[發明專利]一種基于橢圓錐約束的制孔點法矢量求解方法

有效

• 申請號: 201710151788.X
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN107121061B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 劉巍;葉帆;張洋;陳磊;蘭志廣;賈振元;馬建偉;李汝鵬;邢宏文
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明基于橢圓錐約束的制孔點法矢量求解方法屬于計算機視覺測量技術領域，涉及一種基于橢圓錐約束的制孔點法矢量求解方法。該方法采用基于雙目視覺結合分組布置投影點并增加橢圓錐面約束的方法進行法矢量測量。首先將多組由四投影點組成的圖案依次投影在制孔區域，并基于雙目立體視覺求解各組投影標志點的三維坐標，進而針對每組測點的坐標集，采用平面主元分析法快速求解得到各組的局部法矢量，對各局部法矢量歸一化，擬合橢圓錐，最后近似求解橢圓錐的軸線，作為制孔點位置的精確法矢量。該方法采用分組布置投影標志點的方式，結合橢圓錐約束求解法矢量的方法，增加了可測量的空間點數量，該方法穩定性好，可靠性高，損耗極小。

技術領域

本發明屬于計算機視覺測量技術領域，涉及一種基于橢圓錐約束的制孔點法矢量求解方法。

背景技術

在飛機裝配領域，為了確保鉚接及螺栓連接孔的法向精度，在自動鉆鉚工序中，需要實時測量零件曲面上制孔點處的法矢量。其中法矢量的測量精度決定了制孔精度和裝配質量，而法矢量求解方法是快速獲得高精度法矢量的主要途徑。

現有的法矢量求解方法主要有接觸式位移傳感器,如三坐標測量儀測四點求法矢量、使用電渦流傳感器或激光測距傳感器測多點擬合二次曲面求法矢量、單目視覺測交叉光條求法矢量等方法，此外還有利用三角面片、空間點云、球面逼近等工具的算法。基于接觸式位移傳感器的測量方法是通過接觸曲面制孔點周圍的表面提取空間信息，測量效率低，設備壽命短，可靠性差；基于電渦流傳感器或激光測距傳感器的測量方法實現了非接觸快速測量曲面離散點坐標，但是由于一個傳感器一次只能測量一個點，受傳感器結構數量限制，可測的空間點數量少、分布間距大，無法精確反映制孔點處的型面信息；單目視覺測交叉光條的方法是測量經過制孔點的兩個直線方向的離散點信息，擬合曲面上兩條經過制孔點的曲線方程，進而求解法矢量的過程，其測量速度較快，精度較高，獲取點的數量很多，但是這些點無法反映制孔點周圍各方向的信息，導致測量不同曲面的制孔點法矢量的精度保持性差。謝友金等人發表《球面逼近求解變形曲面法向矢量算法研究》[J].制造技術,2010,07:051-108，提出了一種用球面擬合制孔點周圍的局部曲面并由球面球心與制孔點的坐標求解法矢量的方法，該方法首先需要測量制孔點周圍多個點的三維坐標，再取三個不共線的點與制孔點構成初始球面，然后定義目標函數為所有離散點到擬合球面距離的平均值，使用“模式搜索法”進行迭代，求解目標函數中的各待定系數。這種算法需要測量大量的離散點，求解法矢量的精度較高,可靠性較好；姚振強等人發明的專利號為CN201110099364.6的“用于大曲率半徑曲面法向矢量快速檢測方法”專利，采用兩個相互垂直平面與工件曲面相交，得到曲面點的兩條坐標曲線，然后分別檢測兩條坐標曲線上以曲面點為中心的微小曲線切向矢量，從而得到曲面數據點的法向矢量，該方法將傳統的曲面法向檢測三維問題轉化為兩次二維曲線檢測，便于實現，可以達到曲面加工實時檢測的需求，提高了曲面加工的質量和效率。

發明內容

本發明要解決的技術難題是針對航空零件表面制孔點法矢量算法精度不高、效率較低的問題，發明了一種基于橢圓錐約束的制孔點法矢量求解方法。該方法針對航空零部件表面的制孔點，在該點周圍區域，需要在每個采集周期布置一組由四個投影標志點構成的圖案，并對每個采集周期內采集到的四個投影點圖像進行提取、三維重建和局部法矢量求解，從而獲得制孔點周圍各組測量標志點的局部法矢量，最終通過擬合橢圓錐面的方式逼近精確的制孔點法矢量。該方法通過分組布置投影標志點的方式獲得大量反映制孔點附近區域的信息，并且采用橢圓錐形狀約束法矢量的取值范圍，從而大大提高法矢量求解的精度。

本發明采用的技術方案是一種基于橢圓錐約束的制孔點法矢量求解方法，其特征是，該方法采用基于雙目視覺結合分組布置投影點并增加橢圓錐面約束的方法進行法矢量測量；首先將多組由四投影點組成的圖案依次投影在制孔區域，并基于雙目立體視覺求解各組投影標志點的三維坐標；進而針對每組測點的坐標集，采用平面主元分析法快速求解得到各組的局部法矢量；然后對各局部法矢量歸一化，擬合橢圓錐；最后近似求解橢圓錐的軸線，作為制孔點位置的精確法矢量。方法具體步驟如下：