线结构激光三维视觉检测系统及其关键技术研究

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1、华中科技大学博士学位论文线结构激光三维视觉检测系统及其关键技术研究姓名：周会成申请学位级别：博士专业：机械设计及理论指导教师：周济;周云飞2001.3.1华中科技大学博士学位论文摘要=／一峨结构光三维视觉检测技术在产品质量控制、反求工程等领域有着广泛的应用．j本文基于几何模型驱动策略和光学三角法原理，开发线结构激光三维视觉检测系统，研究将三维视觉测量技术用于产品尺寸快速检测以及实物反求设计的若干关键技术。针对中小零件的快速检测问题，本文提出了一种基于激光机器视觉的全貌测量方法。艟过三维实物的全貌比较测量．可避免由于测点选择及检

2、测系统定位中的偶然因素影响，比一般的基于单点测量的方法更为准确可靠。设计了全视场自扫描测头，可以方便地对零件进行扫描／首次提出了标定镜头光轴与光平面之间夹角(光面角)的斜平面法．怀管是在本文设计的全视场自扫描测头中还是在一般线结构光三角法测头中．都存在光面角的标定问题。本文利用一个与摄像机光轴成一定倾角的平板，结合线结构光视觉测头的物像关系数学模型，设计了标定光面角的斜平面法0本文还提出了利用三向移动靶标实现线结构光视觉测头全场标定的新思路，并对此做了初步的研究。本文对线结构光视觉检测技术的精度问题进行了深入的研究。7提出了在

3、中、小尺寸零件测量中的光带边缘效应问题。总结了评价光带中心分散性的两个指标：行向散布半径和标准偏差。针对影响激光三角法测量的最主要因素：激光散斑，设计了分段平滑算法在空域对光带中心进行平滑处理，降低了光带中心分散程度。广j首次提出了多视角数据云合成的数学模型．深入研究了物体三维测量中的多视角数据云台成问题。牲研究现有的数据点群配准和多视点距离图像集成等相关方法的基础上．提出处理确定性多方位数据云合成问题的函数变换矩阵标定法．r～1通过对规则形状的组合表面零件的数据云处理技术的充分研究，采用交互技术实现了由数据云到零件几何模型的

4、重构．在蚵提出了任意形状平面、不完全圆柱面、不完全球面数据云的边界搜索算法．研究了任意方位圆柱面的最小二乘拟合算法和一些特定尺寸的计算问题．(本文开发的线结构激光三维视觉检测系统，对平面间距类尺寸的重复铡量精度达到+_4Hm，角度量的重复测量精度达到±6’。长度类尺寸与三座标测量机的比对误差O．02mm。卜一关健词-三维视觉检测光学三角法数据云线结构光图像处理几何模型重构．f．鼯；．华中科技大学博士学位论文AbstractLinestructured3Dvisioninspectiontechnologyiswidelyuse

5、dinqualitycontrolandreverseengineering．Basedongeometricalmodeldrivenstrategyandopticaltriangulationmethod，keytechniquesof3Dvisionmeasurementforrapidinspectionofproductsandreverseengineeringarestudiedinthisthesis．aline—structuredlaservisioninspectionsystemisdeveloped

6、fortheresearch．Forrapidinspectionofsmallandmiddle-sizedpart，aroundviewsurfacescanningmethodispresentedbasedon3Dlasermachinevision．Influenceofrandomfactorsinpointsselectionandpartlocationcanbeavoidedbyaround-viewcomparingformeasurementof3Dobject．Scannerwithfullfieldo

7、fviewscanningabilitythatcanscanpartinaneasywayisdesigned．Aslopeplatemethodispresentedinthispapertocalibratetheanglebetweenthecamera’sopticalaxisandthelightplane(optical—planeangle，OPA)．CalibrationofOPAisanimportantissueforboththescannerwithfullfieldofviewscanningabi

8、lityandforotherline-structuredlightopticalscanner．TheOPAcalibrationissueissolvedbyestablishinganappropriatecameramodelandusingaplatepositi