[發(fā)明專利]一種基于線激光掃描的傳送帶工件三維輪廓測量方法

有效

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• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107578464B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖玉飛;周翔;劉俊;涂宏斌;周繼輝;田煒
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙湘計(jì)海盾科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/80;G01B11/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發(fā)明公開了一種基于線激光掃描的傳送帶工件三維輪廓測量方法，通過相機(jī)標(biāo)定獲取攝像頭內(nèi)外參數(shù)，通過圖像預(yù)處理步驟進(jìn)行濾波和激光光條中心位置的初步提取，并對光條中心坐標(biāo)進(jìn)行亞像素精度細(xì)化，通過激光光平面標(biāo)定獲取光平面方程，最終對待測工件的三維輪廓信息進(jìn)行重建與測量。本發(fā)明所提出的工件三維輪廓測量方法具有如下優(yōu)勢：測量精度高，通過亞像素精度的激光光條提取和三維重建，能準(zhǔn)確獲取待測工件的三維輪廓信息；測量速度快，可實(shí)現(xiàn)待測工件三維輪廓信息的實(shí)時測量，提高工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的作業(yè)效率；采用線激光結(jié)合單目相機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)方式，硬件成本低。因此，本申請技術(shù)方法具有非接觸式、測量精度高、速度快、成本低等優(yōu)勢，能夠應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)傳送帶上工件三維輪廓信息的準(zhǔn)確測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維測量領(lǐng)域，尤其是一種基于線激光掃描的傳送帶工件三維輪廓測量方法。

背景技術(shù)

根據(jù)工作原理和測量媒介的不同，獲取物體的三維測量數(shù)據(jù)的方法主要可分成兩大類：接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量主要包括坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)、多關(guān)節(jié)三維掃描儀、切片式測量等方法，該類方法的不足是：測量速度慢、測頭易發(fā)生形變磨損、容易損傷待測零部件，應(yīng)用范圍受限。

非接觸式測量主要分為反射式測量和穿透式測量。穿透式測量的典型代表是工業(yè)CT掃描儀，其缺點(diǎn)是造價高昂且具有放射性危險(xiǎn)。反射式測量主要可分為光學(xué)和非光學(xué)兩種測量方式。非光學(xué)的測量方法，如超聲波或雷達(dá)聲吶等測量方式，其缺陷是測量精度不高且測量速度較慢。光學(xué)測量方法是目前實(shí)現(xiàn)物體三維數(shù)據(jù)測量的主流方法，通過向待測物體表面投射某種結(jié)構(gòu)光并檢測反射光，從而獲得物體高精度三維輪廓信息。根據(jù)采用光源的不同，主要有點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線結(jié)構(gòu)光和面結(jié)構(gòu)光。

基于線激光掃描的三維輪廓測量技術(shù)采用線激光器作為測量結(jié)構(gòu)光光源，利用三角法測量原理，當(dāng)線激光投射至被測工件表面時，在工件表面形成激光條紋，由于被測物體表面高度不一致等原因，圖像坐標(biāo)系中的激光光條紋受到物體表面形狀的調(diào)制，將發(fā)生形變，通過結(jié)合攝像機(jī)標(biāo)定結(jié)果，最終可以確定被測工件表面的三維輪廓信息。因此，基于線激光掃描的三維輪廓測量技術(shù)具有非接觸、測量精度高、速度快、易于在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)在線測量等一系列優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于體積測量、零部件逆向工程、工業(yè)自動化檢測、產(chǎn)品質(zhì)量控制、生物醫(yī)療等各個領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于線激光掃描的傳送帶工件三維輪廓測量方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于線激光掃描的傳送帶工件三維輪廓測量方法，包括以下步驟：

f)相機(jī)標(biāo)定階段：采用標(biāo)定模板，對相機(jī)進(jìn)行畸變校正；

g)圖像預(yù)處理階段：打開線激光器照射標(biāo)定模板，并采集有激光光條的標(biāo)定模板圖像，對圖像進(jìn)行灰度化處理，然后再進(jìn)行二值化處理，得到光條圖像；

h)激光光條中心坐標(biāo)亞像素精度提取階段：計(jì)算步驟b)得到的光條圖像與二維高斯函數(shù)模板的卷積，然后計(jì)算Hessian矩陣得到光條法線方向的單位向量，并將光條橫截面上任一點(diǎn)為基點(diǎn)，將光條圖像的灰度分布函數(shù)做二階泰勒級數(shù)展開，最終得到光條橫截面上中心點(diǎn)的精確位置；

i)激光光平面標(biāo)定階段：根據(jù)相機(jī)標(biāo)定結(jié)果和激光光條坐標(biāo)，得到激光線的真實(shí)世界坐標(biāo)，并采用最小均方擬合方法，求得激光光平面方程；

j)待測工件三維輪廓重建與測量階段：使用相機(jī)和線激光器，對傳送帶上的待測工件重復(fù)步驟b)、c)，然后根據(jù)步驟d)中得到的激光光平面方程，得到待測工件的真實(shí)三維世界坐標(biāo)，并將全部圖像中光條紋中心的三維坐標(biāo)按平移臺的運(yùn)動方向和間距拼接，獲取被測物體表面整體的視差圖像，將被測工件表面的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)組成三維點(diǎn)云圖像，然后進(jìn)行Delaunay三角剖分輪廓重建，最終獲得待測工件的三維重建模型。