大型锻件在线尺寸测量系统研究.pdf

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1、大型锻件在线尺寸测量系统研究李建丽2014年1月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540大型锻件在线尺寸测量系统研究作者姓名李建丽学院名称机电学院指导教师朱炜答辩委员会主席徐立新教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Researchontheon-linedimensionalmeasurementsystemforlargeforgingsCandidateName：LiJianliSchoolorDepartment:MechatronicalEngineeringFacultyMentor:ZhuWeiCha

2、ir,ThesisCommittee：Prof.LixinXuDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一

3、同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要大型锻件制造技术是重大装备制造的关键技术之一，主要用于电力、冶金、石化、造船、重型机械、航空航天等领域。随着科学技术的快速发展，重型装备行业对大型锻件的需求日益增加，质量要求越来越高。但是，当前的大型锻件制造技术，特别是尺寸测量技术，存在精度比较差，效率低的问题。其尺寸测量仍然需要工人在高温环境下手持大型机械量具完成，并且测量误差较大。为了降低废品率，不得不加大冷加工余量，而造成了资源浪费。因此，大型锻件尺寸测量技术亟需得到改善与提高。

4、本课题针对大型锻件尺寸测量技术展开研究，以研究测量精度高、适用性强、操作简单、速度快的在线测量系统为目的。本文主要完成的工作如下：（1）设计了一种基于线结构光与线阵CCD摄像机扫描的大型锻件尺寸测量系统。基本思想是将垂直投射的线结构光条与视野为水平的线阵CCD摄像机形成的交点作为特征点，通过高精度云台带动结构光投射器与摄像机实现快速扫描测量。基于结构光视觉解析几何模型，通过图像信息、位置与角度信息等获取三维坐标数据点云。（2）针对测量系统对实时性的要求，设计了基于FPGA开发图像采集与处理系统。在该系统中，对云台发射的脉冲信号进行检测，实现云台扫描与相机采集的同步；利

5、用FPGA并行处理特点，实现图像采集与图像处理的同步实时操作，极大地提高了测量系统效率。（3）完成了数据点云的获取与处理。基于向量法与三点共线的摄像机标定方法，得到相机参数；然后根据解析几何原理将像素和角度信息换算成三维坐标，从而获得所需的数据点云。通过椭圆拟合得到椭圆中心，将多个中心进行直线拟合获得锻件轴线，最终得到锻件直径。为了验证拟合效果，设计了仿真数据生成算法。（4）进行了测量系统软件设计。完成相机参数设置，图像显示，测量数据信息接收等功能。PC与云台控制器通过以太网通信，利用云台控制器提供的API函数，编程实现云台的运动控制。（5）进行了实验验证。单点各个坐

6、标的测量精度均小于8mm；对245mm轴的直径拟合精度小于10mm。关键词：大锻件；尺寸测量；结构光视觉测量；标定；椭圆拟合；最小二乘法I北京理工大学硕士学位论文AbstractManufacturingtechnologyoflargeforgingsisoneofthekeytechnologiesofmanufacturingmajorequipment.Andthelargeforgingsarewidelyusedinthefieldofelectricpower,metallurgy,petrochemical,shipbuilding,heavymach

7、ineryandaerospace.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thedemandforbulkyforgingsisgrowing,andthequalityisbecomingmoreandmoreimportant.Butthepresentmanufacturingtechnologyofforgings,especiallythetechnologyofbulkyforgings’dimensionalmeasurement,stillhavetheproblemsoflowa