扫描式激光测头高精度三维面形测量方法研究

摘要

三维面形测量技术是获取物体形态特征的重要手段。随着工业技术的飞速发展,在工业、航空、航天、医药科学和逆向工程等领域对物体的三维面形测量技术的要求越来越高,传统的接触式测量已经无法满足三维面形测量的需求。而激光测量技术由于其高精度,小型化、智能化及集成化等特点,在高精度非接触式三维面形测量领域具有独到的优势。因此,开展物体三维面形测量方法的研究就具有重要的意义。
　　本文的主要研究工作包括以下几个部分:
　　首先,在详细分析与比较直射式激光三角法和斜射式激光三角法优缺点的基础上,结合实际要求,确定了直射式激光三角法作为测量方案,并对激光在敏感元件CCD上的位移量与物体实际面形的位移量之间的关系进行了详细地推导计算,设计了系统方案。
　　其次,对系统的硬件部分和软件部分进行详细地设计。设计了光学系统的结构参数,并建立了测量系统的数学模型。分析研究了图像处理算法,采用Visual C++完成了图像处理编程。通过对CCD拍摄得到的图像进行采集、滤波去噪、二值化和细化等算法处理后,最后对图像中的光刀直线进行拟合,就能计算出物体的形貌。
　　最后,搭建了激光测量实验系统并进行了系统标定,测量得到被测物体表面实际面形变化量,通过与三坐标机测量的结果比较,验证了测量方法的可行性。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 三维面形测量技术概述

1.3 激光扫描测量技术的发展与研究现状

1.4 本课题主要研究内容

1.5 本章小结

2 激光三角法三维面形测量系统方案

2.1 激光三角法测量原理

2.2 测量系统方案

2.3 本章小结

3 测量系统设计

3.1 系统的组成

3.2 系统的结构参数设计

3.3 测量系统数学模型的建立

3.4 本章小结

4 系统软件设计

4.1 软件开发工具介绍

4.2 系统软件总体结构设计

4.3 图像的采集和读取

4.4 图像预处理算法设计

4.5 图像细化处理算法设计

4.6 直线拟合与计算

4.7 本章小结

5 系统实验及误差分析

5.1 系统的标定

5.2 激光三角法平面测量结果

5.3 激光三角法曲面测量结果

5.4 测量误差分析与改进措施

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文内容总结

6.2 后期工作展望

致谢

参考文献

研究生期间发表的论文