[發(fā)明專利]一種彎管參數(shù)的測量方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110212138.4
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102410811A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發(fā)明（設計）人: 劉檢華;唐承統(tǒng);張?zhí)?/a>;尚煒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 北京銀龍知識產(chǎn)權代理有限公司 11243
• 代理人: 黃燦;安利霞

技術領域

本發(fā)明涉及測量技術領域，特別是指一種基于多目視覺的彎管參數(shù)的測量方法和系統(tǒng)。

背景技術

在當今的管路彎曲加工工業(yè)中，人們越來越重視產(chǎn)品的成本效益，并且對加工產(chǎn)品的質(zhì)量提出了越來越嚴格的要求，尤其是在航天、航空、船舶和汽車工業(yè)領域。這些領域中經(jīng)常會有一些大尺寸、空間形態(tài)比較復雜的彎管，其加工質(zhì)量的好壞勢必會直接影響到彎管的裝配，甚至影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

在現(xiàn)有技術中，目前，國內(nèi)外對于彎管的空間位姿測量主要包括以下兩種測量方法：

第一種：基于機械裝置的接觸式測量方法

該傳統(tǒng)彎管測量方法在國內(nèi)外一般的彎管加工企業(yè)中比較常見，主要是根據(jù)彎管設計參數(shù)，制造機械對比裝置，對加工成型后的彎管進行多點測量，獲得其空間幾何參數(shù)。

然而，隨著彎管加工工業(yè)的發(fā)展，該傳統(tǒng)方法也暴露出了一些問題。一方面，其已經(jīng)逐漸無法滿足當今對彎管加工產(chǎn)品越來越嚴格的要求，測量精度不高，保證不了加工質(zhì)量，與此同時，測量時需與彎管表面接觸，使細長柔性管或軟材料管的表面變形，導致測量失真；另一方面，機械對比裝置只能采用專門一對一式的設計來制造，缺乏柔性，并且測量人員需要花費大量時間反復進行彎管的安裝與拆卸，這些都必然會加大加工企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低測量效率。

第二種：基于激光CCD技術的非接觸式彎管測量方法

在該設備的測量U形叉上安裝有激光發(fā)射器，CCD光敏傳感器接收激光。測量時移動測量U形叉，使被測彎管進入U形測量叉的敏感區(qū)遮斷激光束，利用兩激光束先后與彎管的外表面相切時測量叉的位姿來確定彎管的截面形心。沿彎管軸線方向進行多點測量，即可獲取彎管的空間幾何形狀。

該測量方法比接觸式彎管測量方法在測量速度和精度上都有大幅度的提高。操作者操縱測量叉從被測彎管的一段沿軸線移動到另一端，一次操作，即可完成整個彎管的測量。

但是，在生產(chǎn)實際測量中發(fā)現(xiàn)，該測量方法還是存在某些不足。首先，由于是采用人工操作，勢必會產(chǎn)生操作誤差，影響測量精度。其次，對于大尺寸，空間形態(tài)比較復雜的彎管，該方法存在一定的局限性，測量效率還不是很理想。

在現(xiàn)有技術中，通常使用雙目視覺技術來重建空間一點的坐標，其基本流程包括標定、匹配及重建。雙目視覺技術能夠通過兩個相機的內(nèi)、外參數(shù)和兩個相機成像平面上的對應點坐標來重建空間一點坐標，如圖1所示，I₁和I₂分別是左右兩個相機的成像平面，C₁和C₂分別是左右兩個相機的光心，在空間某一平面π(三角形C₁M?C₂所在平面)上有一點M，該M點在I₁和I₂上的投影點分別為P₁和P₂(C₁M、C₂M與像平面I₁、I₂的交點)，將兩個成像平面I₁和I₂分別與平面π的交線e₁和e₂稱為極線，P₁和P₂必過極線。由幾何關系可知，如果知道兩個相機光心C₁和C₂之間的距離、光心C₁和C₂分別到成像平面I₁和I₂的距離(焦距)、兩成像平面I₁和I₂的夾角等雙目視覺系統(tǒng)的內(nèi)、外參數(shù)以及成像平面I₁上的點P₁的坐標，即可確定e₂(相應地，通過像平面I₂上的點P₂的坐標也可以確定e₁)，則P₁的對應點P₂必在極線上(可以利用匹配算法在極線上搜索P₂)，再通過P₁和P₂的坐標，即可唯一確定平面π上點M的空間坐標。

但是，由于采用基于極線和中心線約束的匹配方法，針對復雜彎管的空間位姿的快速單次測量，僅僅采用雙目測量是遠遠不夠的。原因是在采集彎管圖像過程中，往往會出現(xiàn)遮擋，而且在極線匹配過程中，中心線也會出現(xiàn)錯誤匹配，無法實現(xiàn)整個彎管的測量。

發(fā)明內(nèi)容