用于激光超声非接触检测的面型测量技术研究

摘要

随着工业的迅速发展，激光超声无损检测技术的应用范围越来越广阔。目前，激光超声无损检测的对象已不再局限于平面和圆筒圆柱等具有规则形状的工件，在航空航天及核电等工业领域，也通常需要采用激光超声无损检测技术对一些具有自由曲面形状的曲面工件进行一系列的检测工作。为了解决复杂曲面工件的激光超声自动探测问题，国家质检总局开展了基于激光超声技术的高温曲面工件自动探测设备研制这一公益性科研专项。在激光超声曲面自动探测系统研制背景下，为了保证激光超声探测时需保证检测激光沿被测物体表面法向方向扫查，以提高系统的检测精度，本文采用了基于单目相机多轮廓遮挡技术的物体三维模型重构方案来实现目标曲面法矢量提取。
　　本文建立了以CMOS相机、镜头、自动转台及计算机为基础的图像采集系统，利用张正友标定法及数学计算的形式对系统进行内外参标定，并通过计算机完成目标物体多角度图像序列的自动采集；对采集到的图像序列进行二值化、滤波去噪、去小面积等处理，提取了图像中目标物体的轮廓数据，并将多角度轮廓序列及其对应的光心点坐标数据进行了坐标转换，实现了数据在世界坐标系下的统一；与3D-Rhino软件结合，根据体相交法原理获取目标物体近似三维模型；针对基于遮挡轮廓原理体相交法得到的三维模型大于目标物体实际尺寸这一问题进行了相关理论和实验研究，得到了模型尺寸与光心点到物体的距离之间的线性变化规律，提出了基于模型尺寸相较于目标物体实际尺寸的扩大倍数反向缩小的方法将所得模型还原到目标物体实际尺寸，并进行了实验验证；在缩小后的目标物体三维模型上通过点坐标分析的方式提取了目标曲面法矢量。同时通过两个外形由简单到复杂的物体作为实验对象验证了论文方案的可行性。最后描述了如何将所获取的目标物体法矢量用于激光超声自动检测系统进行探头扫描方位的控制。论文实现了三维重构技术与激光超声无损检测技术的结合，法矢量的成功提取解决了激光超声复杂曲面工件自动探测系统的探头扫描方向的控制问题，由此为激光超声曲面自动探测系统的研制提供了依据。

目录

声明

缩略词

第一章 绪论

1. 1引言

1. 2课题来源及研究意义

1. 3激光超声技术及面型检测的研究概述

1. 4论文工作安排

第二章 基于激光超声技术的曲面工件缺陷自动检测

2. 1激光超声曲面试样缺陷检测机理

2. 2激光超声曲面工件自动检测系统总体方案设计

2. 3激光超声高温复杂曲面工件缺陷自动检测系统关键技术

2. 4本章小结

第三章 相机成像模型及物体重构原理

3. 1相机成像模型

3. 2图像采集系统内外参数求取

3. 3基于单目相机的三维重构原理

3. 4本章小结

第四章 系统标定及图像采集与处理

4. 1图像采集系统

4. 2图像采集系统标定

4. 3图像序列的采集及处理

4. 5轮廓坐标转换

4. 6本章小结

第五章 物体三维重构的实现及法向提取

5. 1 3D-R hino软件简介

5. 2 R hino界面及空间视锥体生成

5. 3物体三维模型重构

5. 4法矢量提取

5. 5实验

5. 6基于法矢量的检测系统探头调整

5. 7本章小结

第六章 总结与展望

6. 1总结

6. 2展望

参考文献

致谢

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