面向反求工程的多傳感器集成及數(shù)據(jù)融合技術研究.pdf

1、在復雜產(chǎn)品的大批量制造及重要零部件(如汽輪機葉片)的檢測過程中，經(jīng)常需要對零件形狀進行快速測量與及時評價，并采取相應對策，以減少廢品的產(chǎn)生或生產(chǎn)事故的發(fā)生幾率。接觸式和非接觸式測量是形狀測量的兩個主要方法。接觸式探頭(接觸式)測量具有精度高、適應性強的特點，其不足是速度慢、效率低?；诩す獾?D傳感設備(非接觸式)雖然具有速度快、效率高的優(yōu)點，但是易受到光亮面的鏡面反射等因素影響，導致測量數(shù)據(jù)殘缺和不完整。由此可知，兩種傳感器的優(yōu)點和缺

2、點存在一種互補關系，即接觸式傳感器的缺點可以用非接觸式傳感器的優(yōu)點進行補償，反之亦反。通過集成兩種方法優(yōu)點，實現(xiàn)復雜形狀特征的高速測量的測量系統(tǒng)，已成為當前的熱點研究問題之一。本文重點對多傳感器測量中的傳感器測量標定、多傳感器測量數(shù)據(jù)的融合、多傳感器的精確對齊等關鍵技術進行深入研究，并通過構建實現(xiàn)復雜曲面零件測量的多傳感器測量系統(tǒng)，驗證本文的研究結論。具體研究工作如下：
　　 提出了基于正弦函數(shù)精密標塊的多傳感器標定方法。該方法

3、在研究多種典型傳感器測量工作原理的基礎上，結合測量系統(tǒng)中移動及轉(zhuǎn)動工作臺的特點；基于標定形狀變化愈豐富標定愈準確的思想，以含有兩個方向變化、多個波峰波谷的正弦函數(shù)精密制造型面作為標塊，對常用的接觸式測量探頭、點激光、線激光等傳感器進行測量標定，使標定的三維測量數(shù)據(jù)點能夠準確地反應測量型面的形狀。經(jīng)實際平面測量驗證，測量誤差可以控制在各自傳感器的測量誤差之內(nèi)。
　　 提出了基于卡爾曼濾波的多傳感器測量數(shù)據(jù)隱含曲面數(shù)學統(tǒng)計意義上的融

4、合估計方法。為了實現(xiàn)多傳感器測量數(shù)據(jù)的融合，將卡爾曼濾波應用于測量數(shù)據(jù)曲面的估計，不僅綜合考慮不同傳感器尤其不同種類傳感器測量不確定性統(tǒng)計特征，而且融合了對工件外形的初始先驗估計，實現(xiàn)了多傳感器測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定估計。
　　 基于卡爾曼濾波的多傳感器測量數(shù)據(jù)融合方法，推導了各向同性多傳感器測量數(shù)據(jù)基于卡爾曼濾波的增量和批處理形式，并給出了增量和批處理融合形式等價條件，使用戶可根據(jù)不同測量條件下優(yōu)化選擇測量數(shù)據(jù)融合形式，實現(xiàn)接觸式傳感器

5、單點測量數(shù)據(jù)以及非接觸式大批測量數(shù)據(jù)條件下的高效融合。
　　 同時，針對測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計不確定性存在各向異性特征，本文在上述基于卡爾曼濾波的多傳感器測量數(shù)據(jù)融合基礎上，推導了各向異性多傳感器測量數(shù)據(jù)基于卡爾曼濾波的融合公式，使其支持更一般條件下的多傳感器測量數(shù)據(jù)隱含曲面的估計。
　　 為了建立工件外形多傳感器測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一描述，本文提出多傳感器測量數(shù)據(jù)基于迭代融合的ICP 對齊方法。此方法充分利用了基于卡爾曼濾波方法的多傳感器

6、測量曲面的高效穩(wěn)定統(tǒng)計估計特性，通過ICP 對齊方法，提高了不同傳感器測量數(shù)據(jù)之間點與點之間映射的準確性，從而實現(xiàn)了多傳感器測量數(shù)據(jù)到統(tǒng)一公共坐標系下的精確對齊。為了在對齊過程中實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)對齊，推導了基于卡爾曼濾波的多傳感器測量數(shù)據(jù)融合方法的數(shù)據(jù)收回公式，保證了該迭代融合對齊過程的收斂性。
　　 為了使包含多個傳感器、工作臺的多傳感器測量系統(tǒng)得到靈活控制，提出了基于高腳本文件的可編程柔性測量控制方法。此方法實現(xiàn)了接觸式測量、點