高精度光學(xué)三維標(biāo)示關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，隨著數(shù)字化制造技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中不斷推進(jìn)深化，大量困難的制造問(wèn)題被攻克，但隨之而來(lái)的是制造工藝的迅速?gòu)?fù)雜化，從而顯現(xiàn)出很多難以克服的新問(wèn)題，尤其是工人在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中角色的改變，很多通行已久的人工操作制造方法已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代制造系統(tǒng)的需要。本文從一個(gè)新的視角出發(fā)，針對(duì)復(fù)雜制造系統(tǒng)中的人工操作的特點(diǎn)及其面臨的與數(shù)字化制造不夠匹配的局面，提出利用三維投影標(biāo)示技術(shù)來(lái)提高人工操作制造環(huán)節(jié)中的數(shù)字化、自

2、動(dòng)化水平，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過(guò)調(diào)研并總結(jié)已有的類似技術(shù)及其應(yīng)用狀況，旨在解決非結(jié)構(gòu)化工作空間中大尺寸工件的加工裝配定位問(wèn)題，本文分析了投影標(biāo)示系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理及其關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的分類和詳細(xì)討論并構(gòu)建了通用化投影標(biāo)示原型系統(tǒng)。論文完成的主要研究工作有：
　　1、針對(duì)大尺寸工件的加工裝配定位需求，提出一種更加通用化的外部引導(dǎo)式投影標(biāo)示系統(tǒng)構(gòu)型，使得三維定位設(shè)備統(tǒng)一對(duì)工件和投影標(biāo)示設(shè)備進(jìn)行位姿測(cè)量的外部引導(dǎo)式工作方式

3、成為可能。同時(shí)，基于外部引導(dǎo)式投影標(biāo)示設(shè)計(jì)方法將基于不同投影顯示原理的投影單元的實(shí)現(xiàn)方式統(tǒng)一為投射單元校準(zhǔn)和外參標(biāo)定兩個(gè)步驟。
　　2、針對(duì)基于數(shù)字面陣投影標(biāo)示的實(shí)現(xiàn)方式，詳細(xì)研究了數(shù)字面陣投影設(shè)備的校準(zhǔn)流程。反向應(yīng)用小孔成像與鏡頭畸變模型對(duì)數(shù)字面陣投影機(jī)進(jìn)行了投影成像內(nèi)參數(shù)的精確標(biāo)定。通過(guò)分析相機(jī)成像畸變模型及其全幅畸變校正原理，提出了適合數(shù)字投影機(jī)的像面預(yù)畸變法校正投影鏡頭畸變的全套實(shí)現(xiàn)流程，并采用基于空間相位解算的方法對(duì)投影

4、機(jī)內(nèi)參數(shù)標(biāo)定的結(jié)果進(jìn)行了全幅面標(biāo)定精度驗(yàn)證。為了避免相機(jī)采集引入的誤差和噪聲，還使用了基于直接光束捕獲原理的投影機(jī)鏡頭畸變標(biāo)定方法對(duì)投影鏡頭畸變進(jìn)行了精密測(cè)定與非參數(shù)補(bǔ)償。以提升標(biāo)示精度為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了并優(yōu)化了數(shù)字投影機(jī)外參數(shù)標(biāo)定方法，并完成了標(biāo)示精度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　3、對(duì)基于激光振鏡掃描的投影標(biāo)示的實(shí)現(xiàn)方式，以及傳統(tǒng)二維振鏡在精密投影標(biāo)示系統(tǒng)的特定應(yīng)用場(chǎng)景，本文提出了基于平面模板的方法對(duì)激光振鏡掃描投影系統(tǒng)進(jìn)行了內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)的聯(lián)

5、合標(biāo)定和對(duì)應(yīng)的精度驗(yàn)證方法，并分別應(yīng)用模型法和非參多項(xiàng)式插值法對(duì)激光振鏡投影單元進(jìn)行了基于二維角度量輸入的投射畸變矯正和精度驗(yàn)證。設(shè)計(jì)了并優(yōu)化了激光振鏡投影系統(tǒng)的外參數(shù)標(biāo)定方法，并完成了標(biāo)示精度實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　4、針對(duì)精密投影標(biāo)示系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)面臨的應(yīng)用細(xì)節(jié)問(wèn)題做了分析。討論了投影標(biāo)示系統(tǒng)的在數(shù)字化設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用要求。提出了投影標(biāo)示質(zhì)量預(yù)評(píng)價(jià)方法，并針對(duì)如何利用標(biāo)示質(zhì)量預(yù)評(píng)價(jià)方法解決對(duì)投影標(biāo)示系統(tǒng)的工作位姿優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了部分