面向3C消费电子全尺寸测量光机电系统研究

摘要

近年来，随着工业自动化和视觉检测技术的迅速发展，影像测量和激光测量已普遍应用在实际的成产中。非接触式测量可以克服测量环境的影响，实现对工件的高精度测量。面对市场上测量仪功能单一、测量效率不高的现象，本文所研制的测量设备集影像测量技术、线激光三维测量技术、接触式测量技术和全局标定技术等于一身，可实现多个测量工站、多传感器的在线转盘式全尺寸测量系统。
　　本文的主要研究内容如下：
　　1)论述了国内外接触式测量和非接触式测量的相关设备，详细陈述了非接触式测量的方法。最后对3C行业尺寸相关测量仪做出对比，由于此类设备功能比较单一、产能不高、占地面积大，因此研制一套在线式高速高精度的全尺寸测量系统。
　　2)对测量尺寸的需求做出详细分析，根据测量原理和测量效率设计出转盘式设备架构和相应的测量工站。通过对相机、镜头、图像采集卡、线激光传感器、接触式位移传感器以及直线电机等硬件进行分析对比，确定测量元器件选型，并对光机电系统中的各个测量工站进行设计，从而实现了整机光机电系统的硬件研制。
　　3)对系统进行标定，包括相机标定、PPG标定、线激光精度标定、实物仿形标定以及全局标定，实现了各测量工站的精度标定，同时将多传感器坐标系的融合，统一到同一世界坐标系中进行测量。
　　4)针对各个尺寸的测量提出了相应的测量原理与计算方法。采用影像测量方法实现二维平面尺寸的测量，使用接触式位移传感器实现厚度尺寸的测量，采用线激光扫描实现台阶尺寸、轮廓度、平面度的测量，同时针对上述的形位公差尺寸给出各自的计算方法。研究了滤波算法、边缘检测算法、最小二乘算法、点云数据的预处理、点云拼接以及曲面重构等相关技术，实现了光机电系统中不同测量工站的相关尺寸测量。
　　5)对本文设计的测量设备进行测量系统评价，主要在GRR（重复性和再现性）、偏倚、线性度以及相关性分析等几个方向展开实验，测量结果与评判原则进行对比，结果表明该在线测量系统满足要求。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 全尺寸测量光机电系统研究的背景

1.2 全尺寸测量光机电系统的研究现状

1.3 全尺寸测量光机电系统关键技术及其研究的意义

1.4 本文主要研究内容与需解决的问题

第二章 面向3C消费电子全尺寸测量光机电系统设计

2.1 光机电系统总体方案

2.2 整机工站简介

2.3 影像测量工站

2.4 线激光测量工站

2.5 接触式面厚度测量工站

2.6 本章小结

第三章 面向3C消费电子全尺寸测量光机电系统标定与几何尺寸的计算方法

3.1 系统标定

3.2 平面尺寸的计算方法

3.3 电池台阶相关尺寸的计算方法

3.4 厚度尺寸的计算方法

3.5 轮廓度的计算方法

3.6 平面度的计算方法

3.7 本章小结

第四章 面向3C消费电子全尺寸测量光机电系统评价

4.1 重复性与再现性评价

4.2 系统偏倚和线性度分析

4.3 系统相关性分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢