三维激光扫描技术在工业检测中的应用研究

摘要

三维激光扫描技术作为近年来发展起来的高新技术，以其高精度、高密度、实时性和主动性的特点，正在备受业内人士的青睐，它所独有的技术优势和特性决定了它在众多领域具有广泛的应用前景。因此，结合三维激光扫描的技术优势将其应用到工业检测领域中，作为传统测量方法的有益补充，具有重要的理论与现实意义。
　　本文研究了基于泰勒级数展开及基于罗德里格矩阵两种坐标转换方法，并以Matlab语言作为坐标转换的开发工具，实现了三维激光扫描坐标系向其他坐标系的转换。通过实验数据对比分析，得出了基于罗德里格矩阵坐标转换方法不仅适用于小角度空间坐标转换，也适用于大角度空间坐标转换，解决了传统七参数坐标转换方法对旋转角度大小的限制。计算过程简单快速，无需进行迭代运算，并且可以取得较高的转换精度。
　　针对Trimble GS200和Trimble FX三维激光扫描测量仪的技术指标，设计了仪器检测实验场和检测方案，进行点云数据的采集，通过对实验数据的分析，得出通过高精度的公共点对三维激光扫描数据进行坐标转换，可以实现坐标系的统一及提高三维激光扫描测量仪的测量精度。确定了公共点的分布位置以及公共点的个数对三维激光扫描测量仪测量精度的影响，以及通过对三维激光扫描点云数据进行拟合来研究粗差的剔除方法，并对拟合的数据进行精度评定，本文主要研究了点云数据的平面拟合方法。

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Contents

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究的主要现状

1.3 本文研究的主要内容

2 地面三维激光扫描测量技术

2.1 地面三维激光扫描原理

2.2 三维激光扫描系统的分类

3 三维激光扫描数据获取及处理

3.1 三维激光扫描数据的获取

3.2 点云数据处理

3.3 点云数据的拼接方法

4 三维激光扫描仪坐标转换原理及实现

4.1 基于泰勒级数展开的坐标转换方法

4.2 基于罗德里格矩阵坐标转换方法

4.3 三维工业测量系统简介

5 三维激光扫描仪实验数据分析

5.1 坐标转换精度分析

5.2 重复扫描精度评价

5.3 两点间距离测量精度分析

5.4 公共点的位置及个数对坐标转换的影响

6 点云数据的曲面拟合

6.1 曲面拟合原理

6.2 规则曲面拟合

6.3 拟合实例

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果

附 录