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激光三角测距法建立木段数字化轮廓研究

作 者: 丁莹
导 师: 刘渝
学 校: 北京林业大学
专 业: 木材科学与技术
关键词: 木段 激光三角法 三维轮廓
分类号: TS652
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 53次
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内容摘要


本研究基于激光三角测距法检测木段轮廓点半径值,并编写软件重建木段三维轮廓。研究中,采用一个激光位移传感器检测木段轮廓信息,目的是探索一种低成本、适合推广应用的木段轮廓检测系统。基于激光三角法木段轮廓检测系统包括硬件系统和软件系统两部分,硬件系统包括检测设备、运动控制设备、数据转换设备等,软件系统包括数据采集软件、步进电机控制软件、数据存储软件、三维轮廓重建软件。本论文结论如下:(1)本实验只采用一个激光位移传感器,可采集到木段上11个断面的轮廓数据,而实用系统一般使用45个激光传感器,只可采集到45个断面的数据,在成本上,以每个传感器10000元计算,本实验所开发的系统可节约成本3000040000元,检测效果和系统成本都易被中小企业接受,适合推广使用。(2)实验以激光位移传感器为检测器件;以运动控制卡、伺服电机及驱动器、步进电机及驱动器作为运动控制和驱动器件;以模数转换器作为数据转换器件;以计算机作为数据存储、处理设备,结合卡轴和机架等,组建了木段三维轮廓检测系统。系统半径及长度标定表明,该系统检测精度满足木段定心要求。(3)经过分析计算确定了激光位移传感器摆动角度及木段旋转检测角度等,对实验木段进行了检测,并通过对PVC管的检测验证了数据的准确性。(4)本研究采用VB语言编写三维重建程序,可实现木段三维图像的放缩、平移、旋转、单端调节四种图像变换。(5)基于木段三维数字化轮廓探讨精确的定心方法,得以确定木段旋切的最佳定心点和最佳定心半径。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 引言  10-28
  1.1 研究的目的与意义  10-11
  1.2 国内外获取木段轮廓方法的研究现状与发展趋势  11-19
    1.2.1 原木数学模型的研究现状与发展趋势  11-13
      1.2.1.1 国外原木数学模型理论的研究概况  11-12
      1.2.1.2 国内原木数学模型理论的研究概况  12
      1.2.1.3 木段轮廓数学模型研究的发展趋势  12-13
    1.2.2 原木轮廓数字化技术研究现状与发展趋势  13-19
      1.2.2.1 接触扫描法  14
      1.2.2.2 光电扫描法  14-15
      1.2.2.3 摄像扫描法  15-16
      1.2.2.4 CT扫描法  16-17
      1.2.2.5 激光扫描法  17-18
      1.2.2.6 木段数字轮廓获取技术研究的发展趋势  18-19
  1.3 激光三角测距法检测三维轮廓技术  19-25
    1.3.1 激光三角法测距原理  19-20
    1.3.2 激光三角测趴法分类  20-22
      1.3.2.1 按光束分布分类  20
      1.3.2.2 按入射光线角度分类  20-21
      1.3.2.3 按测量方式分类  21-22
    1.3.3 硬件组成  22-23
      1.3.3.1 位置探测器  22-23
      1.3.3.2 光学系统  23
    1.3.4 典型测量器件  23-24
    1.3.5 激光三角法测量误差的分析  24-25
      1.3.5.1 引起测量误差的因素  24
      1.3.5.2 减小测量误差的方法  24-25
  1.4 研究内容与方案  25-28
    1.4.1 研究内容  25-28
    1.4.2 实验方案  28
2 实验材料与系统组成  28-36
  2.1 实验材料  28-29
  2.2 系统组成  29-36
    2.2.1 硬件组成  29-36
      2.2.1.1 激光位移传感器  29-30
      2.2.1.2 交流伺服电动机  30-32
      2.2.1.3 步进电机  32-33
      2.2.1.4 运动控制卡  33-34
      2.2.1.5 模数转换器  34-36
    2.2.2 软件系统  36
  2.3 本章小结  36
3 木段三维轮廓数据采集  36-52
  3.1 系统标定  36-42
    3.1.1 半径标定  37-38
    3.1.2 长度标定  38-42
  3.2 数据采集  42-47
    3.2.1 数据采集方法  42-44
    3.2.2 实验结果  44-47
    3.2.3 结果分析  47
  3.3 数据验证  47-52
    3.3.1 验证材料  47-48
    3.3.2 验证方法  48
    3.3.3 验证结果与分析  48-52
  3.4 本章小结  52
4. 木段三维数字轮廓的重建  52-62
  4.1 三维重建方法  53-56
    4.1.1 基于体绘制的三维重建方法  53
    4.1.2 基于面绘制的三维重建方法  53-55
      4.1.2.1 边界轮廓线表示方法  53-54
      4.1.2.2 表面曲面表示方法  54-55
    4.1.3 本实验所采用的三维重建方法  55-56
  4.2 坐标变换  56-57
    4.2.1 将半径值转换到为世界坐标系  56-57
    4.2.2 将世界坐标系值转换为屏幕坐标系值  57
  4.3 木段三维图像变换  57-59
    4.3.1 三维图像的放缩  57-58
    4.3.2 三维图像的平移  58
    4.3.3 三维图像的旋转  58-59
    4.3.4 三维图像单端调节  59
  4.4 插值拟合  59-61
    4.4.1 常用拟合方法  59-61
    4.4.2 本实验采用的拟合方法  61
  4.5 本章小结  61-62
5. 基于数字化轮廓的定心方法探讨  62-69
  5.1 定心理论  63-68
    5.1.1 六点定心理论  63-65
    5.1.2 最小最大法  65
    5.1.3 圆心逼近法  65-66
    5.1.4 最小二乘法  66-68
  5.2 本实验采用的定心方法  68
  5.3 本章小结  68-69
6 结论与讨论  69-71
  6.1 研究结论  69-70
  6.2 创新点  70
  6.3 讨论  70-71
参考文献  71-75
个人简介  75-76
导师简介  76-77
获得成果目录清单  77-78
致谢  78

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中图分类: > 工业技术 > 轻工业、手工业 > 木材加工工业、家具制造工业 > 加工工艺 > 制材加工
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