的編碼點之間的測量距離和真實距離之差為約束對結構光內參數進行最佳化；在掃描運動過程中測量同一個標記點，根據標記點的像面坐標和對應的位置確定運動軸在攝像機坐標系中的方向矢量，實現將光平面中的二維坐標轉換到掃描運動機構的三維坐標系中。本課題的意義在於解決了大型工件的現場快速檢測問題，實現100%的質量控制，該方法同樣適合中小尺寸工件的檢測。其中的大視場攝像機標定，超大尺度線結構光感測器內參數標定方法和外參數標定方法對本領域的相關研究均具有指導意義。

結題摘要

在製造業中，對生產過程中零部件和產品的加工質量的要求越來越高，許多大型工件需要線上快速測量，如動車車門，轎車車門，汽車覆蓋件，大型鈑金件，大型鑄件等。這類物體尺寸大，製造速度快，要求其測量速度與加工速度相適應，通常是幾十秒或幾分鐘就要測完；同時這類物體中通常包含複雜自由曲面，對他們的測量需要採集大量的點雲數據，然後將這些點雲數據與他們的原始設計數模進行比對可以快速判斷該產品是否合格。在這種情況下由於被測物體的尺寸大，而且包含複雜幾何特徵，需要大量的點雲數據來描述，同時要求對這類物體進行線上快速測量。針對這種需求本項目提出超大尺度快速三維掃描測量技術。採用新型標定靶標解決了超大視場攝像機內外參數的標定問題，提出超大尺度線結構光雷射平面內標定點的獲取方法，以及線結構光內參數的最佳化方法；確定從二維光平面到三維掃描運動機構機器坐標系的變換關係，實現了將線結構光感測器獲取的二維數據轉換到掃描運動機構的三維坐標系中變為三維數據。在此基礎上提出了一種旋轉式超大尺度線結構光測量方法，並對其內外參數的標定進行了研究。超大尺度線結構光感測器由於尺度的變化在相機標定，結構光內參數標定，結構光外參數標定等與傳統的結構游標定方法有很大差別。傳統的攝像機標定，線結構光內參數和外參數的標定在超大尺度中不在適應。因此，本文所提出的攝像機標定方法，線結構光內外參數的同時標定方法都具有較大的創新性，為三維大場景的快速掃描測量奠定了較好的理論基礎。由實驗結果可知，使用設計的結構光感測器內外參數同時標定方法計算得到的結構光內外參數具有更高的測量精度和穩定性，該方法滿足超大尺度線結構光掃描系統的各方面需求。本課題的意義在於解決了大型工件的現場快速檢測問題，實現100%的質量控制，該方法同樣適合中小尺寸工件的檢測。其中的大視場攝像機標定，超大尺度線結構光感測器內參數標定方法和外參數標定方法對本領域的相關研究均具有指導意義。