結(jié)構(gòu)光組合式三維面形測(cè)量系統(tǒng)研究.pdf

1、逆向工程是當(dāng)前用于產(chǎn)品開發(fā)和仿真加工的一種理想的并行設(shè)計(jì)的最先進(jìn)手段，是制造業(yè)中消化吸收先進(jìn)技術(shù)、縮短制造周期的重要支撐技術(shù)。三維面形測(cè)量技術(shù)作為逆向工程的重要組成部分，近年來已得到日益廣泛的重視、研究和應(yīng)用。其中，基于線結(jié)構(gòu)光三角法測(cè)量原理的三維面形測(cè)量技術(shù)更以其非接觸性、無破壞、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、大量程、大視場(chǎng)和較高精度等特點(diǎn)在眾多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。目前，線結(jié)構(gòu)光三維面形測(cè)量系統(tǒng)主要可分為旋轉(zhuǎn)式和平移式這兩種測(cè)量方式，但這兩種

2、測(cè)量系統(tǒng)由于自身結(jié)構(gòu)的局限性，使得其在測(cè)量功能上比較單一，或只能測(cè)量回轉(zhuǎn)體，或只能測(cè)量棱形體和桿狀體。本文在充分了解這兩種測(cè)量系統(tǒng)工作原理基礎(chǔ)上，吸取兩者的共同性及各自優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)造性的將這兩種測(cè)量系統(tǒng)整合為一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，使之既能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)測(cè)量，又能實(shí)現(xiàn)平移測(cè)量，充分利用了已有硬件資源。本文是從事“結(jié)構(gòu)光組合式三維面形測(cè)量技術(shù)及其在逆向工程中的應(yīng)用”的研究(本論文部分受國(guó)家自然科學(xué)基金(69905002)資助)。 系統(tǒng)工作原理為：首先

3、根據(jù)被測(cè)物體形狀(旋轉(zhuǎn)體還是棱形體)選擇測(cè)量方式(旋轉(zhuǎn)測(cè)量方式或移動(dòng)測(cè)量方式)，由上位軟件控制平臺(tái)向下位單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)動(dòng)作指令，下位單片機(jī)接收指令后，通過I/O口驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)作一維附加掃描運(yùn)動(dòng)。在工作臺(tái)作附加掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，圖像采集卡通過CCD自動(dòng)采集經(jīng)被測(cè)物體表面調(diào)制的變形激光光條，這些光條記錄了被測(cè)物體表面輪廓的二維信息。負(fù)責(zé)旋轉(zhuǎn)測(cè)量的步進(jìn)電機(jī)步距角為0.9°，步進(jìn)電機(jī)每走一步，圖像采集卡采集一幀光條灰度圖，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)一周

4、后完成整個(gè)面形測(cè)量，此時(shí)采集卡共采集400幀光條灰度圖；負(fù)責(zé)移動(dòng)測(cè)量的步進(jìn)電機(jī)步距角為1.8°，工作臺(tái)每前進(jìn)0.4mm，采集卡采集一幀光條灰度圖，測(cè)量過程中，通過光電開關(guān)自動(dòng)判斷光刀平面與物體表面的相交情況而觸發(fā)采集卡自動(dòng)采集圖像。然后通過基于VC++編程平臺(tái)的上位控制處理程序?qū)λ杉墓鈼l灰度圖進(jìn)行處理，提取其特征輪廓線，并根據(jù)已建立旋轉(zhuǎn)測(cè)量方式或移動(dòng)測(cè)量方式的數(shù)學(xué)模型獲得被測(cè)物體三維面形數(shù)據(jù)，同時(shí)系統(tǒng)以MATLAB為后臺(tái)程序?qū)崟r(shí)顯示

5、被測(cè)物體的三維面形。最后利用逆向工程軟件Surfacer對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得光順的曲面，同時(shí)把點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件格式轉(zhuǎn)換成IGES或STL格式輸出，以用于進(jìn)一步的快速成型加工。 本課題內(nèi)容主要包括系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及其參數(shù)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟硬件實(shí)現(xiàn)、特征輪廓線的提取、系統(tǒng)標(biāo)定、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理及輸出等。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選用1/2英寸、焦距為16mm的CCD，基線距離L在一定范圍內(nèi)可調(diào)。系統(tǒng)測(cè)量范圍最高可達(dá)(D×H)=2