基于iGPS的复杂曲面三维点云拼接技术

提出了基于iGPS(indoor Global Positioning System)世界坐标系进行点云拼接的方法,建立了点云拼接数学模型,并求解拼接模型中的坐标转换关系。基于标准球测量实验,分别实现了基于机器人基坐标系的点云拼接和基于iGPS世界坐标系的点云拼接。研究结果表明,基于iGPS世界坐标系的点云拼接方法不受机器人定位精度的影响,拼接精度更高。     

基于MaxShot-3D的复杂零件三维形貌柔性测量技术

针对传统柔性三维形貌检测系统柔性差和需预先粘贴合作目标点的问题,提出一种基于光学坐标三维测量系统的多特征复杂零件三维形貌柔性检测系统,并介绍该检测系统的总体方案,建立相对应的数学模型,实现复杂零件三维形貌柔性测量技术的研究.对系统的测量不确定度及重复测量精度进行了实验检定,实验结果表明,该柔性检测系统具有较高的可靠性和...     

基于iGPS定位跟踪的三维形貌测量系统标定方法

基于iGPS定位跟踪的三维形貌测量系统,建立了测量系统的数学模型,介绍了传统手眼标定技术的主要原理,使用激光跟踪仪建立了系统转换关系。提出了一种融合特征点拟合的标定方法,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法得到了转换关系。对标定后的系统进行了基于机器人基坐标系和iGPS世界坐标系的点云拼接对比实验,实验结果表明,融合特征点拟合的标定方法提高了点云拼接的精度。     

三维形貌测量机器人的轨迹规划技术

针对带有深孔特征的异型曲面三维形貌的测量需求,提出基于CAD(Computer Aided Design)数模提取信息进行自适应布点的方法和基于法向精度控制的轨迹规划测量方法。通过对机器人的位移-时间、速度-时间与加速度-时间曲线的仿真分析,验证了运用高阶多项式插值法可得到平滑的轨迹曲线。通过基于法向精度控制的形貌测量实验分析形貌测量过程中TCP(Tool Centror Point)的位置偏差与角度偏差,发现位置偏差小于0.092 mm,角度偏差在0.19°内,证明了所提方法的可行性。     

基于虚拟参考面方法的高反射曲面三维形貌测量

针对常规光栅条纹反射三维形貌测量方法中对实际参考面的需求,提出了基于虚拟参考面方法。在系统标定阶段,通过向标定用平面镜投射一幅特殊标记的棋盘格图像,将其在平面镜另一侧成的虚拟像所在的平面定义为虚拟参考面。根据虚拟参考面上各点与编码光栅条纹相位间的对应关系,经计算可直接得到测量所需的两垂直方向的参考相位分布,从而无需在工件测量前首先对实际参考面进行相位提取操作。与常规光栅条纹反射三维形貌测量方法相比,由于避免了对参考平面测量的需求,本文方法获得的参考相位分布,在保证测量精度的同时提高了测量速度,降低了测量的复杂性,有利于系统的集成化。搭建了光栅条纹反射三维形貌测量系统,采用基于虚拟参考面的光栅条纹反射方法对超精密加工平面镜和组合台阶的表面形貌进行测量,建立相位偏移与被测工件表面梯度的对应关系,由梯度恢复工件表面高度,测量精度达到50μm左右。     

脚型三维曲面测量技术

提出了一种新的三维曲面测量方法,利用激光片光对脚进行光切,在脚的某一个截面上形成封闭光带,用3个CCD摄像机对截面光带成像,可一次获得脚的某一个截面的二维轮廓信息,再沿光切面的垂直方向步进测量,经CCD摄像机像面和光切平面之间的空间映射变换后可得到脚的整个三维曲面信息。     

激光散斑三维形貌绝对测量技术

为了实现对物体的三维形貌绝对测量,避免相位解包裹处理,研究实现了一种基于激光散斑场纵向相关性质的三维形貌绝对测量技术。实验研究了激光散斑场纵向相关性质,利用CCD相机拍摄不同纵向深度的散斑图,通过相关运算获得散斑图的纵向深度与横向偏移之间的线性关系。利用这一线性关系,实现了对处于激光散斑场中的物体表面到参考面之间高度的绝对测量,三维形貌重建无需相位解包裹处理,并且由于激光散斑场是激光照射毛玻璃形成的,避免了投影数字散斑技术中的透镜投影系统,技术装置简单,操作方便。该技术有望在实践中获得应用。     

非定步长算法在复杂曲面形貌测量中的应用

通过实验，把非定长算法应用于复杂曲面形貌解调中进行了实际处理。实验结果表明：该算法对于存在盲区和孔洞变形栅的处理过程中，能够准确地解调出相位。     

高反光表面三维形貌测量技术

陶瓷、古文物以及金属工件等高反光物体表面的三维形貌测量在各个领域有大量的需求和应用。由于表面反射率变化范围较大以及相机灰度范围有限等问题,传统的条纹投影方法不能正确地测量高反光表面的三维形貌。综述了高反光表面三维形貌测量技术的国内外研究现状、应用领域和未来发展方向。首先,根据所采用原理和测量方法的不同,将现有的高动态范围三维形貌测量技术分为下述六类进行详细的介绍:多重曝光法、投影图案强度法、偏振滤光片法、颜色不变量法、光度立体技术以及其他技术。然后,详细的比较了各种技术的优缺点并归纳其适应性分析。最后,总结了高反光表面三维形貌测量技术的应用领域并展望了该技术的未来研究方向。基于文中综述的内容,使用者可根据不同的应用需求和测量条件选择相应的最佳三维测量方法,进而更精确的重建高反光表面的三维形貌。     

基于条纹投影的三维形貌与形变测量技术研究进展

基于条纹投影的三维形貌测量技术,已经在提升测量精度、提高测量速度、扩大测量景深、增加测量场景适应性等方面被进行了大量研究。但由于条纹投影技术本身的原理限制,仅利用传统条纹投影方法难于实现准确的对应点匹配。而依赖于对应点追踪的形变测量和应变分析可以进一步分析物体的运动状态、材料特性以及结构力学参数,在运动仿生学、材料力学、结构力学等诸多领域中起着不可或缺的作用。本文回顾了近年来新发展出的一系列基于条纹投影的三维形貌与形变测量技术,论述了学者们如何在条纹投影系统上一步步实现从简单刚体位移的测量到复杂、精细结构的形变测量和应变分析。分析了此类技术在测量完整度、分辨率以及计算效率上相比于已有形变测量技术的优势,给出了此技术所面临的挑战和潜在发展动向。     

基于条纹投影的高速三维形貌测量技术发展综述

在虚拟现实和增强现实、智能制造检测、材料性能测试等需要对动态场景进行三维建模、对动态过程进行深入分析的领域中,高速三维面形测量技术具有重要的科学研究意义和广泛的应用价值。随着高速动态场景测量需求的日趋增长和测量硬件设备的迅速发展,相应领域的研究热点逐渐从简单静态场景的三维测量转移到复杂动态场景的测量中。以测量任务需求为主线,综述基于条纹投影的高速三维测量技术在硬件和算法上的研究进展,随后分类比较已有技术各自的优缺点,给出不同测量任务下的方法选择建议,最后总结基于条纹投影的高速三维形貌测量技术所面临的挑战和潜在发展动向。     

受限空间内表面三维形貌测量技术

提出一种利用光学导管在受限空间内进行三维形貌测量的方法。由多块反射镜构成的光学导管可以将投影系统在空间外产生的条纹图像投射到空间内表面;同时也可以将空间内采集到的图像传送到空间外并被CCD接收。避免了由于空间制约引起的阴影和遮挡,实现了在受限空间内部进行三维测量。实验结果表明了该方法有效可行。     

采用激光雷达的大尺寸三维形貌测量技术

随着航空、汽车、造船等工业的发展,大尺寸的不规则自由曲面、形体的三维测量成为非常有应用前景的技术.针对快速、高精度的使用激光雷达进行大尺寸三维形貌测量的测量问题,提出了适用于对大型复杂零件进行的三维形貌分析、产品检测等任务的测量方案.介绍了激光雷达的测量原理,详细叙述了使用激光雷达进行大尺寸三维形貌测量的过程,以及如何在Spatial Analyzer软件协助下获得测量数据并进行处理分析的方法.实验结果表明,该方案满足了大尺寸零件复杂形面的高精度、高效率、低劳动强度等测量要求,对大尺寸零件的三维形貌测量具有普遍适用性.     

复杂微结构三维形貌测量方法的研究

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉陶建立二维结构模板指导相位展开的新方法,它不仅适用于静态测量,而且能应用于在动态测量中,特别是微机电系统（MEMS）器件的运动测量。以微谐振器为测试器件,对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量,实验的离面理论测量精度优于0．5nm,测试结构内部的面内理论测量精度优于0．5μm,而边缘尺寸因受到边缘提取方法的影响,其测量精度仅在μm量级。对该方法的缺点和发展方向做了探讨。     

基于双频横向剪切干涉系统的三维形貌测量

近年来,结构光投影三维成像技术被广泛地应用至各个领域。该技术通常采用投影仪投影条纹,导致投影条纹的空间周期和精度有限,且在测量微小视场时会存在条纹强度不均匀、条纹焦面景深不够等问题。为解决该类问题,基于剪切干涉条纹的高空间分辨率优势,提出了一种利用横向剪切干涉条纹测量物体三维形貌的系统和方法。该系统利用激光波前以不同角度入射平行平板会产生不同频率干涉条纹这一性质,旋转平行平板改变剪切干涉条纹频率,利用低频条纹指导展开高频条纹相位。同时利用干涉条纹的入射角度与形变量内在联系,通过几何关系获得相位与高度的映射关系,以达到重建物体三维形貌信息的目的。实验验证了该系统及方法的可行性,证明了其对测量微小物体或视场有着明显的应用价值。     

基于数字条纹投影的三维形貌测量技术研究与实现

根据投影机和照相机的光学成像原理,借用双Ig测量系统的标定方法搭建了一套测量精度高、标定过程自动化的基于数字条纹的三维形貌测量系统,并采用最新的相位展开技术用较少的条纹图像完成相位展开,通过对人脸石膏像进行测量实验,验证了系统模型和测量方法的正确性。     

大尺寸曲面形貌测量系统的点云拼接技术

在利用机器人进行大尺寸曲面形貌测量的过程中,提出一种基于室内全球定位系统(iGPS)的点云拼接方法,以iGPS世界坐标系为点云拼接的坐标系,建立了点云拼接数学模型。利用粒子群优化(PSO)算法对迭代最近点(ICP)算法进行改进。基于球心距测量的点云拼接实验验证了所搭建测量系统的精度小于0.1 mm。在汽车前保险杠点云拼接实验中,最大负偏差为-0.05189 mm,最大正偏差为0.0727 mm,均小于0.1 mm,偏差分布较为均匀,验证了所提算法在大尺寸点云拼接方面具有较好的效果。     

基于编码结构光的大型曲面三维测量

介绍了采用结构光彩色编码技术实现大型曲面测量的一种新方法.将由RGB三原色及其补色组成的彩色条纹进行组合,生成编码图案,并由投影仪投射到被测物体上.通过对摄像机拍摄的图像进行解码,获得物体的三维坐标.利用被测物体上的标志特征点,对物体进行分块测量.结合边缘检测及圆心检测确定分割线,对物体三维坐标进行分割、组合,实现了对大型曲面的三维测量.     

基于数字投影的三维形貌测量系统的实现

随着科学技术和工业生产的发展,三维形貌测量技术在机器视觉、工业监控、机械工程和医学检测等领域的应用日益广泛。在三维形貌测量系统中引入数字投影设备,并且由计算机进行控制,以达到自动化测量的目的,在很大程度上推动了三维测量技术的发展。文中从理论和实践两方面深入研究了基于数字投影的三维形貌测量技术,对其测量原理进行了分析,并且对傅里叶变换形貌测量法（FTP）和相移形貌测量法（PSP）进行了研究,搭建了实际的实验系统,并且通过实验比较了这两种测量方法的优劣。     

激光剪切干涉三维形貌测量

针对物体表面的三维形貌测量问题,提出了一种基于激光剪切干涉条纹的三维形貌测量方法。该方法利用激光剪切干涉原理产生密集的干涉条纹,将干涉条纹阵列照射到待测表面。利用四步相移法和解包裹算法求解被测物体表面的连续相位,进而获取曲面表面高度信息,最后建立被测物体三维形貌。本文对楔形薄片和木块进行了测试,初步实验结果证明了该方法原理的可行性。该方法可以与显微镜相配合,进一步发展可用来测量微结构3D形貌,在微测量领域具有很大的应用前景。