基于结构光视觉的砂轮轮廓三维测量系统的研究

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1、硕士学位论文基于结构光视觉的砂轮轮廓三维测量系统的研究（工程硕士）RESEARCHONTHREE-DIMENSIONALMEASUREMENTSYSTEMOFGRINDINGWHEELPROFILEBASEDONSTRUCTURED-LIGHTVISION李晓聪哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP391学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于结构光视觉的砂轮轮廓三维测量系统的研究（工程硕士）硕士研究生：李晓聪导师：陈晓峰副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电

2、工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHREE-DIMENSIONALMEASUREMENTSYSTEMOFGRINDINGWHEELPROFILEBASEDONSTRUCTURED-LIGHTVISION(MasterofEngineering)Candidate：LiXiaocongSupervisor：AssociateP

3、rof.ChenXiaofengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着人工智能的飞速发展，工业机器人的广泛运用使具有复

4、杂曲面的零件(如汽轮机叶片)的磨削加工逐步走向了自动化。然而实际磨削过程中，工件的表面质量却不仅仅取决于机器人的路径规划精度，砂轮轮廓特征参数对其也有着直接的影响。在机器人路径规划中，需要充分考虑砂轮的径向磨损量以进行实时地补偿，通过在线获取砂轮表面的曲率和轮廓度以避免磨削过程中砂轮与工件表面产生干涉。由于国内外对砂轮工作时的外径、曲率和轮廓度等特征参数的变化关注较少，导致适用于砂轮轮廓参数测定的系统较为罕见。而且，能够进行测量的系统又由于其结构复杂、庞大，单纯用于砂轮轮廓特征参数的分析，往往会造成资源的浪费，增加

5、生产成本，降低检测效率。本文设计了一种基于结构光视觉的砂轮轮廓三维测量系统，通过对砂轮轮廓的实际测量，证明了该测量系统的可行性，可应用于自动化磨削加工过程中砂轮轮廓参数的快速提取。本文首先研究了激光光条纹中心线的高效提取方法。在对光条纹原始图像进行预处理的基础上，针对光平面标定过程靶标图像中的直线光条纹，提出了一种直线光条纹中心线的快速提取算法；针对曲率呈随机变化的砂轮轮廓光条纹中心线，对高斯拟合法进行了改进，保证了光条纹中心线的提取精度和速度。其次对砂轮轮廓测量系统结构参数的标定进行了研究。在张正友标定原理的基础

6、上，建立了一种摄像机成像非线性模型，实现了摄像机几何参数的高精度标定；结合基于平面靶标的光平面标定特征点提取方法，实现了光平面结构参数的简单高效标定；根据载物回转台绕回转中心圆周转动的特点，设计了基于棋盘靶标的回转中心标定算法。通过对砂轮轮廓测量系统进行标定实验，验证了标定方法的合理性。然后对砂轮轮廓各截面的二维点云进行了三维重建；通过坐标变换和构造局部抛物面得到了基于三维散乱点云的曲率估算方法；根据三维点云曲面拟合方法，实现了圆柱砂轮和圆锥砂轮三维点云的曲面拟合。最后基于该测量系统对砂轮轮廓参数的实际测量结果，验

7、证了该测量系统进行砂轮轮廓三维测量的可行性。关键词：砂轮轮廓；结构光；三维测量；中心线；光平面标定-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofartificialintelligence,thegrindingprocessofmachinepartswhichhavecomplexcurvedsurfaceliketurbinebladehavegraduallymovedtowardautomationduetothewidespreadapplicat

8、ionofindustrialrobots.However,inactualgrindingprocess,notonlytheaccuracyofrobotpathplanning,alsothefeatureparametersofthegrindingwheelprofilehaveadirectimpactonthesurfacequalityofw