基于激光三角测量法的高精度表面缺陷检测方法分析

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1、4．2．3相机成像原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374．3相机的标定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．3．1径向丰I[EN约束⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯394．3．2主点坐标的标定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．3．3利用Tsai两步法求相机内外参数的标定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．3．4其他外部参数的标定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43第五章实验结果与影响检测精度的因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．455．1实验结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯455．1．1标定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一455．1．2序列图像的表面复原⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯455．2影响检测精度因素的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．2．1相机性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．2．2结构参数的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．2．3激光光源的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．2．4被测表面对于精度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯47第六章总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一486．1全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯486．2系统改进方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．50硕士期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．53第一章绪论弟一早瑁记1．1引言近年来，随着科学技术和工业生产水平不断提高，对于物体表面细微轮廓、几何尺寸大小、各种模具形状及自由曲面的检测精度要求越来越高，越来越繁琐，特别是随着汽车工业、飞机制造业、微电子产业、军工产业、精密仪器制造、航空航天领域等相关技术的迅猛发展，要求对于物体表面缺陷的检测实现高速度、高精度、高质量和低磨损的“三高一低”检测原则。物体表面缺陷是指物体因生产、加工或外力接触造成的细小裂纹、凹陷或凸起。高精度就是要达到可以检测微小缺陷的目标。目前的检测方法大多采

5、用接触式探针检测，利用机械探针对被测物体进行逐点扫描的方法来提取被测物的曲面信息，从而获得物体表面的三维坐标。由于这种方法要求探头(或探针)与被测物体有接触，这样就造成了极大的局限性，必然造成测量后被测物表面的轻度磨损。而且，这种方法需要探头与被测物接触，如果物体形状复杂则不容易实现。该方法操作繁琐，速度慢，精度低，易磨损。因此，接触检测的方法不适宜对表面易划伤、形状复杂的物体进行检测。那么研究一种非接触式的高精度表面缺陷检测方法显得十分必要。目前，随着数字图像处理技术和计算机科学技术的研究和发展，使得利用非接触式检测物体表

6、面的方法提取三维数据信息变得容易【11。非接触式物体表面缺陷检测方法种类很多，主要包括飞行时间法【21、摩尔条纹法【31、相位法[41、全息干涉法【5】、双目体视法【61和激光三角法【71等等。这些方法的特点都不相同，但基本思想大体一致，都是利用光电传感器替代机械式接触测量获取被测物表面信息，由于其具有非接触、高精度、高效率、无磨损、自动化等一系列优点，必将成为现代三维曲面检测技术的重要途径及未来发展方向。1．2三维形貌测量方法概述测量物体三维形貌的方法有很多，各有优缺点，本文主要对目前使用比较多的方法进行简单介绍和分析。1

7、．2．1飞行时间法飞行时间法是指利用激光器向被测物表面投射一束激光，利用一种高精度的计数器来直接计算光脉冲从发射到接收的时间。发光器发射光的时候同时启动计数器，当光脉冲经反射回到接收器时，计数器同时停止计数。当入射光线遇到被测物表面时很快被反射回来，根据激光在被测物与检测传感器间的传播时间计算出距离，从而获得被测物的三维信息。飞行时间法是可以直接产生深度图像的方法，可直接获取被测物三维表面信息，是一种精确测距的方法。激光雷达定位的技术与毫米波雷达定位技术中大多采用飞行时间法。由于其入射光束、反射光束共轴，所以测量中不存在阴影

8、，没有“盲区”。但是为了获得准确详细的物体表面三维数据，需要脉冲信号完整扫描过被测物体的每一个点，这就导致了飞行时间法检测速度较慢，无法实现获取实时的深度数据。而且在测量中，激光点发射接收之间可能存在偏差，像素之间出现混合，都会导致测量结果的不准确性。而且该方法系统构建的成本高，搭建复杂。