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题目:大型结构件三维形貌在线测量技术及应用研究

发布时间:2020-08-31 00:11 作者:真人游戏

  伴随现代制造业的发展,大型结构件在航天航空、汽车制造等领域的应用越来越广,其尺寸和形位的检测需求也日益增多。接触式测量效率较低,测量点较少,无法反映大型结构件的全貌,已经不能满足现代制造业对质量检测与控制的需求,因此,亟待研究新的高效测量手段。基于投影栅相位法的外差多频相移技术作为光学三维形貌测量中应用广泛的方法之一,具有测量速度快、精度高、抗噪声能力强和测量点稠密等优点,适用于反射率变化较大表面和阶跃表面测量。将其应用于大型结构件在线测量中,既可获得更加全面的三维形貌测量数据,又大幅提高了测量效率。但由于在线测量环境复杂,应用中还面临着大尺寸拼接测量问题、传感器现场适应性问题、强反光抑制问题,以及现场标定与量值溯源问题等。本文以航天航空等高端制造业中大型结构件三维形貌测量为背景,分析在线测量需求,重点研究在线测量方案、基于外差多频相移法的三维视觉传感器设计与优化、传感器现场标定和金属表面强反光抑制等关键技术,深入分析影响传感器测量不确定度的各种因素,为传感器设计和标定提供理论依据。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1、根据在线测量应用环境,提出将三维视觉传感器与机床等加工设备相结合的在线测量方案;根据在线测量需求,研究传感器结构设计与优化方法;提出光栅条纹正弦性评测方法,推导投射光栅参数与相位解算精度的量化关系,给出最优光栅参数选择方法;为了克服大型结构件三维形貌在线测量应用中数据处理速度慢的不足,研究基于GPU的快速三维复现算法,满足大型结构件在线、针对传感器现场标定问题,研究三维视觉传感器标定方法,将光束调整原理引入相机标定方法中,解决了靶标制作误差对标定精度的影响;提出现场量值溯源方法,保证在线测量过程中的量值传递;在基于平面靶标的数字条纹投射器内外参数标定基础上,提出数字条纹投射器现场标定方法,解决了数字条纹投射器在线、针对在线测量中强反光导致测量失效问题,分析了强反射表面反光特点,提出高动态条纹采集原理,设计高动态条纹采集实现方法和步骤,解决条纹图像饱和或过暗等问题。4、为了研究基于投影栅相位法三维视觉传感器的测量不确定度,应用不确定度传播理论,推导并分析各种误差因素对传感器测量不确定度的影响,通过传感器不确定度评价实验,给出传感器的测量不确定度评定结果。在相位解算不确定度分析基础上,应用条纹正弦性评价理论,研究传感器最佳测量姿态,并将条纹正弦性分析和理论推导相结合,提出传感器最佳测量姿态计算方法。


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