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基于三维激光扫描仪的大型高温锻件在位检测关键技术研究

作　者: 高宝华
导　师: 蒋理兴
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 大型高温锻件在位检测三维激光扫描仪扫描仪检校扫描区域控制点云数据处理
分类号: TG316.193
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

大型锻件是重大基础装备以及重型制造装备中的关键和核心部件,广泛应用于电力、钢铁、军工、化工、交通、造船业等领域,在国民经济的许多方面具有相当重要的地位。大型锻件多采用自由锻的加工方法,加工过程中能源消耗量巨大、造价昂贵,作为质量检测和反馈控制的关键环节,大型锻件的几何参数在位检测的重要性更加凸显。本文密切结合国家重大产业对高质量大锻件的迫切需求,基于当前国内在位检测技术的落后现状,在国家重大专项课题资助下,将三维激光扫描技术引入高温锻件几何参数的测量领域,旨在研制出具有自主知识产权的、适合国内大锻件生产过程的热态锻件在位检测装置及其配套软件,以期为提高国内大锻件的制造水平做出贡献。论文的主要工作有:1.阐述了脉冲式三维激光扫描仪的工作原理,介绍了大型高温锻件在位检测扫描仪测量系统的软硬件系统构成,设计了在位检测方案、实施方法和数据评估流程。2.研究了脉冲式激光扫描仪的仪器误差来源,重点分析了对测量精度影响较大的几个误差因素;借鉴全站仪检校模型,设计了基于模块的扫描仪系统误差检校方法,分别用三段法、水平序列标志法和垂直序列标志法实现了GLS-1500扫描仪加常数、水平角误差和垂直角误差的检校及修正,并分析了角度检校实验中,标志中心提取准确度对角度检校结果的影响。3.借鉴摄影测量中相机参数自检校模型,参考国外扫描仪系统误差自检校方法的应用经验[1 2],设计了基于控制点的室内自检校场,通过对GLS-1500扫描仪的自检校实验,验证了自检校方法的可行性,并通过显著性检验,为优化扫描仪误差参数结构提供了依据。4.提出了基于非同轴相机的扫描区域控制方法,研究并实现了试验场法对相机内参数的标定及DLT实现相机与扫描仪位置关系标定,在此基础上,推导了基于影像的扫描区域范围的确定过程,并通过实验验证了扫描区域控制方法的可行性。5.研究了锻件点云数据预处理技术,采用内存映射文件技术实现了海量点云数据的快速读取,在人机交互的基础上以最大连通域法实现了目标点云的提取;通过对当前旋转体旋转轴提取方法的比较分析,采用了基于法矢高斯映射方法实现锻件点云的中轴提取,在此基础上,采用Levenberg-Marquardt迭代优化算法实现圆柱体及圆锥体的尺寸解算;最后,通过计算机仿真数据及锻件模型实测数据的解算,验证了解算方法的可行性和可靠性;研究了高温锻件尺寸参数的初步修正模型,并对高温下锻件尺寸检测误差来源进行了分析。6.编写了扫描仪软件,实现了点云数据处理等主要功能模块;最后,依据实测圆柱点云数据,展示了软件处理点云数据的过程。

基于三维激光扫描仪的大型高温锻件在位检测关键技术研究

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