非接触式测量技术讲解

目录

摘要 (1)

1 引言 (1)

2 非接触式测量技术简介 (1)

2.1 非接触式测量方法的定义 (1)

2.2 非接触式测量方法的分类 (2)

3 非接触测量技术发展的现状 (2)

3.1 光学法 (2)

3.1.1 结构光法 (2)

3.1.2 激光三角法 (3)

3.1.3 激光测距法 (4)

3.1.4 光学干涉法 (5)

3.1.5 图像分析法 (6)

3.2 非光学法 (7)

3.2.1 声学测量法 (7)

3.2.2 磁学测量法 (8)

3.2.3 X射线扫描法 (9)

3.2.4 电涡流测量法 (10)

3.3 非接触测量技术存在的不足和总结 (11)

4 非接触式机器人测量系统 (11)

5 非接触测量技术在船体分段测量中的应用 (14)

5.1 非接触测量技术在船厂的应用情况 (14)

5.2 船体分段测量方法介绍 (14)

5.2.1 传统测量方法系统 (14)

5.2.2 激光经纬仪测量系统 (14)

5.2.3 近景摄影测量系统 (15)

5.2.4 全站仪测量系统 (17)

5.2.5 三维扫描测量系统 (18)

5.3 测量方法的比较 (19)

6 非接触测量技术的发展趋势 (21)

7 结束语 (21)

参考文献 (22)

摘要

非接触测量方法以光电、电磁、超声波等技术为基础，在仪器的感受元件不与被测物体表面接触的情况下，即可获取被测物体的各种外表或内在的数据特征。详细阐述了部分常用的光学法和非光学法测量技术及相应的测量仪器，并结合船体分段测量方法说明了这些非接触测量方法的原理、优缺点、精度及适用范围，指出了未来非接触测量技术的发展趋势。

关键词：非接触测量; 光学法; 非光学法；船体分段

1 引言

开展船体分段测量技术研究的意义在于首先它是实现分段无余量对接的保证,可以大大缩短分段吊装搭接的船台占用时间,其次采用这项技术有助于实现船舶建造的信息流闭环,以及生产状态下的船体建造的“动态虚拟装配”。最后精确、快速、可靠的船体分段测量技术的突破有助于提升我国造船企业的国际竞争力[1]。

建造精度直接影响船舶建造的总周期,建造质量也将影响后道工序的质量,影响船舶的航运性能。船体建造的精度控制技术是以船体建造精度标准为基本准则,通过科学的管理方法与先进工艺手段,对船体零部件、分段和全船舰装件进行尺寸精度控制,最大限度的减少船台船坞修整工作量,并为提高预舶装率、降低涂装破损率创造有利条件。它对保证船体建造质量、缩短造船周期、提高生产效率等诸多方面都有不容置疑的作用,是船舶建造技术的重要组成部分。推进造船精度控制技术需要更加完善的管理体制与先进的测量手段。因此,对先进测量手段的研究具有重要意义。测量方法包括传统测量方法和非接触式测量方法。随着计算机科学的发展，非接触式测量技术逐渐成为研究热点。

2 非接触式测量技术简介

2.1 非接触式测量方法的定义

非接触测量[2]是以光电、电磁、超声波等技术为基础，在仪器的感受元件不与被测物体表面接触的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。

2.2 非接触式测量方法的分类

典型的非接触测量方法可分为光学法和非光学法。

光学法包括结构光法、激光三角法、激光测距法、干涉测量法和图像分析法等；而非光学法包括声学测量法、磁学测量法、X射线扫描法、电涡流测量法等。

3 非接触测量技术发展的现状

3.1 光学法

3.1.1 结构光法

结构光法作为一种主动式非接触的三维视觉测量新技术，在逆向工程质量检测数字化建模等领域具有无可比拟的优势[3]，投影结构光法是结构光测量技术的典型应用。

基本原理:

用投射仪将光栅投影于被测物体表面，光栅条纹经过物体表面形状调制后会发生变形，其变形程度取决于物体表面高度及投射器与相机的相对位置，再由接收相机拍摄其变形后的图像并交与计算机依据系统的结构参数作进一步处理，从而获得被测物体的三维图像。

特点：

结构光视觉检测具有大量程非接触速度快系统柔性好精度适中等优点[3]，但是由于其原理的制约，不利于测量表面结构复杂的物体（见图1）。

图1 投影结构光三维测量系统原理图

焊缝的三维测量技术是当今焊接智能化、自动化发展的重要方向之一，基于结构光视觉焊接机器人已经成为焊接智能化和自动化的发展方向，也是目前应用比较多的焊接过程控制方法。将线结构光主动视觉检测技术引入焊缝检测就可以有效推动焊接领域的高速发展。基于线结构光视觉技术的焊缝检测，即利用激光和CCD图像传感器拍摄并采集焊缝表面的原始图像信息，通过数字图像处理手段可以获取焊缝表面的三维信息，并计算其尺寸参数。该检测具有直观性、非接触性、高效性等优点，因而现已广泛应用于激光焊接的焊缝检测。

但是，由于焊接过程的复杂性，导致焊缝表面因材质反光特性不同，以及复杂的轮廓结构都会造成激光条纹的粗细不均、灰度变化强烈、噪声较多等问题，因此选取合适的光学成像系统和图像处理算法是整个焊缝三维测量的关键，这将直接影响到后期焊缝计算的准确性与稳定性。

图2 国外线结构光测量产品

3.1.2 激光三角法

激光三角法是非接触光学测量的重要形式，应用广泛，技术也比较成熟。

基本原理:

由光源发出的一束激光照射在待测物体平面上，通过反射最后在检测器上成像。当物体表面的位置发生改变时，其所成的像在检测器上也发生相应的位移。通过像移和实际位移之间的关系式，真实的物体位移可以由对像移的检测和计算得到[4]。