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基于CCD的三轴相交度测量原理与装置方案设计的研究

作　者: 王振亚
导　师: 张庆春
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 轴线相交度 回转误差 CCD 图像测量
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


轴线相交度是一种重要的精度指标,在神光-Ⅲ靶场光电系统的大口径的反射镜架及倍频晶体框架、三轴仿真转台、精密离心机和某些机床中对其大小都有一定的要求。现有的测量方法只能测量特定设备中轴线的相交度,且测量的多是瞬时回转轴线,不具有广泛适用性,因此,需要对轴线相交度的测量原理进行分析,并提出新的轴线相交度测量方案。图像测量是近年来兴起的一种新的测量技术,它以数字图像作为被测量信息的载体,能实现非接触、柔性和实时测量,目前已在得到广泛的应用。本文通过研究,提出一种利用图像测量技术对轴线相交度进行测量的方法。该方法能直接在转轴轴端测量回转误差并引出平均回转轴线,实现了转轴回转误差和三轴相交度的快速测量。本文根据CCD相机的成像原理,建立了测量模型和轴线的位置关系模型。研究了转轴回转运动的特点和回转误差的评定方法。利用最小二乘法和最小区域圆法计算转轴的回转误差和平均回转中心,并推导出转轴平均回转轴线的方程。根据测量要求,对成像原理进行了研究,采用无限远像距光学系统,设计出了三轴相交度测量方案。对测量图像的处理所涉及的技术,本文也进行了研究。在图像预处理中,通过实验选择中值滤波法去除噪声,使用Sobel算子提取边缘点。然后通过多次Hough变换,逐步精确检测靶标的边线。为提高测量精度,采用亚像素细分算法精确定位边缘点。通过实验发现,灰度矩法定位精度高,计算方便,完全满足测量要求。在精确定位边缘点后,推导出了被测靶标中特征点的计算公式。根据测量原理和图像处理方法,编写了相关程序。最后使用CCD相机在一个转轴上对测量原理进行了验证性实验并分析了测量误差。通过实验发现该方法测量方便,精度也较高。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题来源及研究的目的意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 轴线相交度测量方法  9-10
    1.2.2 转轴回转误差测量方法  10-11
    1.2.3 图像测量技术  11-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-14
第2章 测量原理与方案设计  14-27
  2.1 引言  14
  2.2 测量系统基准坐标系  14-16
    2.2.1 相机成像模型  14-15
    2.2.2 空间点位置测量方法及坐标系建立  15-16
  2.3 回转轴线测量  16-19
    2.3.1 与相机光轴平行的轴线的测量  17
    2.3.2 与相机光轴垂直的轴线的测量  17-19
  2.4 测量方案设计  19-25
    2.4.1 测量装置结构  20-21
    2.4.2 成像系统设计  21-22
    2.4.3 测量装置满足的要求  22-24
    2.4.4 三轴相交度测量过程  24-25
  2.5 影响测量精度的因素  25-26
    2.5.1 成像系统  25
    2.5.2 转轴间不正交度的影响  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 被测靶标图像处理  27-44
  3.1 引言  27
  3.2 滤波降噪  27-30
    3.2.1 邻域平均法  28-29
    3.2.2 中值滤波法  29-30
  3.3 边缘检测  30-33
    3.3.1 一阶微分算子  30-32
    3.3.2 二阶微分算子  32-33
  3.4 HOUGH 变换直线检测  33-36
  3.5 亚像素边缘定位研究  36-42
    3.5.1 亚像素定位原理  37
    3.5.2 几种亚像素定位算法  37-40
    3.5.3 亚像素边缘定位精度研究  40-42
  3.6 特征点定位  42-43
  3.7 本章小结  43-44
第4章 转轴回转误差与三轴相交度计算  44-52
  4.1 引言  44
  4.2 转轴回转运动分析  44-45
  4.3 转轴回转误差评定方法  45-50
    4.3.1 最小二乘圆法  46-47
    4.3.2 最小区域圆法  47-50
  4.4 三轴相交度计算  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 实验及误差分析  52-57
  5.1 引言  52
  5.2 转轴轴线测量验证性实验  52-55
  5.3 误差分析  55-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间发表的论文  61-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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