岩石表面线结构光扫描三维测量方法的研究

摘要

随着岩石表面分形技术的研究和视觉检测技术的发展，基于激光测量原理的表面轮廓仪在岩石表面数据测量，力学分形研究领域得到了广泛应用。传统测量方法通过投射点结构激光到被测岩石表面进行采样扫描，得到全部表面点的空间数据。这种测量技术精度较高，但测量速度比较慢。 本文基于线结构光扫描测量原理，结合电控平移台，建立了一套岩石表面线结构光扫描三维测量系统。该测量系统具有测量范围大、精度较高、测量速度快的特点。 论文主要研究内容如下： 1．分析了现有的岩石表面轮廓三维测量技术及其优缺点，利用线结构激光扫描测量方法来获取岩石表面轮廓数据，并建立了测量系统的数学模型； 2．利用圆孔平面板靶标实现了对系统光平面参数的标定，获取较多的标定点参与计算，通过构造无约束最优目标函数解非线性方程组，保证了标定精度，并进行扫描测量精度实验，实验结果显示，空间位置测量精度高于0.2mm； 3.为线结构激光器设计了基于串口通信和单片机控制原理的直流电压源，以实现用软件控制线结构激光器的发光亮度； 4.在实验室条件下，建立了一套岩石表面线结构光扫描测量系统；

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声明

第一章绪论

1.1表面测量技术及测量仪器的发展

1.2表面测量技术在岩石力学方面的应用

1.3本课题的主要研究内容和意义

第二章系统组成及原理

2.1测量系统的组成

2.2测量系统的数学模型

2.2.1线结构光传感器的数学模型

2.2.2扫描测量的两种方式

2.2.3平移扫描测量模型

第三章系统参数标定

3.1摄像机标定

3.1.1摄像机标定的原理

3.1.2摄像机标定实验

3.2光平面标定

3.2.1.光平面标定的方法

3.2.2光平面标定实验

第四章系统电源的设计

4.1电源系统的组成

4.2软件控制的实现

4.3电路原理

4.3.1电路板芯片选型

4.3.2电路原理说明

4.4电压输出稳定性实验

第五章测量实验及数据

5.1实验系统组成

5.2扫描测量实验

第六章全文总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢