結構光組合式三維面形測量系統(tǒng)研究.pdf

1、逆向工程是當前用于產品開發(fā)和仿真加工的一種理想的并行設計的最先進手段，是制造業(yè)中消化吸收先進技術、縮短制造周期的重要支撐技術。三維面形測量技術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、研究和應用。其中，基于線結構光三角法測量原理的三維面形測量技術更以其非接觸性、無破壞、結構簡單、成本低、大量程、大視場和較高精度等特點在眾多領域得到日益廣泛的應用。目前，線結構光三維面形測量系統(tǒng)主要可分為旋轉式和平移式這兩種測量方式，但這兩種

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

3、根據被測物體形狀(旋轉體還是棱形體)選擇測量方式(旋轉測量方式或移動測量方式)，由上位軟件控制平臺向下位單片機發(fā)送相應動作指令，下位單片機接收指令后，通過I/O口驅動對應步進電機帶動工作臺作一維附加掃描運動。在工作臺作附加掃描運動時，圖像采集卡通過CCD自動采集經被測物體表面調制的變形激光光條，這些光條記錄了被測物體表面輪廓的二維信息。負責旋轉測量的步進電機步距角為0.9°，步進電機每走一步，圖像采集卡采集一幀光條灰度圖，工作臺旋轉一周

4、后完成整個面形測量，此時采集卡共采集400幀光條灰度圖；負責移動測量的步進電機步距角為1.8°，工作臺每前進0.4mm，采集卡采集一幀光條灰度圖，測量過程中，通過光電開關自動判斷光刀平面與物體表面的相交情況而觸發(fā)采集卡自動采集圖像。然后通過基于VC++編程平臺的上位控制處理程序對所采集的光條灰度圖進行處理，提取其特征輪廓線，并根據已建立旋轉測量方式或移動測量方式的數學模型獲得被測物體三維面形數據，同時系統(tǒng)以MATLAB為后臺程序實時顯示

5、被測物體的三維面形。最后利用逆向工程軟件Surfacer對點云數據進行處理，獲得光順的曲面，同時把點云數據文件格式轉換成IGES或STL格式輸出，以用于進一步的快速成型加工。 本課題內容主要包括系統(tǒng)整體結構的設計、系統(tǒng)數學模型的建立及其參數優(yōu)化、實驗平臺的軟硬件實現(xiàn)、特征輪廓線的提取、系統(tǒng)標定、點云數據的處理及輸出等。本實驗系統(tǒng)選用1/2英寸、焦距為16mm的CCD，基線距離L在一定范圍內可調。系統(tǒng)測量范圍最高可達(D×H)=2