光学非接触三维测量仪中瞄准技术的研究

论文摘要

几何参数的测量一直是计量领域的重要研究部分。作为基础的长度测量,随着新的测量理论的提出和新测量技术的应用,从一维、二维（2-D）、三维（3-D）以至高维空间,都成为人们关注和研究的内容。光学式测量技术以其非接触、自扫描、高精度、快速获取等手段,正好满足了工业测量和检测方面的需要。非接触三维测量仪是由CCD图像传感器、PSD位置传感器、光栅传感器、光学成像系统、数据采集系统、激光发射器和计算机及相关的机械结构构成的光学非接触式三维测量装置。众所周知,边缘瞄准的精度的高低决定了一个测量仪器的性能,本文利用光学测量具有的非接触性、全场测量性和高精度性的特点以及光电传感器设计了一种非接触式光学测头。该检测仪将三维测量分为平面二维测量和Z方向的一维测量。平面二维测量主要利用CCD成像技术,图像处理技术,亚像素细分技术等实现了对被测物边缘的自动”描准”,自动计算。文中详细介绍了该检测系统具体的检测方法,设计了相应的机械结构和软件计算系统。在理论部分探讨了和图像处理技术有关的概念和一些基本算法。Z方向的一维测量利用PSD频率响应高、接口电路简单、数据采集快等特点,设计了一种非接触激光测头。和平面二维测量用CCD进行非接触瞄准类似,Z方向的一维测量用激光测头进行非接触瞄准。在理论部分介绍了PSD的相关知识,在实践部分设计了相关的硬件电路和机械结构,最后结合其检测结果,对存在的误差以及造成误差的原因进行了讨论,对测量结果的分析表明了检测方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 物体的三维测量分类
• 1.2.1 飞行时间法TOF（Time Of Flight）
• 1.2.2 干涉测量（Interferometry）
• 1.2.3 结构光法（Structured Light）
• 1.2.4 立体视觉（Stereo Vision）
• 1.2.5 离焦深度测量（Depth from defocus）
• 1.2.6 其它
• 1.3 三维测量的关键技术
• 1.4 光学非接触测量的讨论
• 1.5 课题主要工作内容
• 第2章 系统总体结构介绍和测量原理
• 2.1 引言
• 2.2 光电检测系统
• 2.2.1 CCD 及其发展趋势
• 2.2.2 光电位置传感器
• 2.2.3 光栅尺传感器
• 2.3 系统总体结构
• 2.4 本章小结
• 第3章 平面二维的非接触测量
• 3.1 引言
• 3.2 图像测量的理论基础及系统组成
• 3.2.1 CCD 成像技术
• 3.2.2 图像的基本概念
• 3.2.3 图像采集和处理分析
• 3.3 图像的处理与分析
• 3.3.1 中值滤波
• 3.3.2 图像分割
• 3.3.3 亚像素定位原理及选用条件
• 3.3.4 几种亚像素定位算法的研究
• 3.4 亚像素定位的实现
• 3.5 图像边缘的计算
• 3.6 测量方法分析
• 3.7 系统软件设计
• 3.7.1 操作流程图
• 3.7.2 用户界面设计
• 3.8 图像处理结果与误差分析
• 3.8.1 误差评定
• 3.8.2 误差分析
• 3.9 本章小结
• 第4章 Z 方向上的非接触式测量
• 4.1 引言
• 4.1.1 一维PSD 结构及工作原理
• 4.1.2 PSD 主要特性
• 4.1.3 PSD 技术的应用
• 4.1.4 PSD 在Z 方向测量中的应用
• 4.2 测量原理
• 4.3 硬件电路设计
• 4.4 软件编程流程图
• 4.5 系统使用框架
• 4.6 测量结果与误差分析
• 4.6.1 测量结果及分析
• 4.6.2 影响测量的各种因素
• 4.7 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢