[發明專利]大型零件化學銑削切割非接觸在線檢測方法

有效

• 申請號: 201611179458.3
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106841206B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 劉巍;張致遠;蘭志廣;張洋;趙海洋;葉帆;馬建偉;賈振元
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01B11/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.大型零件化學銑削切割非接觸在線檢測方法，其特征是，檢測方法將雙目視覺系統集成在機床的橫梁上，通過調節雙目視覺系統的位姿測得多種大型零件邊界的數據；分別對雙目攝像機內外參數、T-Mac位姿進行標定，通過T-Mac得到運動的雙目視覺系統局部坐標系和靜止的激光跟蹤儀全局坐標系之間的轉換關系，實現全局坐標實時統一；采集測量數據，對數據進行零件邊界結構特征點提取處理，得到零件邊界的局部三維信息；將局部測量數據統一到全局坐標系下，實現整體三維信息的測量與重建；方法的具體步驟如下：

第一步將雙目視覺系統集成在機床的橫梁上

將上橫向導軌(1)通過兩端的左、右固定塊(2A、2B)用螺母緊固后安裝在機床的橫梁上，再將下橫向導軌(3)也通過兩端的左、右固定塊(2A、2B)用螺母緊固后安裝在上橫向導軌(1)下面；縱向導軌(6)上端由固定塊(4)固定在上、下橫向導軌(1、3)上，縱向導軌(6)下端通過連接塊(5)與聯接板(9)連接；

搭建小型雙目視覺集成系統的集成箱(7)；首先將激光器(11)與轉臺(12)通過螺套連接在一起，再將轉臺(12)通過四個螺栓固定在集成箱(7)的底部中心；將左、右攝像機(10A、10B)安裝在激光器(11)的兩側，并用螺栓固定在集成箱(7)底部；最后將集成系統箱(7)與T-Mac(8)通過通孔用螺母裝配連接在一起；通過聯接板(9)安裝到縱向導軌(6)上；

第二步對測量系統進行標定

首先采用張氏標定方法對雙目視覺系統的左、右攝像機的內參數進行標定，然后，在現場測量安裝好激光跟蹤儀，利用激光跟蹤儀標定雙目攝像機的外參數；并進行T-Mac與雙目視覺系統的標定，最終使在每一個測量位置拍攝時重建的測量結果都在激光跟蹤儀的測量坐標系下；

第三步圖像目標信息的獲取

針對被檢測零件化銑邊界結構特征的精密檢測，基于光條位置突變進行邊界特征點的識別；首先獲取準確的光條中心位置P_j，定義其坐標值為(x,f(x))，提取光條；定義f(x)的一階離散導數最大值與二階離散導數為零的位置為結構邊界特征點；建立理想光條中心位置特征點模型為：

f(x)＝(b₂-b₁)u(x-x₀)+q₁x+b₁ (1)

其中，u(x-x₀)為理想階躍函數，b₁,b₂不同結構表面光條中心線方程截距參數，q₁為光條中心線斜率；x₀為光條中心線曲率突變位置，即被測物理論邊界特征點；對提取得到的光條中心位置坐標值(x,f(x))進行離散求導計算，

其中，m為第m個離散點，i為m點之后的其他點；一階導數最大值所對應的行坐標v₀為目標初始結構邊界行坐標，定義其對應的光條中心列坐標f(v₀)為目標初始結構邊界列坐標值，得到目標初始結構邊界特征點坐標為(v₀,f(v₀))；

再進行邊界精定位，令一維理想階躍邊界模型為由具有特征值h₁與h₂的特征點構成；利用公式(3)計算一維理想邊緣模型的前三階特征矩：

其中，P₁、P₂分別表示特征值h₁與h₂的特征點所占的比例，且有P₁+P₂＝1；m_k中k＝1,2,3為一維理想邊緣模型的前三階特征矩；目標初始邊界特征點坐標值(v₀，f(v₀))，在v₀的α鄰域內選取2α+1個特征點作為特征矩計算的輸入序列h(j)，j＝1,2,…,n,n＝2α+1；再通過公式(4)得到邊界的實際特征矩

聯立公式(3)和(4)，通過前三階特征矩建立方程組解得三個未知數h₁，h₂，P₁，并得到邊界亞像素位置為：

l＝nP₁ (5)

通過以上操作得到邊界的精確行坐標l，然后利用附近光條中心點坐標進行插值或擬合得到對應的邊界列坐標f(l)，由此定位到精確的邊界特征點(l,f(l))；利用雙目視覺系統左、右攝像機圖像平面滿足極線約束關系進行左、右圖像中對應光條特征點的匹配，應滿足公式(6)：

其中，p_l、p_r分別為左、右圖像對應匹配點，基本矩陣F可通過已知準確距離的兩個標定板進行標定計算；以左圖像為基礎，基于基本矩陣的極線約束計算右圖像的匹配點；根據得到的左、右圖像對應匹配點，結合雙目視覺重建基本原理實現上述匹配點的三維重建；對空間任意一點P_i，重建得到其三維空間坐標如下：

其中，x′_i，y′_i分別為左攝像機采集的特征點在圖像坐標系下的橫、縱坐標；y″_i為右攝像機采集的特征點在圖像坐標系下的縱坐標；f₁、f₂分別為左、右攝像機標定得到的焦距；是右攝像機相對于左攝像機的旋轉矩陣，[t_x,t_y,t_z]^T是右攝像機相對于左攝像機的平移矩陣；

利用下面公式將局部坐標值轉換為激光跟蹤儀坐標系下的全局坐標值：

Q_k＝R_cn·P_k+T_cn (8)

其中，P_k為局部坐標系下第k個點的坐標，Q_k為全局坐標系下第k個點的坐標；R_cn和T_cn分別為全局的激光跟蹤儀世界坐標系與局部的雙目視覺系統坐標系之間的旋轉矩陣和平移矩陣；

最后通過移動雙目視覺測量系統，調節雙目視覺系統的位姿，使雙目視覺測量視場覆蓋所有的感興趣區域，測得大型零件邊界的數據；并將每一部分的測量點云數據均統一到固定不變的全局的激光跟蹤儀世界坐標系下，最終實現大型零件的全局三維數據整體測量。