基于面结构光投影的回转式三维测量系统研究与开发

摘要

精确的物体型面几何参数的获取，随着各学科技术的发展与融合，已经在诸如逆向工程领域，生物医学工程领域，计算机视觉、虚拟现实领域，以及文物修复方面得到了广泛的应用。结构光投影测量方法由于具有非接触、无损伤、精度高、速度快等优点，是目前研究的一个热点。 在用光学方法进行物体表面三维测量时，由于光学条件本身的限制，每次测量得到的只是被测物体某一个视角的三维点云数据，因此，存在着不同视角测量点云的坐标归一化问题。针对有回转特征或可回转测量的物体，本文开发出一套基于面结构光投影的回转式三维测量系统。 本文首先从光学测量三角法原理出发，分析比较了三维轮廓测量中格雷码方法、相移法和格雷码相移综合方法，同时对基于回转轴线的坐标归一化方法进行了阐述，并进行了实验验证。 其次，对测量设备的硬件进行设计，包括系统中的投影拍摄模块和旋转台模块。在设计图像采集系统与光栅投影系统过程中，详细分析研究了各硬件的性能参数。对旋转台的驱动方式及电机的选择进行分析，设计出了精确稳定的测量转台。选择PLC控制方案对测量系统进行控制设计，同时采用MSComm控件实现PLC与PC机的串口通信。 最后，通过工程应用实例，验证了所开发的测量系统的性能与稳定性，达到了满意的结果。