重庆某跨江大桥结构检测与三维逆向建模技术服务案例

基于激光跟踪仪的风电叶片现场精度检测技术研究

面对严重的能源危机和环境危机,风能凭借其清洁可再生的优点,受到世界各国的广泛重视.通过风力发电机组将风能转化成电能,是风能利用的主要方式.叶片是风力发电机收集风能的关键部件,其外形尺寸精度影响了整个机组的安全运行.由于风电叶片型面复杂且尺寸庞大,国内的叶片生产厂家在叶片外形尺寸检测方面并没有形成相对完整的检测方案,因此基于激光跟踪仪对风电叶片外形尺寸精度检测技术进行研究,对提高风电叶片使用寿命和风力发电效率具有实际意义.本论文是河北省科技厅项目(14391703D)研究内容的重要组成部分,其研究工作主要包括风电叶片三维模型的建立,风电叶片检测方案的制定,风电叶片模型重构及参数提取,基于CATIA的软件开发.在风电叶片三维建模方面,通过对风电叶片结构,形状,几何参数等内容的研究分析,得到了翼型原始坐标与实际空间坐标的坐标转换关系,采用三维软件CATIA建立了风电叶片的三维实体模型;在风电叶片检测方案的制定方面,在分析风电叶片检测项目的基础上,结合激光跟踪仪的测量原理,研究制定了检测方案并进行了现场试验,包括叶片位姿的调整,测量站位的布置,工件坐标系的建立和外形数据的测量;在风电叶片模型重构及参数提取方面,根据测量点云数据的特点,通过数据预处理得到较为理想的点云数据,结合风电叶片三维建模的步骤,利用这些点云数据在CATIA软件中完成了被测叶片的模型重构,根据风电叶片相关尺寸参数的定义,提取出了所需验证的尺寸参数;最后为了实现三维建模及参数提取工作的自动化,提高检测效率,通过对CATIA进行二次开发,编制完成了"风电叶片三维建模,逆向及参数提取"软件.本课题将激光跟踪仪运用到风电叶片的现场精度检测中,提出了风电叶片三维建模,逆向重构的方法,制定了基于激光跟踪仪的风电叶片外形尺寸检测方案,开发了基于CATIA的"风电叶片三维建模,逆向及参数提取"软件.通过现场试验证明该检测方案是可行的,解决了风电叶片外形尺寸难以测量的技术问题,提高了检测效率和精度.

基于工业摄影扫描测量方法的航空部件再制造逆向建模实践

为对某航空部件进行再修理,再制造,需对机翼后缘测绘和逆向建模,提出一种精度逐级控制的测绘方法.利用高精度激光跟踪仪对部件进行一级控制,并用工业摄影扫描测量系统进行二级控制,进而完成对点云的"填充式"扫描,最终将获取的点云数据用于逆向建模.以某机翼后缘结构部件测量为例,通过精度分析专用软件将实际建模结果与测绘数模进行比对,误差均在0.2mm以内,完全满足再制造设计要求.通过验证说明该测量方法建立的测绘数模精度高,效率快,为逆向建模技术提供了一种新的测量思路与方法,同时可作为航空产品测量检测的重要手段.

基于工业摄影扫描测量方法的航空部件再制造逆向建模实践

为对某航空部件进行再修理,再制造,需对机翼后缘测绘和逆向建模,提出一种精度逐级控制的测绘方法.利用高精度激光跟踪仪对部件进行一级控制,并用工业摄影扫描测量系统进行二级控制,进而完成对点云的"填充式"扫描,最终将获取的点云数据用于逆向建模.以某机翼后缘结构部件测量为例,通过精度分析专用软件将实际建模结果与测绘数模进行比对,误差均在0.2mm以内,完全满足再制造设计要求.通过验证说明该测量方法建立的测绘数模精度高,效率快,为逆向建模技术提供了一种新的测量思路与方法,同时可作为航空产品测量检测的重要手段.

基于光栅投影相位测量的动态场景三维信息获取相关技术研究

三维信息获取技术在人体建模,模式识别,工业检测,逆向工程以及目标识别等领域得到广泛应用,显示出强大的商用和研究前景.光栅投影相位测量轮廓术(PMP)是当前重要的三维信息获取技术之一.随着该技术应用领域的拓展,对动态场景高密度以及高质量三维信息获取成为研究难点和热点之一.围绕基于PMP技术的动态场景高密度三维信息获取的关键技术,论文对二值光栅离焦投影的PMP技术,二值光栅离焦投影的PMP系统标定方法,二值光栅弱离焦投影相位误差,物体运动相移帧间同步误差和双投影设备(EVM)融合的互补解码的PMP技术进行了研究,为进一步建立高速PMP系统提供了理论和实验基础.论文主要内容包括四个方面:1.论文研究了二值光栅离焦投影的PMP技术,分别提出了空间结构感知二值光栅生成方法和时空并用的二值光栅生成方法.空间结构感知的二值光栅生成方法以结构感知半色调算法构造目标函数,并结合考虑条纹周期性和对称性的"块"优化框架来实现.时空并用的二值光栅生成方法以PMP系统线性叠加原理为基础,结合投影设备和相机的硬件特性来实现.两种方法均通过相关仿真和实验,验证了提出方法生成的二值光栅离焦投影后能够得到高质量的近诉弦条纹光栅.2.论文对二值光栅离焦投影的PMP系统标定方法进行了研究,首先利用光束平差法优化非线性相机模型参数,并在聚焦投影情况下建立基于光线思想的双参考面辅助PMP系统标定方法.然后,以相位域映射不变原理和提出的基于迭代的亚像素匹配方法为基础,将聚焦投影下标定方法移植到离焦投影情况下.对于提出聚焦和离焦投影下标定方法均通过相关实验,验证了标定模型精度和对高反光,彩色或复杂物体的重建能力.3.论文对二值光栅弱离焦误差和物体运动相移帧间同步误差分别进行了分析并给出补偿方法.二值光栅弱离焦误差分别以理论推导,仿真模拟和实测实验进行分析,并根据实测结果引入二维拟合多项式误差模型,进而通过后校正方式补偿误差.物体运动相移帧间同步误差通过理论推导得出一次项式模型和二次项式模型,以及通过仿真模拟提出二维拟合多项式误差模型,后对三种误差模型进行对比,以说明提出模型的精度和适应性,并结合Nelder-Mead算法估计运动误差来实现后校正误差补偿.对于提出的两种误差补偿方法均通过相关实验,验证其有效性.4.论文研究了双EVM融合的互补解码PMP技术,提出"严"约束,"准"约束和"非"约束投影元件(DMD)位置关系的双EVM互补型PMP技术."严"约束方法要求上下层EVM的DMD间严格对齐,以光栅波长互质的双频相位展开方法实现相机少帧采集并解码."准"约束方法允许上下层EVM的DMD间存在微小错位冗余,以补充型格雷编码相移法实现相机少帧采集并解码."非"约束方法对上下层EVM的DMD间无位置要求,提出基于周期时空编码的低分辨率高度提取原理,基于低分辨率高度信息辅助相位展开原理和双测量系统坐标数据融合的标定策略,并以此为基础实现相机少帧采集并解码.对于提出的三种双EVM融合的互补型PMP技术均通过相关实验,验证了对复杂物体和动态场景的三维信息获取能力.

基于点云的球面三维逆向建模

球面拟合是三维逆向建模中面临的亟待解决的复杂难题之一.它广泛应用于零件检测,建筑物结构恢复建模,医学血管和细胞模拟领域.本文提供了一种对三维球面点云进行直接进行拟合的方法,并在速度和精确度上都获得了良好的表现.本文对拟合相关参数和噪声影响进行分析,并否定了分组整合算法的思路.在与LM算法的对比中凸显了算法的优越性,为之后研究三维图形拟合重建恢复等工作打下了基础.提出的直接拟合方法(DF)结合以上算法,并提出改进,能够更快速准确的拟合出球面的几何参数.通过对球面添加不同程度高斯白噪声进行分析.算法通过将点云分层计算和整体代入两种方法进行实现并对比结果,得到相应结论.算法还对点云数量和分布位置分析出影响算法的几个方面.