[發明專利]一種高鐵白車身裝配質量檢測系統和方法

在審

• 申請號: 201910322429.5
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110095069A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 侯天龍;孫永奎;馬磊;楊堯
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 劉凱

本發明公開一種高鐵白車身裝配質量檢測系統和方法，系統包括結構光投射器、圖像采集設備和圖像處理系統；結構光投射器向被裝配件表面投射線線激光，并接收圖像處理系統的控制信號；圖像采集設備采集線激光被裝配件表面特征調制后的結構光圖像，并傳輸給圖像處理系統；圖像處理系統對采集到的圖像進行預處理，并進行光條紋中心提取，再根據標定好的系統參數進行計算，將光條紋中心的圖像坐標轉化為對應距離信息。本發明利用圖像處理算法的高效和靈活實現快速測量，可以實現寬范圍的測量，還可實現裝配特征的提取，同時可通過算法完成動態測量的引導，提高了檢測精度和檢測效率。

技術領域

本發明涉及裝配質量檢測技術領域，具體為一種高鐵白車身裝配質量檢測系統和方法。

背景技術

列車白車身是一個復雜的組合結構件，它是由百余種、甚至數百種薄板沖壓件經過焊接、鉚接、機械聯接及粘接而成。其中在裝配過程中，裝配質量將會影響后續的焊接質量，而列車白車身焊接質量的優劣對整車質量起著決定性作用。已有的焊縫寬度檢測方法中常用的傳統方法為人工目測法，通過人工作業的方式對縫隙寬度進行測量，由于人工作業的局限性和人眼長時間工作導致的疲勞會引起漏測或者誤測，同時效率較低。因此，列車白車身智能裝配質量的在線檢測對于企業的生產效率具有非凡的意義，焊縫的寬度、深度及裝配件的高差度是裝配質量的重要指標。

常用的自動化裝配質量檢測技術包括接觸式測量和非接觸式測量，接觸式測量實時性差，且會受到檢測目標材質的限制影響，造價昂貴，對操作人的健康也會產生一些影響。

列車白車身裝配質量檢測是智能裝配過程中的一個重要環節，其中傳感器的研究是核心。傳統的機器視覺傳感器是將被測物表面進行采集后被動獲得被測物表面的特征信息，因此獲得的僅僅是被測物表面的二維平面的特征信息。

圖1為現有的二維激光傳感器，該傳感器的測量原理是激光束被一組特定透鏡放大用以形成一條靜態線激光，投射到被測物表面上。激光接受器是一套高品質的光學系統，將線激光的漫反射光投射到高度敏感的傳感器感光矩陣上，高度敏感的感光元件CMOS矩陣可以接收從被測物體反射回來的光線，形成高精度輪廓影像。最終根據接受到的線激光點數輸出一組二維坐標值，坐標系的原點與傳感器本身相對固定。輪廓改變都會改變投射到被測物體表面的線激光的形狀，從而改變感光器件矩陣上的影像結果。如果移動探頭或者被測物體，可以得到若干掃描線輪廓，將這些輪廓合成就可以行成3D影像結果。這個影像也被稱作“點云”，因為影像由數千個獨立測量點所組成。

但是，激光傳感器在高精度測量時，由于精度限制，水平方向測量范圍較小；垂直方向受到系統結構的影響，垂直方向測試范圍較小。而且在三維測量過程中僅僅完成三維尺寸的測量，需要通過引導才能完成動態測量。另外，激光傳感器的成本較高，功能比較單一。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種高鐵白車身裝配質量檢測系統和方法，采用結構光機器視覺測量技術對裝配過程中的裝配質量進行全自動高精度測量，通過圖像采集設備采集信息實現裝配縫隙的實時檢測，可減少人工處理過程所帶入的誤差，提高檢測效率。技術方案如下：

一種高鐵白車身裝配質量檢測系統，包括結構光投射器、圖像采集設備和圖像處理系統；結構光投射器向被裝配件表面投射線線激光，并接收圖像處理系統的控制信號；圖像采集設備采集線激光被裝配件表面特征調制后的結構光圖像，并傳輸給圖像處理系統；圖像處理系統對采集到的圖像進行預處理，并進行光條紋中心提取，再根據標定好的系統參數進行計算，將光條紋中心的圖像坐標轉化為對應距離信息。

一種高鐵白車身裝配質量檢方法，包括以下步驟：

步驟1：通過測量前的系統初始化標定對圖像采集設備和測試系統進行標定，完成三維空間坐標和二維平面的轉換，得到相應的轉換矩陣；

步驟2：通過圖像采集設備采集結構光圖像；

步驟3：通過圖像處理算法進行光條紋中心提取，得到光條紋中心線；