[發明專利]一種面向數字化制造的彎管測量和余量定位方法

有效

• 申請號: 201611015476.8
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN108074277B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 趙吉賓;陳月玲;夏仁波;付生鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/13;G06T7/155;G06T7/80
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

1.一種面向數字化制造的彎管測量和余量定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：利用單個激光跟蹤儀和一個平面靶標對多個視覺傳感器進行全局標定，將不同位置的視覺傳感器的坐標系均統一到激光跟蹤儀的全局坐標系下；

S2：同步觸發多個視覺傳感器采集彎管圖像，采用邊緣檢測算法對彎管圖像進行邊緣檢測，采用形態學細化方法獲取彎管圖像的中心線，剔除中心線上的分支，采用雙向極線匹配算法進行中心線三維重建，獲取彎管空間中心線；所述剔除中心線上的分支，包括以下步驟：

形態學細化獲得彎管中心線骨架，骨架為只包含一個像素寬的輪廓區域，將輪廓區域轉換為8領域；用以下三種8領域形式進行說明：

其中1為前景，0為背景；

在8領域內，將存在三個或三個以上連接點的點進行標記：

其中，1為前景，0為背景，2為標記的連接點；

利用連接點將中心線輪廓區域分割成多個只包含一個或兩個連接點的輪廓區域，統計每個輪廓區域的點數，剔除小于L個點的輪廓區域，保留的最終輪廓為管件的中心線輪廓，其中L＝80；

S3：將彎管空間中心線離散為中心線三維點云，計算空間中心線的空間三維控制點；所述計算空間三維控制點，包括以下步驟：

將空間中心線離散為中心線三維點云，對連續m個點(P_i,…P_i+m-1)作出擬合直線L_i(a_i,b_i,c_i,x_i,y_i,z_i)，再順序對m個點(P_i+m,…P_i+2m-1)作出擬合直線L_i+1(a_i+1,b_i+1,c_i+1,x_i+1,y_i+1,z_i+1)；其中，a_i,b_i,c_i分別為空間直線L_i的參數，(x_i,y_i,z_i)表示點P_i的坐標；a_i+1,b_i+1,c_i+1分別為空間直線L_i+1 的參數，(x_i+1,y_i+1,z_i+1)表示點P_i+m的坐標；

那么，兩條空間直線L_i與L_i+1的空間夾角為若θ_i小于設定的閾值，則定義點云集PP₁＝{P_i,…P_i+m-1,P_i+m,…P_i+2m-1}，依次類推，直到θ_i大于設定的閾值時，點云集PP₁＝{P_i,……P_i+lm-1}為同一條直線上的點，其中點云集PP₁中點的個數為l×m，其中，選取m＝10；

用上述方法將所有點云分割為直線段點云PP＝{PP₁,PP₂,…,PP_n}和弧線段的點云；

由于彎管加工后會產生回彈力，相鄰的兩條直線并不共面，因此為了求取控制點，以點集PP₁和點集PP₂為例，利用最小二乘法將點集PP₁、點集PP₂的點擬合為一平面π:a₀x+b₀y+c₀z＝d₀；其中，a₀，b₀，c₀，d₀為平面π的參數；

將第一組點云PP₁擬合為一條直線L₁，其參數方程為:在直線L₁上取點A(x₁,y₁,z₁)，過該點且垂直于平面的直線方程為L₂: 該直線方程和平面π方程聯立可得點A在平面π上的投影點B(x_b,y_b,z_b)，即其中，a₁，b₁，c₁為直線L₁的參數；

同理，可以求得直線方程L₁和平面方程π的交點為C(x_c,y_c,z_c)，因此過點B、C的直線方程為即為直線L₁的投影方程；同理，得到相鄰直線段L₂的投影方程；

計算L₁和L₂的兩條投影直線的交點，得到控制點D₂；同理,可得控制點(D₂,D₃…,D_n),結合彎管兩端的兩個端點D₁和D_n+1，可得整個空間中心線的所有控制點(D₁,D₂,…,D_n+1)；其中，控制點的總數是n+1個，n為直線段PP＝{PP₁,PP₂,…,PP_n}的個數；

S4：彎管由若干直線段和圓弧段組成，計算彎管空間中心線的每條直線段端點和每個圓弧段圓心位置；

S5：利用得到的直線段端點、空間圓弧圓心、圓弧半徑以及管件管徑分段進行掃掠得到復雜管件三維模型；

S6：采用最近點迭代ICP匹配算法，建立測量坐標系和設計坐標系之間的轉換關系Γ和誤差測度d(Γ)，通過對誤差測度d(Γ)進行最小化迭代，得到實際轉換關系Γ，從而確定與設計坐標系的控制點相匹配的測量坐標系下的實際切割位置；

S7：按照給定的切割量對彎管兩端的切割位置進行三維定位，對相機和機器人,機器人和切割機之間的位置關系進行標定，利用機器人協助將彎管放到切割機上進行自動切割。