高精度光學三維標示關鍵技術及應用研究.pdf

1、現(xiàn)代制造業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率的要求越來越高，隨著數(shù)字化制造技術在工業(yè)領域中不斷推進深化，大量困難的制造問題被攻克，但隨之而來的是制造工藝的迅速復雜化，從而顯現(xiàn)出很多難以克服的新問題，尤其是工人在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中角色的改變，很多通行已久的人工操作制造方法已經(jīng)不再適應現(xiàn)代制造系統(tǒng)的需要。本文從一個新的視角出發(fā)，針對復雜制造系統(tǒng)中的人工操作的特點及其面臨的與數(shù)字化制造不夠匹配的局面，提出利用三維投影標示技術來提高人工操作制造環(huán)節(jié)中的數(shù)字化、自

2、動化水平，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。通過調(diào)研并總結(jié)已有的類似技術及其應用狀況，旨在解決非結(jié)構化工作空間中大尺寸工件的加工裝配定位問題，本文分析了投影標示系統(tǒng)的實現(xiàn)原理及其關鍵技術，對其進行了系統(tǒng)的分類和詳細討論并構建了通用化投影標示原型系統(tǒng)。論文完成的主要研究工作有：
　　1、針對大尺寸工件的加工裝配定位需求，提出一種更加通用化的外部引導式投影標示系統(tǒng)構型，使得三維定位設備統(tǒng)一對工件和投影標示設備進行位姿測量的外部引導式工作方式

3、成為可能。同時，基于外部引導式投影標示設計方法將基于不同投影顯示原理的投影單元的實現(xiàn)方式統(tǒng)一為投射單元校準和外參標定兩個步驟。
　　2、針對基于數(shù)字面陣投影標示的實現(xiàn)方式，詳細研究了數(shù)字面陣投影設備的校準流程。反向應用小孔成像與鏡頭畸變模型對數(shù)字面陣投影機進行了投影成像內(nèi)參數(shù)的精確標定。通過分析相機成像畸變模型及其全幅畸變校正原理，提出了適合數(shù)字投影機的像面預畸變法校正投影鏡頭畸變的全套實現(xiàn)流程，并采用基于空間相位解算的方法對投影

4、機內(nèi)參數(shù)標定的結(jié)果進行了全幅面標定精度驗證。為了避免相機采集引入的誤差和噪聲，還使用了基于直接光束捕獲原理的投影機鏡頭畸變標定方法對投影鏡頭畸變進行了精密測定與非參數(shù)補償。以提升標示精度為目標，設計了并優(yōu)化了數(shù)字投影機外參數(shù)標定方法，并完成了標示精度實驗驗證。
　　3、對基于激光振鏡掃描的投影標示的實現(xiàn)方式，以及傳統(tǒng)二維振鏡在精密投影標示系統(tǒng)的特定應用場景，本文提出了基于平面模板的方法對激光振鏡掃描投影系統(tǒng)進行了內(nèi)參數(shù)和外參數(shù)的聯(lián)

5、合標定和對應的精度驗證方法，并分別應用模型法和非參多項式插值法對激光振鏡投影單元進行了基于二維角度量輸入的投射畸變矯正和精度驗證。設計了并優(yōu)化了激光振鏡投影系統(tǒng)的外參數(shù)標定方法，并完成了標示精度實驗驗證。
　　4、針對精密投影標示系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場面臨的應用細節(jié)問題做了分析。討論了投影標示系統(tǒng)的在數(shù)字化設計生產(chǎn)中的應用要求。提出了投影標示質(zhì)量預評價方法，并針對如何利用標示質(zhì)量預評價方法解決對投影標示系統(tǒng)的工作位姿優(yōu)化問題進行了部分