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基于线阵CCD的物体表面形状检测技术研究

作　者: 张晓东
导　师: 赵永平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 形状检测 激光三角法 线阵CCD 曲面重建
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 192次
引　用: 2次
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内容摘要


随着计算机的普及和进步,计算机辅助设计与制造技术(CAD/CAM)在各行各业得到广泛应用。在许多情况下,只有产品模型和实物模型,而没有产品的定义和图纸。为了适应先进制造技术的发展,需要采用形状检测方法对这些样件和实物进行检测,根据测量数据,建立实物的几何模型。本文设计了一种基于CCD的物体表面形状检测系统。首先,研究激光三角法的测量原理,在三角测量原理基础上,对光学系统的结构参数做了理论分析,验证了参数之间的Scheimpflug约束条件;根据系统的设计要求,借助MATLAB软件进行了优化计算,得到了一套可靠的系统参数;结合光学系统的设计参数,完成光源、成像物镜和线阵CCD等器件的选取,并设计光学系统的结构。其次,本文研究了软件滤波算法,通过MATLAB进行对比分析,选择了频域滤波和中值滤波结合的方法;在光点中心位置确定中,分析了极大值法、重心法和曲线拟合法,根据实际采集信号的分布特点,在极大值法的基础上,结合重心法提出了适合本系统的改进重心法。在本文的最后,阐述系统的标定过程及方法,同时分析了曲面重建的算法,完成了获取数据的曲面重建。在系统的标定过程中,验证了激光三角法的非线性;分析了检测系统的误差和重复性,然后测量了平面和曲面,并绘制了曲线和曲面,结果证明本系统满足误差要求,论证了系统的可用性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 课题背景与意义  8-9
  1.2 形状检测技术的发展现状  9-11
    1.2.1 接触式测量  9-10
    1.2.2 非接触式测量  10-11
  1.3 电荷耦合器件的发展现状  11-12
  1.4 本文的工作安排  12-13
第2章 系统方案设计及测量原理  13-20
  2.1 系统方案设计  13-14
  2.2 激光三角测量原理分析  14-15
  2.3 激光三角测量物像位置关系确定  15-16
  2.4 线阵CCD的工作原理、特性及应用  16-19
    2.4.1 线阵CCD的工作原理  16-18
    2.4.2 线阵CCD的主要参数  18
    2.4.3 CCD的特点和应用  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章 光学系统设计  20-28
  3.1 器件选取  20-23
    3.1.1 激光光源的选取  20-21
    3.1.2 接收物镜的选择  21
    3.1.3 线阵CCD的选择  21-22
    3.1.4 线阵CCD驱动电路  22-23
  3.2 三角法成像参数设计  23-26
    3.2.1 Scheimflug条件验证  23-24
    3.2.2 参数设计  24-26
  3.3 光学系统结构设计  26-27
  3.4 本章小结  27-28
第4章 数据采集与信号处理  28-37
  4.1 数据采集  28-30
    4.1.1 数据采集卡选择  28-29
    4.1.2 软件编程环境  29-30
    4.1.3 基于LABVIEW的数据采集  30
  4.2 软件滤波  30-34
    4.2.1 常用滤波方法  31-32
    4.2.2 滤波方法的选择  32-34
  4.3 光点中心位置确定  34-36
    4.3.1 极值法  34
    4.3.2 重心法  34-35
    4.3.3 曲线拟合法  35-36
    4.3.4 改进的重心算法  36
  4.4 本章小结  36-37
第5章 系统实验研究及曲面重建  37-50
  5.1 系统标定  37-41
    5.1.1 系统非线性验证  37-39
    5.1.2 特性曲线求取  39-40
    5.1.3 重复性测试  40-41
  5.2 曲面重建技术  41-43
  5.3 曲面重建算法分析  43-47
    5.3.1 Bezier曲面重建  43-44
    5.3.2 B-Spline曲面重建  44-45
    5.3.3 NURBS曲面重建  45-46
    5.3.4 曲面重建仿真  46-47
  5.4 实验验证  47-49
  5.5 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-54
附录1  54-55
附录2  55-57
致谢  57

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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 > 集中检测与巡回检测系统
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