基于單目視覺的大型工件現(xiàn)場測量系統(tǒng)研究.pdf

1、在航空、航天、船舶、汽車等現(xiàn)代數(shù)字化制造領(lǐng)域，對大型工件幾何尺寸、表面形狀的現(xiàn)場測量工作越來越多，精度要求越來越高。然而，以三坐標測量機為代表的傳統(tǒng)測量設(shè)備及技術(shù)，已經(jīng)難以滿足當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)日益提高的檢測需求。近年來，基于視覺的光筆式坐標測量系統(tǒng)，因其具有體積小、重量輕、測量空間大、便于攜帶等優(yōu)點，已成為國內(nèi)外研究的熱點并具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對基于單目視覺的大型工件現(xiàn)場測量系統(tǒng)中涉及的若干關(guān)鍵技術(shù)及理論進行了深入研究，主要研究內(nèi)容和成

2、果包括：
　　1、在對LED點光源亮度控制方式進行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實現(xiàn)了靶點亮度自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以保證大跨度測量范圍內(nèi)光筆在不同位置處其靶點成像的一致性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)采用以多級電壓切換單元確定LED的驅(qū)動電流，并配合PWM方波信號確定LED點亮頻率的控制方式，解決了遠距離靶點亮度強度不足和近距離靶點亮度調(diào)節(jié)分辨率不夠的問題。為了實現(xiàn)對多個靶點亮度的獨立控制，提出以“一主多從”的方式產(chǎn)生多路完全獨立可調(diào)的PWM控制信號，彌補了

3、現(xiàn)有驅(qū)動芯片不能完全獨立控制LED亮度的不足。靶點亮度控制系統(tǒng)通過建立與計算機之間的交互式通信，形成反饋機制從而實現(xiàn)了對靶點亮度的自適應(yīng)控制。
　　2、通過深入研究光學(xué)成像系統(tǒng)的工作原理及靶點光斑成像規(guī)律，設(shè)計并實現(xiàn)了主動離焦模糊成像系統(tǒng)。本文以理論分析結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合大量驗證實驗合理配置了離焦成像系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。通過在攝像機鏡頭中安裝固定尺寸的圓形光闌，解決了靶點成像光斑帶有星芒的問題。該離焦成像技術(shù)恰當(dāng)利用幾何光學(xué)中的圓孔衍射

4、，有效增大了遠距離靶點成像光斑的尺寸，降低了靶點光斑灰度梯度，為實現(xiàn)高精度的光斑質(zhì)心定位奠定了良好基礎(chǔ)。以主動離焦模糊技術(shù)和靶點亮度自適應(yīng)控制技術(shù)相結(jié)合的靶點光斑圖像生成技術(shù)，保證了在2~10m測量范圍內(nèi)均能獲得高質(zhì)量的靶點光斑圖像。
　　3、針對基于單目視覺測量系統(tǒng)中的光筆標定問題，提出一種基于一維標定尺的光筆現(xiàn)場快速標定方法。該方法僅需要單目視覺測量系統(tǒng)本身的攝像機、多個與光筆上的靶點具有相同視覺特征的輔助靶點、一個具有2個以

5、上間距已知的圓錐孔的一維標定尺，即可精確標定光筆上靶點和光筆測頭在光筆坐標系下的三維空間坐標。通過自由布置的輔助靶點與光筆上的靶點同時參與多視圖幾何問題的解算，來提高多視圖幾何求解的精度和穩(wěn)定性。利用已知間距的多個圓錐孔，巧妙解決了單目視覺測量系統(tǒng)所面臨的測量現(xiàn)場絕對幾何量值傳遞困難的問題。整個方法只需要用測量系統(tǒng)本身的攝像機拍攝多幅圖像即可完成，十分簡便易行，適合現(xiàn)場標定。
　　4、在基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，搭建了基于單