高精度三维扫描系统的设计与应用研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）高精度三维扫描系统的设计与应用研究肖彻二○一八年五月分类号：TN247学校代号：11845UDC：681.7密级：学号：2111504210广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）高精度三维扫描系统的设计与应用研究肖彻校内导师姓名、职称:鲍鸿教授周延周教授校外导师姓名、职称:余任泓学科(专业)或领域名称:控制工程学生所属学院:自动化学院论文答辩日期:2018年5月31日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTec

2、hnologyfortheDegreeofMaster（MasterofEngineering）Designandapplicationresearchofhighpresicion3DscannersystemCandidate:XiaoCheSupervisor:Prof.BaoHongProf.ZhouYanzhouApril2018FacultyofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China

3、,510006摘要摘要随着科学技术的迅速发展，三维扫描、3D打印技术逐渐进入人们的视野，三维数据的获取为现代测量领域打开了一扇新的大门。随着工业4.0时代的到来，机器视觉、精密光学测量和数字图像处理等技术都从理论研究走向了实际的工业生产。三维扫描技术在强而有力的生产需求的带动下不断革新，旨在稳定、高效的获取客观物体的三维轮廓信息。因此，本课题对高精度三维扫描系统的研究具有非常重要的理论和现实意义。本论文介绍的三维扫描系统采用由大理石制成的精密运动平台，选用高性能PMAC控制卡完成对伺服系统的控制

4、和驱动工作。数据获取方面采用色散共焦成像测量技术，通过激光探头快速扫描过客观物体的扫描区域来获取物体表面的三维点云数据。其中色散共焦成像测量技术作为核心技术保证了整个三维扫描系统的精度，而对伺服系统和色散共焦位移传感器进行同步控制的运动控制技术也保证了测量的稳定性。本课题主要研究了高精度三维扫描系统的组件选择、色散共焦成像、系统协同控制、软件设计和数据处理几个方面，并提出了一种高效的彩色三维扫描技术方案以及解决相关图像匹配问题的算法，以实现可应用于实际工业生产的三维扫描系统为目标，完成了适用于近

5、距离快速、高精度测量的三维扫描系统的设计和实现。并通过海量实验和数据分析证明了本课题中相关理论和方法的可行性。经过实验测试和数据分析可知，本课题研究的三维扫描系统可稳定高效的完成三维数据获取的工作，并具有数据采集密度大、测量精度高等优点，适用于材质多样、表面纹理复杂物体的测量。综上所述，本课题研究的三维扫描系统在工业生产等领域中具有重要的应用价值和广泛的应用前景。关键字：三维扫描机；高分辨率；高速；色散共焦成像；PMACI广东工业大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevel

6、opmentofscienceandtechnology,three-dimensionalscanningand3Dprintingtechnologyhavegraduallyenteredpeople'sfieldofvision,theacquisitionofthree-dimensionaldatahasopenedanewdoorformodernmeasurement.WiththeadventoftheIndustry4.0era,technologiessuchasmachi

7、nevision,precisionopticsmeasurement,anddigitalimageprocessinghavemovedfromtheoreticalresearchtoactualindustrialproduction.Thethree-dimensionalscanningtechnologycontinuestobeinnovatedunderthespurofpowerfulproductionrequirements,aimingatstablyandeffici

8、entlyobtainingthree-dimensionalcontourinformationofobjectiveobjects.Therefore,thissubjecthasveryimportanttheoreticalandpracticalsignificancefortheresearchofhigh-precisionthree-dimensionalscanningsystem.Thethree-dimensionalscanningsystemintroducedinth