一种快速三维型面激光扫描系统的开发及研究

论文摘要

围绕数字化三维激光扫描及模型构建这一逆向工程主题,近十年来,一些相似的扫描装备陆续出现,这些装备具有以三坐标机为检测实现方式的共同点,由于结构上的局限性,检测盲区与检测速度是该类设备的共同问题。毫无疑问,这严重阻碍了数字化三维测量的发展。本文的目的就是提供一种能够实现无盲区表面三维数字化测量和加工质量快速评估的智能三维激光测量系统。从机械结构、控制系统及操作系统结构等几个角度介绍了一种三维激光扫描系统设计方案。系统集成了先进的数据处理技术,激光扫描技术,先进控制技术及机器人技术,有效地借助于光机电一体化技术实现了被测对象表面检测及三维表面模型重构智能化及自动化。系统由具有电驱动装置的激光测头,C型滑臂,升降旋转台,电控系统及主控计算机组成。通过所设置测量参数,系统能够对不同形状的被测物体进行扫描路径规划,进而通过激光测头,C型滑臂及升降转台的全自动协调控制完成对具有复杂形面结构的无盲点三维表面测量任务。本文的原理是,结合激光测量、控制和三维模型反求技术及理论,打破以三坐标移动平台为代表的传统三维扫描模式。基于一种独特的C型臂扫描装置和大承载力高平稳度升降转台实现对复杂表面的无盲点三维扫描,该装备不仅可以有效地解决在位三维测量的问题,而且可以实现加工质量快速评估。在极大的提高了扫描精度同时有效的缩短了扫描时间。该系统不仅通过发明独特的运动机构使检测功能和效率得到了极大的提高,而且通过系统的集成化设计,使检测和数据后处理过程实现了简单化、智能化和快速化。通过对系统参数标定,系统激光测头的运动控制精度为:0.0045mm,升降转台旋转运动控制精度为0.016度,升降转台升降运动控制精度为0.02mm,扫描精度0.2mm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 三维激光测量技术综述
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 三维激光测量技术应用领域
• 1.1.3 三维激光测量技术的发展现状
• 1.2 三维激光测量的关键技术
• 1.2.1 非接触三维激光测量关键技术
• 1.2.2 三维激光测量相关研究领域
• 1.3 课题目标与本文主要内容
• 1.3.1 课题目标与技术路线
• 1.3.2 本文主要内容
• 第2章 三维型面激光扫描系统结构
• 2.1 系统执行结构设计思想
• 2.2 系统结构
• 第3章 系统运动学数学模型
• 3.1 系统运动学数学模型
• 3.2 系统运动学数学模型的验证
• 第4章 控制系统
• 第5章 系统软件结构
• 5.1 系统软件结构
• 5.2 系统软件界面
• 第6章 系统参数标定、精度分析和扫描数据
• 6.1 编码器及光栅尺标定
• 6.2 系统手眼参数标定
• 6.3 精度分析
• 6.4 扫描数据
• 第7章 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历