[發明專利]一種面向檢測特征掃描不確定度的自由曲面覆蓋視點自動采樣方法

有效

• 申請號: 202011514285.2
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112734619B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 劉銀華;趙文政
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06T7/73;G06T7/215;G06T7/246;G06T7/11;G06T7/60;G06T7/66;G01B11/24
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 佘大鵬

本發明提出一種面向自由曲面檢測的光學視點優化及覆蓋路徑規劃方法，該方法包括視點位姿的確定，視場內所包含檢測特征點確定，視點的無碰撞路徑規劃等步驟；本發明實現復雜零部件高效、無碰撞的全型面檢測覆蓋路徑規劃，提高了關鍵特征的檢測精度與效率，尤其提升了檢測結果的可靠性。

技術領域

本發明涉及視點選取及路徑規劃方法，尤其涉及一種面向檢測特征掃描不確定度的自由曲面覆蓋視點自動采樣方法。

背景技術

近年來，隨著科學技術的發展，使得光學掃描儀對復雜表面的檢測精度和效率得到了提升，以機器人搭載光學檢測儀對復雜曲面進行測量已逐漸成為主流的測量手段。光學掃描儀可以在短時間內通過非接觸的方式獲得大量的點云數據，打破了傳統的CMM通過接觸的方式獲得少量精確數據的約束，從而完整的捕捉產品尺寸、位置以及形位誤差，為產品質量評估與質量控制提供有利條件。光學檢測儀需要確定較優的視點來覆蓋被檢測零件的全型面，而且每一次掃描儀姿態的調整都將增加測量的不確定度，因此對于光學檢測儀的覆蓋路徑規劃不僅需要耗費大量人力和時間成本，而且無法保證測量的精度。

目前光學檢測規劃的工作中主要分為兩個方面：1)考慮到檢測時間與視點數目的最佳檢測路徑的優化的研究；2)考慮掃描姿態、掃描重疊對于檢測精度的影響。掃描路徑的確定及優化是激光掃描的基礎，Raffaeli等人首先以距離和曲面法線方向為基礎對每個檢測元素進行分類，對于分類后的集合隨機選取一個視點以覆蓋組內的元素，從而得到覆蓋路徑的視點集。該方法極大地減少了視點的數量。Bircher等人提出了一種基于迭代隨機重采樣的策略，以減少視點之間的成本為目標來尋找距離較近的視點，達到減少機器人的運動時間的效果。Glorieux等人以檢測路徑以及包含圖元的數目為目標建立目標采樣策略，迭代產生最佳采樣點，縮短了任務檢測的時間。

上述研究雖然優化了掃描的路徑，提高了掃描的效率，但是，每一次掃描儀姿態的調整都將增加測量的不確定度，從而降低測量的精度。掃描的俯仰角、偏轉角、景深等對于掃描精度起到了決定性作用。Mussa考慮到掃描特征公差規范，建立公差與不確定度之間的關系，以提高掃描的不確定度。遺憾的是，他們并沒有完整的采樣點優化策略和檢測路徑優化的方法。Fan等人通過建立入射角度和點云可視化的視點質量評價函數以降低不確定度，最終確定最佳視點。上述研究中考慮到入射角、景深等對于整體檢測精度的影響。然而，在車身、飛機等薄板件檢測中，對于不同產品特征(如圓孔、方槽、、切邊、面點等)有著不同的特征公差規范，若將所有檢測特征均以相同的檢測精度標準進行檢測姿態的優化不僅會導致檢測效率的降低，而且將導致部分關鍵特征的檢測精度難以滿足檢測質量的要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于測量不確定度要求的光學掃描位姿優化及覆蓋路徑規劃方法，實現復雜零部件無碰撞、高效的全型面檢測覆蓋路徑規劃，同時提高關鍵特征的檢測精度、保證檢測質量的可靠性。

為達到上述目的，本發明提出一種面向檢測特征掃描不確定度的自由曲面覆蓋視點自動采樣方法，包括以下步驟：

S101、對被檢測零件進行體素化處理，整理待測零部件各個檢測特征的尺寸信息、檢測特征點的位置、矢量方向以及尺寸輪廓；

S102、基于S101中確定的檢測特征點信息以及光學傳感器的檢測規范確定每個檢測特征點所對應的初始化視點的位置和方向；

S103、基于S101、S102確定的每個檢測特征點的公差區間要求以及Guide to theexpression of uncertainty in measurement標準，確定每個檢測特征點所對應的初始化視點的可行入射角范圍；

S104、利用包圍盒碰撞檢測思想確定每個視點下所包含檢測特征點集合及其數目；

S105、基于S104所確定的視點下包含特征點的集合，以視點下包含檢測特征的平均不確定度最小、檢測數目最小建立優化模型，利用改進RRT^*算法對最優化視點進行求解；