基于线结构光的铰链几何参数高精度测量系统

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1、基于线结构光的铰链几何参数高精度测量系统Highprecisionmeasurementsystemforgeometricalparametersofahingebasedonlinestructuredlight工程领域：电子与通信工程作者姓名：南刚雷指导教师：张瑞峰副教授企业导师：陈谦锐高级工程师天津大学电子信息工程学院2015年11月摘要通过结构光实现非接触式测量的机器视觉技术已经得到广泛应用。本文设计的高精度测量系统旨在获得某型号冰箱铰链上多种特征的形状大小、位置关系以及角度关系，在实验室原有技术积

2、累的基础上做了如下工作：系统通过沿固定方向扫描方式获取待测工件的三维形貌信息，在扫描过程中通过自主设计的基于旋转编码器的闭环反馈触发电路实现相机触发拍照。该触发系统打破了被测物、相机必须在固定位置获取扫描绝对距离这一限制，在扫描过程中被测物持续运动直至扫描结束，提高了扫描速率并降低了抖动。经过摄像机标定后，可求得线结构光条上的点在摄像机归一化坐标系中的坐标，结合线结构光平面方程可得到其在摄像机坐标系下的坐标，光平面方程是完成上述转换的关键。此前采用交比不变法，本文通过将标定板平面、光平面、成像投影平面之间的位

3、置关系完成光平面标定，增加了参与平面拟合的数据量，经验证该算法具有更高的精度和鲁棒性。将扫描过程各个坐标系融合到统一坐标系下需求得各局部坐标系的平移向量，平移向量是扫描步进距离和方向余弦的数乘。此前采用虚拟双目立体视觉标定法获取方向余弦，本系统通过连接多个标定位置的内角点形成多条与扫描方向平行的直线，据此求出扫描方向余弦，从而提高了标定精度。在获取待测工件整体三维形貌点云后，利用开源三维点云处理库PCL(pointcloudlibrary)得到所需的特征点云（圆柱、平面、圆），通过轴线向量、表面法向量计算各角

4、度关系、位置关系等。最终测量结果表明，闭环反馈触发系统能够在预期位置完成触发，光平面标定和方向余弦标定具有较高精度，PCL能够较好地完成点云分割和特征拟合，整体测量精度有所提高。关键词：非接触测量线结构光CCD标定三维点云IABSTRACTThemachinevisiontechnologyhasbeenwidelyusedinthefieldofmeasurementusingun-contactmethod.Thesystemdesignedinthispaperisusedtogettheshapesi

5、ze,positionrelationshipandtherelationshipbetweenthevariousfeatures.Someworkasfollowingwasdone:Thesystemcanobtainthe3Dprofileinformationoftheworkpiecetobemeasuredbythescanningmethodinthefixeddirection,andthecameraistriggeredbytheself-designedclosed-loopfeedb

6、acktriggercircuit.Thetriggersystembreaksthelimitofthemeasuredobjectandthecameramustobtaintheabsolutedistanceinthefixedposition.Itcanbemovinginthescanningprocessuntilscanningisfinished,thescanningspeedisimprovedandthejitterisreduced.Aftercameracalibration,th

7、epointscoordinatesinthelinearstructurelightcanbeobtainedfromthecameracoordinatesystem,thelightplaneequationisthekeytocompletethetransformation.Intheearlierwork,thecalibrationisfinishedwiththemethodofcrossratioinvariance.Inthispaper,thecalibrationwascomplete

8、dusingpositionalrelationshipbetweenthelightplane,theprojectionimageplaneandthelightplanecalibration,themethodincreasestheamountofdatainvolvedintheplanefitting,thevalidationofthealgorithmhashigheraccura