自定位流动式快速扫描测量及大尺寸组合方法研究

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1、自定位流动式快速扫描测量及大尺寸组合方法研究Studyonrapidself-positioningscanningmeasurementandthecombinationmeasurementmethodofthelarge-scaleworkpiece学科专业：仪器科学与技术研究生：陈喆指导教师：曲兴华教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二〇一五年十二月摘要重大装备的制造过程都需要精密测量来保证，三维坐标测量是最主要的测量手段。其中单点坐标测量发展成熟，但是由于其测量效率和精度的限制，难以满足大尺寸工件形貌的测量要求，因此扫描测量得

2、到广泛应用。相比于固定式扫描仪，手持式三维扫描测量技术由于脱离了外部固定装置，避免多次移站，灵活性好而受到了重视。因此本文提出了基于惯性导航的双目结构光三维扫描仪方法，以实现自定位流动式快速扫描测量。但是单纯利用手持式扫描仪测量测量大型工件时，由于测量空间大，所需的图像拼接次数剧增，导致误差的累积效果明显，精度下降，很难实现被测工件完整形貌的高精度测量。因此必须研究全局控制和局域测量的组合方法，有效减小图像拼接引起的累计误差。本文提出了基于激光跟踪仪和手持式扫描仪的大尺寸组合测量方法。本文的主要研究内容如下：1.设计基于惯性导航的双目结

3、构光三维扫描系统，该系统主要由线结构光三维测量单元、双目立体视觉定位单元和惯性导航单元组成，实现自定位流动式扫描；2.完成扫描系统的单元标定工作，包括：相机标定、光条中心坐标提取、光平面标定、双目相机位置标定和惯性导航单元的性能测试。并完成扫描系统的初步搭建。3.建立了基于激光跟踪仪和手持式扫描仪的组合式测量方法的数学模型。采用多传感器间的数据融合的算法，保证了转换精度。并分别利用手持式扫描仪和组合测量方法对不同长度进行测量，对比两种方法的测量结果，证明组合测量方法在长度测量中能够有效降低误差。4.将组合测量方法应用于工业现场，对向家坝

4、升船机的内齿圈进行测量，获得具有内齿圈形貌特征的点云数据。并基于NURBS曲面模型利用Imageware软件对点云进行逆向重构，完成了整个测量和建模过程，并对整个测量和重构过程进行了不确定度分析与综合，得到不确定度为0.10mm。关键词：大尺寸形貌测量自定位流动式三维扫描惯性导航组合测量ABSTRACTThree-dimensionalcoordinatemeasurementisthemainmeansofgeometricmeasurement.Withthelimitationofmeasuringprecisionandeffi

5、ciency,traditionalsinglepointmeasurementdevicescannotmeetthemeasurementrequirementofthelarge-scaleworkpiece.Conversely,scanningmethodcanacquiresomuchsurfaceandappearancedatathatitiswidelyused.Amongthescanners,handheldscanner,withouttheexternalfixationdevice,hasreceivedmu

6、chattentionbecauseofeasyoperationandhighmeasurementefficiency.Therefore,inthispaper,weproposedastructuredlightscannerbasedonthebinocularstereovisionandtheinertialnavigationinordertorealizerapidself-positioningscanningmeasurement.However,forthelarge-scaleworkpiecemeasurem

7、ent,scanningisnotthebestsolution.Becausethemeasuredvolumeissolargethatthenumberofimagematchingincreasesobviouslyanderrorsareaccumulated.Soit’snecessarytostudythecombinedmethodoftheglobalcontrollingandthelocalmeasuring.Sointhispaper,acombinedmethodbasedonlasertrackerandha

8、ndheldscannerispresented.Themainresearchesinthispaperaredescribedasfollows：1.Thestructuredlightscannerb