[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

本發明涉及一種面向數字化制造的彎管測量和余量定位方法。其步驟為:借助于激光跟蹤儀和靶標進行多傳感器的全局標定,將多傳感器坐標系統一到全局坐標系；多個傳感器嚴格同步采集彎管圖像，邊緣檢測以及形態學細化得到彎管的中心線,借助于雙向極線匹配算法進行中心線三維重建；將中心線離散為空間點云,計算控制點、直線段端點以及弧線段圓弧中心點，利用中心線作為引導線進行三維造型；最后利用最近點迭代法匹配設計模型和測量模型，計算余量位置，進而實現彎管的自尋位切割和焊接，加快彎管數字化制造進程。

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域,具體的說是一種面向數字化制造的彎管測量和余量定位方法。

背景技術

管路系統是航空、航天、汽車等工業領域重要的生命線，如人體血管一樣，負責液壓、冷氣、燃氣等介質的傳輸，目前對成型的彎管測量方式主要是接觸式的，例如靠模法、三坐標測量機、關節式坐標測量機等，這些方法存在對比裝置制造困難，容易造成損傷或變形，效率低，過分依賴操作者主觀判斷，無法重建三維模型以及無定位基準等缺陷。

先進制造技術是改造傳統制造業的有效手段，現如今數字化制造技術是先進制造技術的核心技術，如何縮短研制時間、降低研制成本、提高產品質量是數字化制造的主要目的，然而彎管數字化制造是飛機快速制造的瓶頸，其關鍵問題在于彎管精確的三維重建以及自尋位切割。

唐正宗等人在專利“一種三維彎管多相機視覺檢測方法及其系統”中公開一種彎管檢測算法，該算法簡單概述了彎管三維檢測算法，并未對中心線的直線段和弧線段的分割方法進行分析，其次公開的算法中計算了彎管參數，僅僅利用中垂線中點得到了控制點，并沒有計算直線段端點以及弧線段中心點。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種面向數字化制造的彎管測量和余量定位方法，實現彎管的自尋位切割和焊接，加快彎管的快速數字化制造。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種面向數字化制造的彎管測量和余量定位方法，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；

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；

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。

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：