结构光三维视觉测量关键技术的研究

结构光作为一种主动式、非接触的三维视觉测量新技术,在逆向工程、质量检测、数字化建模等领域具有无可比拟的优势。为提高结构光视觉测量的精度、自动化程度,在一些关键技术上提出了有效的方法;并设计了基于标志点的数据拼接技术和移动式结构光三维视觉测量系统,扩大了结构光系统的测量范围;最后介绍了测量点云数据后期处理方面的研究成果。     

基于线结构光扫描的工件高精度三维测量方法

为了提高工业中对复杂轮廓工件的测量精度和效率,设计了一套高精度非接触三维测量系统,并提出了一种基于线结构光扫描的工件轮廓三维测量方法。首先,利用高精度相机和三轴移动平台采集线结构光图像。然后,通过基于差分区间的灰度质心算法,精确而高效地提取出线结构光中心线,并生成原始点云模型。接着,对采集到的点云数据进行必要的点云滤波和精简预处理。最后,将预处理后的点云数据与CAD模型精确配准,进行工件表面轮廓的测量与误差评定。实验结果表明：测量工件轮廓高度的绝对误差小于0.07 mm,相对误差小于0.5%。所提出的三维测量系统及方法测量误差较低,能够实现工件的高精度三维测量,具有一定的工业应用价值。     

基于结构光点云的变形测量方法研究

针对结构变形测量需求,提出一种基于结构光点云的变形测量方法。搭建了结构光相机测量系统,基于投影仪逆向相机的假设并借助棋盘格标定板完成了系统标定。采用格雷码辅助的四步相移技术设计投影仪投射的图案,并利用标定的系统参数,完成待测物表面的三维重建,获得结构表面点云。提出基于点云间距离计算结果的结构变形分析方法,并分析比较了基于点到点、点到面和面到面3种点云距离计算方法原理。通过实验验证了所提基于结构光点云的变形测量方法的可行性和精度,实验结果表明,该方法可以实现结构离面位移的高精度测量。     

基于ATOS的异形件逆向方法研究

ATOS流动式光学扫描仪是一种广泛应用于逆向工程领域中的非接触式光学扫描设备。通过对ATOS的组成、测量原理和测量方法的分析提出了一种基于ATOS的异形件曲面重构的方法。该方法主要由扫描参数的确定和点云过滤组成。通过实验选择测量距离为65cm对某型号汽车后视镜外壳使用ATOS进行点云数据获取。分别采用公差球法、弦公差法和基于弦公差法的改进方法对获得点云进行处理,提出的改进方法获得的点云拟合后误差平方和约为1.758e~(-26)。用CATIA对处理后的点云数据进行曲面重建,最终获得完整的三维模型。新方法在提高点云精度的同时,提高了数据处理的速度。     

非接触三维扫描测量数据的处理研究

讨论了非接触三维扫描测量数据处理中的噪声点剔除、失真点的查找、数据精简和平滑处理以及点云数据的拼合对齐等诸多问题,并通过一个简单的实例介绍了非接触三维扫描测量数据的处理技巧.     

基于海量点云的复杂曲面重构及误差分析

对逆向重构技术在实践应用中出现的一些技术问题,以海量点云数据为基础对曲面重构方法和技巧进行了探讨研究,并应用3D点云对重构模型进行了误差分析。将该方法应用于工业产品复杂曲面的实际制造中,提高了设计精度,缩短了生产周期,对实际生产具有重要意义。     

基于catia的汽车手柄逆向设计及优化

本文阐述了逆向工程的概念及工作流程,通过利用逆向工程CAD软件—catia对汽车手柄的点云数据进行处理和曲面重构,并通过调节曲面控制点,后期斑马线检查与高亮分析检查这些关键技术,实现重构曲面的连续性,使重构曲面的误差控制在许可范围内,得到符合要求的高品质曲面。     

基于双目立体视觉测量技术的冲压件数字化回弹测量

针对采用常规检具测量冲压件回弹量存在精度低、费用高、周期长等问题,提出数字化回弹测量方法。研制了基于光栅投影的双目立体视觉测量装置,应用该装置采集获取实际冲压件产品的三维点云数据;采用三步法将点云数据与产品的CAD设计模型匹配对齐,计算点云相对于设计模型在最佳匹配位置的法向偏差量,从而获得回弹量数值。生产实际中的应用表明:所研制的测量装置和数字化回弹测量系统通用性强,能实现对复杂、大型冲压件快速、灵活、精确的三维回弹测量。     

基于三维扫描技术的人体测量

运用三维激光扫描得到人体模型的点云数据,并对该数据进行了降噪、点云精简、三角网格划分等优化处理;例举了基于服装结构设计理论,通过胸围线、腰围线和臀围线上的点坐标数据,计算得到各围度的弧长累计值的过程.     

基于CATIA逆向工程复杂样条曲线重构方法研究

对于复杂零件的逆向设计,常常是通过激光、三坐标测量仪等方法对样件三维数据进行采集,可获得高质量的点云文件。但是这些点云文件数量很大,计算时将耗费过多的计算机资源。基于CATIA软件对点云数据进行过滤、划界、分网等处理方法进行了研究,运用曲线重构的方法,创建特征曲线组,利用多段曲线拟合获得点云的特征线网络,最后将拟合得到的曲线与原始点云数据进行误差分析。研究证明,通过这种方法可以获得质量更好、占据资源更小的曲线,为后续曲面和实体的生成奠定了精确基础。     

基于逆向工程的复杂形体造型设计方法的研究

针对现有利用逆向工程获取复杂形体的方法所存在的问题,提出了新的基于逆向工程的复杂形体造型设计方法,详细阐述了从点云数据获取到曲面建构的方法及过程,并以自制缝纫机作为实例验证了方法的正确性及合理性,为企业利用逆向工程技术探索了一条途径.     

光栅转矩测量系统的研究

介绍了一种基于结构简单测量精度高的新型转矩传感器－－光栅转矩传感器的转矩测量系统，重点介绍了光栅转矩传感器的基本结构，光栅转矩传感器的转矩测量系统的基本组成与工作原理，详细论述了光栅转矩传感器存在的机械误差与电气误差及产生这些误差的原因，提出了克服这些误差的方法－－数字滤波方法的非线性补偿方法。通过给出的样机系统的实验结果，证明该光栅转矩测量系统的测量精度与电磁式转矩传感器相当，是一种较理想的静态，动态平均转矩的测量工具，有实用价值，可望得到推广应用。     

基于图像处理的几何参数测量系统

提出了一种基于图像处理的非接触测量系统设计，介绍了系统的组成及测量原理，给出了对几何参数进行测量的基本方法。并说明保证测量可靠性的两项主要技术：图像二值化处理，光栅标定。     

GPS测量技术研究

针对GPS测量实际工作中 ,影响GPS测量的成果质量和工效的因素进行了分析研究 ,并提出了解决的办法。对完善GPS测量的技术和方法 ,具有一定的指导意义。     

结构光三维测量系统的点云精度分析

点云质量是结构光三维测量系统中一个非常重要的部分,通过对单片点云的精度和点云拼接的效果两个方面对点云质量进行评价。首先由相片的参数和标定板上标志点的像点坐标计算出标志点的三维坐标,与重构出的点云进行比较计算空间点精度;通过对标定板进行重构进行平面度误差分析;再将各片点云用专业的拼接检测软件进行拼接,生成误差和精度报告。反复实验表明,采用PHOTOSCANSHOP结构光三维测量系统获取的单片点云有较小的误差,整体拼接能达到较好的效果。     

轿车风扇三坐标测量的技巧

三坐标测量是逆向工程的关键环节,测量数据点的精度与可用性直接影响建模的效果和效率．在分析轿车风扇结构特点、考虑计算机辅助反求设计对点的要求的基础上,介绍了轿车风扇从特征点位置设计、装夹定位到数据采集的三坐标测量全过程．     

三维激光点云数据的特征线光滑处理方法研究

在点云数据的三维建模过程中,常常会碰到特征线的光滑处理问题,通过拉格朗日插值、多项式拟合和三次样条函数拟合这3种方法对三维激光点云数据的特征线进行光滑处理.和原始数据进行实验对比分析,检验出样条拟合在特征线光滑处理方面有一定的优越性.     

基于点云数据的三维人体头部分割技术研究

三维人体分割技术是数字化服装、数字化人体测量、计算机动画等应用中最关键的技术,但当前存在着分割不是很精确的缺点。针对头部分割不精确的缺点,对基于点云数据的三维人体头部分割技术进行了研究,提出以最大距离法和近似凸包边法定位分割特征点和分割切面,并引入分割切面倾斜角实施头部分割。实验结果表明：提出的分割方法提高了头部分割的实时性和精确性。     

基于线结构光和单应性的点云获取方法

为获取被测物表面三维点云数据,基于线结构光和平面单应性,提出了一种不需要相机标定的点云获取方法.首先令线结构光扫描被测物表面,以相机采集变形光条纹图像.然后根据事先在光平面中设置的4个控制点的像素坐标和空间坐标,求解光平面从图像坐标系到世界坐标系的变换矩阵.通过该矩阵将线结构光与被测物的截交线,即光条纹,校正透视失真并变换为被测物的截面图,从而获得光条纹上被测点的三维坐标.为验证方法的有效性,分别以球体、圆柱体和长方体为被测物,对该方法进行点云获取精度测试.实验表明:误差在1 mm以内的点数约占总点数的85%,误差在0.5mm以内的点数约占总点数的60%.相比传统的需要相机标定的线结构光测量方法,该方法原理更简洁,鲁棒性更强,可用于以低成本快速搭建三维点云获取系统.     

HDS4500三维激光扫描仪的地质工程应用

介绍了徕卡HDS4500三维激光扫描系统及相应处理软件Cyclone Scan,并通过实例介绍该系统在地质工程上的应用。从而发现徕卡HDS4500三维激光扫描系统在岩土工程、地质工程领域的工程测量及变形监测等方面有着巨大的应用潜力。