基于三维激光扫描的工件表面损伤识别研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于三维激光扫描的工件表面损伤识别研究作者姓名渠文涵学位类别工程硕士指导教师张玉燕教授2016年5月中图分类号：TP274.2学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工程硕士学位论文（应用研究型）基于三维激光扫描的工件表面损伤识别研究硕士研究生：渠文涵导师：张玉燕教授副导师：陈毅强教授级高工申请学位：工程硕士工程领域：仪器仪表工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinInstrumentandMeterEngineeringRESEARCHONWORKPI

2、ECESURFACEDAMAGERECOGNITIONBASEDON3DLASERSCANNINGByQuWenhanSupervisor:ProfessorZhangYuyanYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于三维激光扫描的工件表面损伤识别研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期

3、：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于三维激光扫描的工件表面损伤识别研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要当处于设备运作时摩

4、擦磨损等现象可能出现在工件表面上，引起工件表面产生损伤/缺陷，对其表面健康状态及设备性能带来重要影响。若损伤/缺陷程度不在正常范围之内，就会引起机械故障和安全事故，造成不必要的人身危害和经济损失。因此对工件表面损伤/缺陷大小、位置等情况实现高精度的识别是非常有必要的。本文将高速滑动电接触导轨当作研究工件，依据导轨表面损伤的特点，对基于激光三角法测量原理的非接触测量方法进行了主要研究，采用高分辨率的二维激光扫描仪设计了三维信息测量系统实验平台，用于工件表面损伤信息的高精度识别研究。采用三维信息测量系统对不同材料导轨不同位置处的损伤形貌信息进行采集，测量到的三维点云数据为损伤识别的核心

5、处理数据。在三维点云数据处理技术的研究基础之上，研究损伤区域点云特征提取方法，实现对损伤区域的准确检测与定位，进而根据检测的损伤信息精确计算出损伤的损失体积及质量与识别损伤种类。首先，提出了一种基于点云平均曲率估算的工件表面损伤检测方法，通过估算代表点云“外在弯曲”几何特征的平均曲率，采用OTSU法设定曲率阈值，实现损伤特征点云的准确提取及损伤区域的精确定位。其次，为了验证上述检测方法准确与可行，又提出了一种基于点云深度映射颜色的方法，通过构建点云深度映射颜色模型，将包含损伤形貌特征的点云深度信息映射为红绿蓝(RGB)信息，采用一维最大熵法设定最优颜色阈值，实现损伤区域的准确提取。

6、然后，根据损伤提取结果及点云数据特点，求取损伤的体积进而计算损失质量。最后，根据损伤种类特点，同时为了简化分类问题，提出二叉树分类方法建立损伤分类模型，进而提取损伤特征参量，设立相应的分类规则，实现导轨表面微小损伤的识别与分类。实验结果证明了两种检测方法的是有效与可行的，还表明了损失质量小于1g的微小损伤检出率可达98%以上，质量损失检测精度可达毫克级，凹坑与划痕两大类损伤识别率可达85%以上。关键词：工件表面损伤；激光扫描；曲率估算；点云深度；损伤识别-I-燕山大学工程硕士学位论文AbstractWhentheequipmentisinoperation,frictionandw

7、earphenomenamayappearontheworkpiecesurface,causingdamage/defecttotheworkpiecesurface,whichcanhaveimportanteffectonthehealthofworkpiecesurfaceandtheperformanceofequipment.Ifthedegreeofdamage/defectisnotinthenormalrange,mechanicalfailurea