基于线结构光的DD马达端面跳动测量技术研究与应用

作     者：舒登登 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周虎

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：DD马达 端面跳动 点云精简 点云分割 平面拟合 

摘      要：DD(Direct Driver)马达被广泛应用于半导体、LCD划片机等高精度定位场合,是高精度制造中的核心部件,具有直接驱动、无传动误差、定位精度高等优点。制造装备的传动精度、运动平稳性等直接被DD马达的端面跳动影响。为了确保每个DD马达的端面跳动皆能满足制造装备的高精度要求,出厂之前必须进行端面跳动检测。目前,我国DD马达端面跳动检测普遍由工人使用千分表进行接触式检测,不仅易损害被测物表面,且每次只能测量一个圆周的端面跳动值,需要在多个径向测量多次才能得到较准确的结果,效率低下。许多零件由于端面存在安装孔而无法使用接触式测量手段,工业上迫切需要采用基于机器视觉的非接触式测量方法,在提高检测效率的情况下实现端面跳动的评定。针对DD马达端面跳动的非接触式测量的工程应用,本文开展了基于线结构光的端面跳动测量系统设计、DD马达点云的采集、精简与分割以及测量基准的拟合等关键技术研究,对旋转部件端面跳动、平面度测量和评定具有重要意义。主要研究内容和成果如下:(1)分析并比较了主流的三维测量方案,结合DD马达端面跳动工程应用场景设计了基于激光三角法的端面跳动测量方案。通过集成垂直入射式线激光器、CCD相机等3D视觉测量组件和运动控制器,构建了旋转部件端面跳动的全自动测量实验台,用于采集待测件的点云数据。(2)针对DD马达点云过于稠密的问题,开展了点云精简算法的研究。分析了传统点云精简算法可能破坏测量精度的不足,设计了基于均匀下采样的点云精简算法,并推导了设置该算法关键参数的经验公式;提出了一种基于曲率和密度的分割算法,实现了DD马达目标测量面点云的精准获取,有效客服了传统方法容易出现的点云过分割、误分割的不足。(3)构建了测量基准水平面的拟合模型。针对点云平面拟合算法精度不高、对噪声鲁棒性差等问题,提出了一种基于ICook-WTLS的点云平面拟合算法。算法通过改进Cook距离、自适应设置阈值,并引入加权总体最小二乘(WTLS),在抗噪的同时有效提高了点云平面的拟合精度。(4)基于Qt框架、PCL点云库、SQLite数据库、多线程编程等技术,设计并开发了DD马达端面跳动测量系统的总体结构和功能模块,通过千分表对比实验验证了算法和软件系统的有效性,为进一步推动旋转部件端面跳动测量的工程应用奠定了基础。