|本期目录/Table of Contents|

[1]洪汉玉,吴裕强,叶 亮*,等.基于线结构光扫描的工件高精度三维测量方法[J].武汉工程大学学报,2024,46(01):66-71.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202306015]
　HONG Hanyu,WU Yuqiang,YE Liang*,et al.High-precision three-dimensional measurement method ofworkpiece based on line-structured light scanning[J].Journal of Wuhan Institute of Technology,2024,46(01):66-71.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202306015]
点击复制

基于线结构光扫描的工件高精度三维测量方法(/HTML)
分享到：

《武汉工程大学学报》[ISSN:1674-2869/CN:42-1779/TQ]

卷:
46
期数:
2024年01期
页码:
66-71
栏目:
机电与信息工程
出版日期:
2024-03-12

文章信息/Info

Title:
High-precision three-dimensional measurement method of
workpiece based on line-structured light scanning
文章编号:
1674 - 2869（2024）01 - 0066 - 06
作者:
洪汉玉; 吴裕强; 叶 亮*; 邵 洋
武汉工程大学电气信息学院，湖北 武汉 430205
Author(s):
HONG Hanyu; WU Yuqiang; YE Liang*; SHAO Yang
School of Electrical and Information Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430205，China
关键词:
线结构光; 点云处理; 三维测量; 轮廓误差
Keywords:
line-structured light;  point cloud processing;  three-dimensional measurement;  contour error
分类号:
TP391.41
DOI:
10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202306015
文献标志码:
A
摘要:
为了提高工业中对复杂轮廓工件的测量精度和效率，设计了一套高精度非接触三维测量系统，并提出了一种基于线结构光扫描的工件轮廓三维测量方法。首先，利用高精度相机和三轴移动平台采集线结构光图像。然后，通过基于差分区间的灰度质心算法，精确而高效地提取出线结构光中心线，并生成原始点云模型。接着，对采集到的点云数据进行必要的点云滤波和精简预处理。最后，将预处理后的点云数据与CAD模型精确配准，进行工件表面轮廓的测量与误差评定。实验结果表明：测量工件轮廓高度的绝对误差小于0.07 mm，相对误差小于0.5%。所提出的三维测量系统及方法测量误差较低，能够实现工件的高精度三维测量，具有一定的工业应用价值。

Abstract:
To improve the measurement accuracy and efficiency of complex contour of workpieces in industry， we designed a high-precision non-contact three-dimensional measurement system and proposed a three-dimensional measurement method for workpiece profiles based on line-structured light scanning. First，high-precision cameras and a three-axis moving platform were utilized to acquire line-structured light images. Subsequently，we proposed a grayscale centroid algorithm based on differential intervals to accurately and efficiently extract the centerline of the line-structured light and generate raw point cloud data. Next，the essential preprocessing of this point cloud data was conducted through filtering and simplification. Finally，the preprocessed point cloud data was precisely registered with the computer aided diagnosis model to perform measurement and error assessment of the workpiece surface profile. Experimental results demonstrate that the absolute errors of the measured workpiece profile height are less than 0.07 mm，with relative errors in 0.5%. The proposed three-dimensional measurement system and its associated methodology reduce measurement errors and achieve high-precision three-dimensional measurement of workpieces，providing significant industrial application value.

参考文献/References:

［1］ SUN Y W， JIA J J， XU J T， et al. Path，feedrate and trajectory planning for free-form surface machining：a state-of-the-art review［J］. Chinese Journal of Aeronautics，2022，35（8）：12-29.

［2］ REN J J，REN M J，SUN L J，et al. Generative model-driven sampling strategy for the high-efficiency measurement of complex surfaces on coordinate measuring machines［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，2021，70：1007911.
［3］ TAO M， GONG X B， HOU Y， et al. Time-of-flight ranging method by measuring pulse laser phase based on field-programmable gate array digital mixing［J］. Measurement Science and Technology，2021，32（2）：025004.
［4］ WEI Y J，XI Y. Optimization of 3-D pose measurement method based on binocular vision［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement，2022，71：8501312.
［5］ PETROV V， POGODA A， SEMENTIN V， et al. Advances in digital holographic interferometry［J］. Journal of Imaging，2022，8（7）：196.
［6］ YUAN W N， LI J T，BHATTA M，et al. Wheat height estimation using LiDAR in comparison to ultrasonic sensor and UAS［J］. Sensors，2018，18（11）：3731.
［7］ ZHANG S. High-speed 3D shape measurement with structured light methods：a review［J］. Optics and Lasers in Engineering，2018，106：119-131.
［8］ 刘勇，张国锋，胡鹏宇，等. 多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法［J］. 仪器仪表学报，2023，44（3）：33-40.
［9］ WATANABE M，NAYAR S K. Telecentric optics for focus analysis［J］. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，1997，19（12）：1360-1365.
［10］ 史少龙，尹达一. 改进型灰度质心实时算法研究［J］. 光电工程，2013，40（12）：18-24.
［11］ 张宇，黄丹平，田颖，等. 复杂物体线结构光中心线提取方法研究［J］. 电子测量技术，2023，46（1）：167-172.
［12］ HAN X F， JIN J S， WANG M J， et al. A review of algorithms for filtering the 3D point cloud ［J］. Signal Processing：Image Communication，2017，57：103-112.
［13］ 姒绍辉，胡伏原，顾亚军，等. 一种基于不规则区域的高斯滤波去噪算法［J］. 计算机科学，2014，41（11）：313-316.
［14］ KOLLURI R. Provably good moving least squares［J］. ACM Transactions on Algorithms （TALG），2008，4（2）：1-25.
［15］ 傅思勇，吴禄慎，陈华伟. 空间栅格动态划分的点云精简方法［J］. 光学学报，2017，37（11）：1115007.
［16］ KARAMIZADEH S， ABDULLAH S M， MANAF A A， et al. An overview of principal component analysis［J］. Journal of Signal and Information Processing，2013，4（3）：173-175.
［17］ HE G Y， SANG Y C， WANG H L， et al. A profile error evaluation method for freeform surface measured by sweep scanning on CMM［J］. Precision Engineering，2019，56：280-292.

相似文献/References:

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2023-06-20
基金项目：国家自然科学基金（62171329）；武汉市知识创新专项项目（2023010201010143）
作者简介：洪汉玉，博士，教授。Email：hhyhong@163.com
*通信作者：叶 亮，博士，讲师。 Email：liang.ye@hotmail.com
引文格式：洪汉玉，吴裕强，叶亮，等. 基于线结构光扫描的工件高精度三维测量方法［J］. 武汉工程大学学报，2024，46（1）：66-71.
更新日期/Last Update: 2024-03-01