基于激光三角法的物料体积计量方法研究

摘要

工业领域中，常有一些形状不规则的物料需要实时测量其体积。例如在物流分拣的过程，一般快递的体积大小不一，形状各异，很难准确测量其体积。传统测量不规则物体体积的方法有人工估算或者坐标测量机。人工估算利用规则物体的长宽高替代不规则物体来估算体积，这种方法很难准确计算物体体积。坐标测量机需要利用机械接触式探针对物体表面进行逐点扫描来获取物体表面信息。该方法由于与物体存在接触，两者存在测量力、测量时间较长、需要对接触式探头进行补偿，不能测量软质材料等局限性。非接触式光学测量办法是一种快速、简单、精度较高的测量物料表面形状和体积的计量方法，对提高生产效率和降低成本方面有重要意义。　　本文基于激光三角法研究传送带定速传输物料的体积测量方法，采用635nm激光器输出点光源，经光学系统产生线光源实现对传送带上物料多截面扫描，通过固定位置工业相机采集物料表面反射的激光条纹信息输入计算机，从而计算出物料表面的三维点云数据，并采用积分方式来求解物料的体积。文章研究激光三角法测量系统标定原理，采用张正友标定算法，利用7×8标定板完成系统的标定。在参数标定上，减少了标定参数，并采用曲线拟合来计算参数提高了计算速度。　　在图像处理方面，系统研究了图像噪声的来源以及噪声对精度的影响。采用中值滤波算法进行预处理保证在提取结构光中心是不受噪声干扰。在结构光中心线提取算法中系统采用曲线拟合法提取结构光中心线，实验表明该方法提取结构光中心线稳定准确，精度达到亚像素级别。在计算物料体积时，首先建立数学模型，分析两种不规则物体截面面积计算方法，最后使用积分求解传送带上不规则物体的体积。　　本系统软件在VC++2010编程环境中设计完成的，经过大量实验数据表明该系统体积测量精度为2.58％，能够实现对非规则物体体积精确计量。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文内容安排

第二章 结构光测量原理

2．1 结构光的产生与采集

2．1．1 结构光的产生

2．1．2 漫反射模型

2．1．3 CCD传感器

2．2 激光三角法测量原理

2．2．1 直射式

2．2．2 斜射式

2．2．3 直射式与斜射式的优缺点

2．3 机器视觉原理

2．4 本章小结

第三章 激光三角法测量系统的设计和标定

3．1 测量系统设计

3．1．1 系统流程

3．1．2 系统硬件搭建

3．2 摄像机标定

3．2．1 摄像机模型

3．2．2 透镜的畸变

3．2．3 摄像机标定算法

3．3 实验参数标定

3．4 实验与数据分析

3．5 本章小结

第四章 图像处理

4．1 结构光图像预处理

4．1．1 空间域滤波

4．1．2 频域滤波

4．2 结构光条有效区域分割

4．2．1 边缘检测

4．2．2 阈值分割法

4．3 结构光中心线提取

4．3．1 极值法

4．3．2 极值重心法

4．3．3 曲线拟合法

4．4 实验与数据分析

4．5 体积计算

4．5．1 求取不规则横截面的面积

4．5．2 实验与数据分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况