基于线结构光视觉的轴径测量算法研究

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1、ＩＢ圓圓■—————————————————————基于线结构光视觉的轴径测量算法研究—————————————————————StudyofShaftDiameterMeasurementAlgorithmBasedonLine-structuredLightVision————————————作者姓名：刘思远专业名称：机械设计及理论研究方向：结构光视觉测量指导教师：谭庆昌学位类别：工学博士培养单位：机械科学与工程学院论文答辩日期：2016年5月31日授予学位日期：年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位盲审专家正高级北京航空航天大学主席李占国教授长

2、春工业大学盲审专家正高级重庆大学委员王淑坤教授长春理工大学盲审专家正高级华南理工大学秦四成教授吉林大学王继新教授吉林大学谭庆昌教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。博±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的

3、作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中＾＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：充Ｊ复日期：＞《年（月作者姓名刘思远论文分类号TP391保密级别公开研究生学号2012411031授予学位学位类别工学博士吉林大学单位培养单位机械科学与专业名称机械设计及理论（院、所、中工程学院心）2012年09月研究方向结构光视觉测量学习时间至2016年06月论文中文基于线结构光视觉的轴径测量算法研究题目论文英文StudyofShaftDiameterMeasurementAlgorithmBasedonLine-structu

4、redLightVision题目关键词线结构光系统标定，光条中心点检测，轴径测量(3-8个)导师姓名谭庆昌职称教授情况学历学位工学博士工作单位吉林大学论文提交日期2016年03月26日答辩日期2016年月日是否基金资助基金类别无项目及编号如已经出版，请填写以下内容出版地（城市出版者（机构）名称名、省名）出版日期出版者地址（包括邮编）摘要摘要基于线结构光视觉的轴径测量算法研究轴是机械加工中常见的零件，而轴径的在线测量对发展先进的机械加工制造技术具有重要的作用。线结构光视觉测量系统由摄像机与线型激光器组成，根据光学三角形原理进行三维测量。为了提高线结构光视觉测量轴径的精度，本文通过对轴表面

5、光条中心点检测、线结构光测量系统的标定和轴径测量算法进行了理论和实验研究。首先，分析了不同材质和形状的被测物表面，光条横截面的灰度分布情况。根据测量轴径的要求，提出了直线形光条和椭圆曲线形光条的中心点检测算法的评价方法，并利用这两种方法对重心法，高斯拟合法和Steger算法进行评价。为了解决物体表面材质反光影响光条图像质量的问题，本文提出一种对光条图像进行改善的光条归一化方法。其次，研究了线结构光测量系统的标定方法，标定过程包括摄像机标定和光平面标定。为提高光平面方程的标定精度，提出利用量块优化光平面方程参数的改进标定方法，并对比了传统方法和改进方法的标定精度。在实验中，分析了镜头光圈

6、，背光源功率和激光器功率对标定精度的影响，并采用正交实验法，获得三个设备参数的最优组合。接着，根据轴上光条的几何特征，分析了最小二乘椭圆拟合轴径测量算法和参数椭圆拟合轴径测量算法。为了解决椭圆拟合算法测量精度较低的问题，利用被测轴轴线的方向向量，建立与轴线垂直的虚拟平面，并在该平面上设置局部坐标系。在该坐标系下，研究提出圆心约束测量算法，以提高轴径测量精度。最后，在静态实验中，验证了圆心约束算法的轴径测量精度，并研究了摄像机安装位置、光平面与被测轴轴线的夹角、图像噪音对轴径测量精度的影响。在动态实验中，验证了在不同转速下圆心约束算法的测量精度，并分析了被测轴转速对轴径测量精度和稳定性的

7、影响。本文的研究工作对轴径非接触在线测量具有工程应用价值。关键词：线结构光系统标定光条中心点检测轴径测量IAbstractAbstractStudyofShaftDiameterMeasurementAlgorithmBasedonLine-structuredLightVisionTheshaftisapopularcomponentinmechanicalprocessing,thereforeon-linemeasurementofsha