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船用三维激光扫描仪总体设计和点云处理

作　者: 孙韬
导　师: 陈晓宁
学　校: 西安科技大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 三维激光扫描仪总体设计点云数据处理三维模型三维渲染
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

船舶生产是技术密集型和劳动力密集型相结合的生产,产品复杂,制造工程量大。一艘船舶常常自重数万吨,由数万个零部件构成。目前船厂不管是数控加工还是手动加工的船体零部件,对其进行合格检验一般采用的都是对样方法。这种方法费时费力费料,且效率低下,因此船体零部件的检验手段迫切需要改进。应用快速、精确且无接触的检测方法来采集、处理、检测待测对象的外形数据,同时利用计算机存储、分类、管理、组织这些零件数据,成为先进造船工艺的自身要求。当前中国船舶正处在模式转变的关键时期,在未来的几年,中国船舶大型企业对检测效率的需求必然愈加迫切,为这种仪器在船厂的广泛使用提供了机遇。另外,现代制造业对于数字化的需求以及检测手段进入非接触扫描阶段的现实对于这种仪器在制造业中广泛使用也提供了良好的契机。在国内现场测量中,如激光扫描仪等高精度测量仪器,目前还只能依靠进口,价格昂贵,基本都在百万人民币以上,国内至今没有属于自己技术的基于测距原理的三维激光扫描仪。在大多数工业测量现场,当尺寸达到十几米以上时,传统的测量方法效率都较低,已经越来越不适应现代精密、快捷生产模式的需要。为了填补国内在大尺寸高精度测量技术方面的空白,亟需研制具有我国自主知识产权的三维激光扫描仪及相应的处理程序,推动我国先进制造业的发展,本文研究内容主要包括:1)船厂制造业需求分析及三维激光扫描仪的推广优势2)船用三维激光扫描仪总体设计及光学取景系统设计3)船用三维激光扫描仪点云数据处理算法研究和程序编写

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
1 绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 船用三维激光扫描仪立项的目的和意义  10-13
    1.2.1 需求分析  10-12
    1.2.2 研究的目的和意义  12-13
  1.3 国内外现状分析及发展趋势  13-16
    1.3.1 国外研究发展现状  13-15
    1.3.2 国内研究现状  15-16
  1.4 本文的主要研究内容和组织结构  16-18
    1.4.1 本文的主要研究内容  16-17
    1.4.2 本文的组织结构  17-18
2 基于三维激光扫描的船用精度控制系统的分析  18-22
  2.1 船厂调研现状观目前中国造船业  18
  2.2 基于全战仪的分段测量系统DCP05  18-20
    2.2.1 系统原理图  19
    2.2.2 系统专业附件  19
    2.2.3 系统特点  19
    2.2.4 系统应用效果  19-20
  2.3 基于三维激光扫描仪的精度控制系统特点  20-21
    2.3.1 全站仪和三维激光扫描仪各项参数对比  20
    2.3.2 三维激光扫描仪特点  20-21
  2.4 结论  21-22
3 论文依托项目研究概况  22-27
  3.1 研究内容  22
  3.2 仪器设计技术参数  22-23
  3.3 关键技术及创新点  23-24
    3.3.1 关键技术  23-24
    3.3.2 创新点  24
  3.4 项目研究总体性能要求  24-25
  3.5 项目所研制系统在船厂应用的设计  25-27
4 三维激光扫描仪总体设计  27-48
  4.1 三维激光扫描仪的总体设计  27-30
    4.1.1 三维激光扫描仪对象模型  27-28
    4.1.2 三维激光扫描仪系统工作原理  28-29
    4.1.3 硬件各子系统逻辑结构图  29-30
  4.2 机械部分总体设计及受力分析  30-35
    4.2.1 外形图  30-31
    4.2.2 内部结构  31-33
    4.2.3 设计框架及受力分析  33-34
    4.2.4 水准气泡及基座  34-35
  4.3 控制系统总体设计  35-42
    4.3.1 控制系统实现的功能  35
    4.3.2 三维激光扫描仪控制系统设计  35-36
    4.3.3 QuickMIPS 系列与其它芯片性能对比  36-40
    4.3.4 基于QuickMIPS 的控制系统FPGA 总线设计  40-41
    4.3.5 小键盘功能设计  41-42
  4.4 伺服系统设计  42-45
    4.4.1 伺服系统功能和  42
    4.4.2 伺服控制系统结构设计  42-43
    4.4.3 伺服机构(电机)的性能指标  43-44
    4.4.4 驱动器相关参数  44
    4.4.5 角度编码器：圆光栅的参数  44-45
  4.5 光学系统总体设计  45-48
    4.5.1 光学转镜设计  45
    4.5.2 基于CCD 相机的光学取景扫描系统  45-46
    4.5.3 光学取景原理  46-48
5 点云数据处理软件设计  48-65
  5.1 点云内插  48-54
    5.1.1 三维激光扫描仪点云处理系统关键性插值算法及算法的特点  48-51
    5.1.2 三维激光扫描仪点云数据各种情况下适用插值算法的研究  51
    5.1.3 VC++程序实现  51-54
  5.2 点云显示及视角控制  54-56
    5.2.1 点云显示  55
    5.2.2 点云平移  55
    5.2.3 点云旋转  55-56
  5.3 点云拼接、基于格网的点云拼接技术  56-57
  5.4 点云光照渲染  57-60
    5.4.1 基于漫反射表面的光照渲染方法  57-58
    5.4.2 建模思想和渲染算法  58-60
    5.4.3 程序光照渲染运行实例  60
  5.5 模型曲面拟合  60-62
    5.5.1 NURBS 曲线和曲面  60-61
    5.5.2 主曲线-主曲线拟合  61-62
    5.5.3 Beizeri 曲线（Beizeri 曲线的交互生成）  62
  5.6 点云去躁  62-65
    5.6.1 周期性噪声去除  62-63
    5.6.2 散粒噪声的去除  63
    5.6.3 单点平差  63-65
6 结论  65-66
  6.1 论文主要完成的工作  65
  6.2 展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-69
附录  69

船用三维激光扫描仪总体设计和点云处理

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