面向自由曲面自动检测加工系统的关键技术研究

论文摘要

随着人们对产品性能、外形等方面要求的不断提高,具有自由曲面的工件和产品在现代人类社会中得到了越来越广泛的应用,并且伴随着航空、汽车、模具等现代工业的飞速发展,对具有自由曲面的物体的检测与加工变得越来越重要。传统的自由曲面主要采用接触式测量方法,如体视法、莫尔条纹法、光栅立体图法等,这些方法需要昂贵的仪器设备和训练有素的专门技术人员,而且测量周期长、效率低,这些缺点使得传统的接触式测量方法的发展受到了限制。曲面的非接触测量以其速度高、无磨损、连续性好等特点而越来越受到人们广泛的关注,并开始在科研与实践中得到了广泛的应用。 本文以自由曲面的自动化加工系统为应用背景,以自由曲面的自动在线检测为研究目标。研究如何将非接触光电测量技术装置与相应机器人系统相结合,构成关于平面或曲面透明壳体的厚度与外形自动测量系统,并实现该系统。从实际应用角度出发,采用线结构光方法进行曲面透明壳体厚度测量的研究。本文进行了理论和实验两方面的研究,主要的研究内容为: (1)根据非接触测量技术的发展状况和现实条件,对基于结构光测量原理的非接触式测量方法进行了深入研究;以应用线结构光技术的激光扫描测量系统作为研究内容,对精确提取光条中心的方法进行改进,建立了测量系统的数学模型。 (2)研究了摄像机测量系统标定方法,同时提出了一种基于投影矩阵M的机器人手眼标定线性化方法,在很大程度上提高了系统的标定精度。 (3)通过实验对测量系统进行了系统标定。深入分析了引起系统测量误差的原因,并利用神经网络对线结构光测量系统进行误差补偿,提高了系统的测量精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 自由曲面测量技术的发展现状
• 1.3 本文主要研究工作
• 2 基于机器视觉的自动检测技术
• 2.1 摄像机标定
• 2.1.1 几何成像模型
• 2.1.2 摄像机标定的过程及实验结果
• 2.2 机器人手眼标定
• 2.2.1 传统机器人手眼标定方法
• 2.2.2 本文采用的机器人手眼标定方法
• 3 自由曲面测量系统中的图像处理技术
• 3.1 光条中心的提取
• 3.2 光条中心点的曲线平滑
• 4 自由曲面空间点坐标的获取
• 4.1 位姿变换与齐次变换基础知识
• 4.1.1 位姿描述
• 4.1.2 点的映射
• 4.1.3 齐次坐标与齐次变换
• 4.2 自由曲面空间点三维坐标的获取
• 4.2.1 自由曲面测量系统装置
• 4.2.2 自由曲面测量系统原理
• 4.2.3 自由曲面上空间点坐标计算公式的推导
• 5 系统测量误差分析与校正技术
• 5.1 线结构光测量系统误差分析
• 5.2 线结构光测量系统误差补偿
• 5.2.1 神经网络
• 5.2.2 BP网络模型
• 5.2.3 本文所用的神经网络模型
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢