基于激光线扫描传感器的大自由曲面测量系统.pdf

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1、2012年第31卷第12期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)79基于激光线扫描传感器的大自由曲面测量系统康岩辉，张恒(中国计量科学研究院，北京100013)摘要：大型自由曲面的测量对于逆向工程、产品质量检测等具有重要意义。基于激光线扫描传感器与可大范围运动的工业机器人手臂，提出了一种非接触、高效率的测量方法。论述了测量系统的原理与组成结构，研究了自由曲面的数据处理技术，着重分析了系统所采用的点云拼合方法。实验结果表明：该方法能够实现较高精度的测量，对大型自由曲面的测量效果也较为理想

2、。关键词：激光传感器；线扫描传感器；自由曲面测量；点云拼合中图分类号：TP212．9文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)12--0079--04TLarget^ree-I^-OrmsurtnacemeaSUrement-syst·em1basea’0nlaserline．scansens0rKANGYan—hui，ZHANGHeng(NationalInstituteofMetrology，BeUing100013，China)Abstract：Themeasurementoflargefree-formsurface

3、isofgreatimportanceforreverseengineeringandproductqualityinspection．Basedonlaserline—scansensorandarmofindustryrobotwhichCanmoveinlargerange，anon—contacthigheficiencymeasurementmethodisproposed．Theprincipleandstructureofmeasurementsystemisintroduced，anddataprocessingtech

4、niqueoffree—formsurface，especiallythepointcloudregistrationisstudied．Theexperimentalresuhsshowthatthismeasurementsystemcanrealizeahighprecisemeasurement，andcanachieveasatisfiedeffectforthemeasurementoflargefree—formsurface．Keywords：lasersensor；line—scansensor；free—formsu

5、rfacemeasurement；pointcloudregistration0引言测量效果。在现代工业生产中，尤其是在航天航空、汽车、模具制1测量系统结构造等领域，具有复杂自由曲面外形的大型零件越来越多，而测量系统的基本结构如图1所示，该系统以激光线扫且对零件的结构和外形要求非常高，传统人工测量的方式描传感器为数据获取装置，将大范围移动机构(如机器人已不能满足现代化生产对自由曲面测量的要求，如何准手臂)作为传感器运动载体，实现对大型自由曲面的自动确、快速地对产品的曲面进行测量成为研究热点之一。扫描；利用计算机将传感器测量数据与运动机构

6、位姿数据以激光传感器为代表的光学非接触测量方式具有速度进行处理，进行坐标系统一与数据拼合重构等，最终得到曲快、效率高、精度好等优点，日益广泛地应用于测量领面的形貌。域J，其中，基于线结构光原理的激光扫描传感器结构简单、测量方便可靠。但由于线扫描传感器本身无运动结构J，同时也受测量对象、测量范围等限制，往往单一的传感器并不能完成自由曲面的测量，需要进行与可移动设备进行组合，并利用数据拼合、坐标系统一、误差分析等若图1测量系统结构干技术才能实现高精度、高效率、多角度、大范围的自由曲Fig1Structureofmeasurementsyst

7、em面测量。本文将激光线扫描传感器应用于大型自由曲面测1．1激光扫描传感器量系统，首先阐述其系统结构和组成，着重针对数据获取后测量数据采集所使用的nxSensor—I型传感器是美国的处理技术进行研究，并用实验验证该系统的测量精度与nextWare公司生产的一种基于激光三角法测量原理获取三收稿日期：2012-05-11传感器与微系统第3l卷维空间中不透明物体表面形状的新型传感器，如图2所示。中有重合的区域，对A中需要参加匹配的点云，在中寻它具有先进的数字成像技术与实时数据采集处理功能；具找最近点，并建立合适的目标函数；理论上，当2个数据完

8、有嵌入式数字信号处理器(DSP)，用于专用的从实时图像全匹配时，目标函数应为零，但是由于噪声的存在，并不总数据计算出3D坐标，无需图像采集卡；对于动态跟踪对象是存在对应点，因此，目标函数最小表示在噪声和误差