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随着工业生产朝着自动化、智能化的发展,以往的人工装卸打磨螺旋桨轴的传统方法由于其低效率、高成本,已渐渐不适应现代船舶装配工业生产,急需一种新的自动化的方法来满足高效率的螺旋桨轴装配的需求。采用激光雷达技术则是其中一种方法,利用搭载激光扫描仪的机器人对螺旋桨轴装配面进行覆盖扫描,通过对装配面三维重构,构建高精度曲面,来指导装配面的打磨,大大提高装配的效率。本文基于激光三维重建技术,设计并搭建一种基于机器人的高精度移动激光扫描系统,并实现一套基于自由曲面的实时监控与数据处理系统。本文主要工作如下:(1)搭建一套基于机器人的移动激光扫描系统。针对项目需求研究分析,并对机器人、激光扫描仪等设备选型,其中激光扫描仪精度高达2μm,满足系统精度高于0.01mm的要求,并搭建一套基于机器人的激光扫描系统,在此基础上研究了激光数据与姿态数据的实际采集和同步处理,设计了一套实时监控与数据处理系统,并基于该平台实现本文所有实验。(2)研究并实现了点云三维重构与预处理。研究了点云生成原理以及点云预处理相关算法,基于装配面的特征分析点云数据,设计实验对几种点云预处理算法作对比,最终选择在采集数据时采用平滑滤波和最小二乘拟合滤波法来处理原始点云数据,再采用统计滤波器处理内部噪声,在此基础上采用基于曲率的点云精简算法。(3)研究并实现了双三次NURBS曲面的生成。详细研究NURBS曲线曲面的生成原理,从三次NURBS曲线拓展到双三次NURBS曲面,并通过采集实际曲面数据,确定曲面参数,构造高精度双三次NURBS曲面,在此基础上研究曲面拼接,设计实验分别从基于标志物的误差检测以及点到NURBS曲面的误差检测来验证NURBS曲面精度是否满足项目需求,最终得出当控制顶点网格数为20×20甚至更高时,NURBS曲面精度足够满足测量精度高于0.01mm的要求。(4)实现基于NURBS曲面的等值面构建。根据项目需求,分析等值面生成原理,研究基于离散点基准面的拟合方法,根据基准面生成各点实际打磨高度,并根据离散点的打磨高度对NURBS曲面插值,构建基于NURBS曲面的打磨高度等值面,最终设计实验验证本文设计的这种构建等值面方法的可行性与准确性。