基于欧拉回路的激光扫描投影路径优化方法研究

论文摘要

激光扫描投影技术利用人眼的视觉暂留效应,通过高速偏转的扫描振镜使激光器出射的光线被快速折转,将数模文件中的待投影图形投射到待投影面上,技术人员通过投影面上的轮廓线框得到更加直观实用的信息,实现更精确高效的零部件安装定位装配。然而,对于形状复杂且包含大量元素特征的投影图形,完成整幅图形的扫描耗时较长,导致人眼观察到的图像产生闪烁,根本不适用于面向制造装配现场的辅助定位操作。为解决上述问题,本文提出并研究了基于改进Fleury算法的激光扫描投影路径优化方法,以得到最短扫描路径、减少扫描图像所需时间、改善自研激光扫描投影系统的闪烁问题。同时,研究了扫描惯性误差校正方法,消除了拖尾误差及转角误差等的不良影响。首先,对激光扫描投影系统的构成、工作原理和工作流程进行研究,结合图论理论,提出了一种基于图论欧拉回路的激光扫描投影路径优化策略,并对路径优化的具体流程进行设计。同时,针对DXF文件结构进行解析,设计并仿真了特征点信息提取(iLect)算法,实现了待投影图形数模文件中直线、矩形等实体特征点的坐标提取,为后续扫描路径的优化奠定基础。其次,基于图论理论的Fleury算法对欧拉投影图形进行扫描路径求解,并针对Fleury算法不能优化非欧拉图形扫描路径的局限性,提出了改进Fleury算法以适用于任何投影图形,并应用该算法分别对连通非欧拉图和非连通图进行扫描路径优化仿真,验证了该算法的可行性。然后,对激光扫描投影系统的拖尾误差、转角误差进行分析和研究,并基于搭建完成的激光扫描投影系统应用上述校正方法进行实验,探究得到两种误差的最佳补偿时间,并将该算法写入控制软件中。最后,通过实验对基于欧拉回路的路径优化算法进行验证,并对实验结果进行分析。实验结果表明:应用改进的Fleury算法对自研的激光扫描投影系统的扫描路径进行优化,图像的投影频率提升了约65%,频闪问题得到显著改善,该算法可以有效提升自主研发激光扫描投影系统对复杂图形的扫描频率,提升所研发系统的实际工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 激光扫描投影技术国外研究现状
•     1.2.2 激光扫描投影技术国内研究现状
•     1.2.3 图论应用现状
•   1.3 本文主要研究内容及章节安排
• 第2章 激光扫描投影原理及路径优化策略分析
•   2.1 激光扫描投影绘制投影图形的原理
•     2.1.1 激光扫描投影系统的组成
•     2.1.2 激光扫描投影系统的工作原理
•     2.1.3 激光扫描投影绘制投影图形的方法
•   2.2 激光扫描投影路径优化策略分析
•     2.2.1 图论理论优化扫描路径可行性分析
•     2.2.2 基于图论的扫描路径优化方法
•   2.3 本章小结
• 第3章 投影数模文件的解析
•   3.1 DXF文件结构
•   3.2 实体段格式解析及图元坐标提取
•     3.2.1 实体段格式解析
•     3.2.2 各类实体坐标的提取
•   3.3 待投影图形特征信息提取及仿真
•     3.3.1 待投影图形特征信息提取
•     3.3.2 iLect算法仿真及验证
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于改进Fleury算法的路径优化方法研究
•   4.1 图论理论基础
•     4.1.1 图的概念及其矩阵表示
•     4.1.2 连通图与欧拉图
•     4.1.3 连通图与欧拉图的判定
•   4.2 欧拉投影图形的扫描路径求解
•   4.3 非欧拉投影图形扫描路径求解
•     4.3.1 连通非欧拉图的投影方法
•     4.3.2 非连通图的投影方法
•     4.3.3 改进的Fleury算法
•   4.4 针对改进Fleury算法的MATLAB仿真分析
•     4.4.1 连通非欧拉图路径优化仿真及验证
•     4.4.2 非连通图路径优化仿真及验证
•   4.5 本章小结
• 第5章 激光扫描投影系统搭建及投影误差校正
•   5.1 激光扫描投影系统搭建
•     5.1.1 激光器
•     5.1.2 聚焦系统
•     5.1.3 二维振镜扫描系统
•     5.1.4 控制系统
•   5.2 惯性误差分析及校正方法
•     5.2.1 拖尾和缺失误差分析及补偿
•     5.2.2 转角误差分析及补偿
•   5.3 惯性误差补偿实验
•     5.3.1 拖尾和缺失误差的时间补偿
•     5.3.2 转角误差的时间补偿
•   5.4 本章小结
• 第6章 验证实验
•   6.1 实验模型的选取
•   6.2 验证实验
•   6.3 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙明利

导师: 侯茂盛

关键词: 激光扫描投影,路径优化,图论,改进算法,误差校正

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,机械工业,无线电电子学

单位: 长春理工大学

基金: 国家自然基金“基于对称离焦双探测器的自聚焦激光扫描投影方法研究”,吉林省科技厅重点科技攻关项目“工业激光3D投影系统研究”

分类号: TN24;TH161

总页数: 75

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