[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器視覺(jué)的分層制造缺陷檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110661409.8
• 申請(qǐng)日: 2021-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113393441B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐敬華;王林軒;王康;安軒;張樹(shù)有;譚建榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/50;G01N21/88
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于機(jī)器視覺(jué)的分層制造缺陷檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：載入零件的幾何結(jié)構(gòu)模型；

步驟2：根據(jù)打印分層方向的高度數(shù)值，生成幾何結(jié)構(gòu)模型的層積結(jié)構(gòu)；

步驟3：求解層積結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云模型；

步驟4：確定層積結(jié)構(gòu)的分層厚度，根據(jù)分層厚度將層積結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層獲得各層的層切平面，構(gòu)建組成幾何結(jié)構(gòu)模型的層積結(jié)構(gòu)的層切平面集合F，開(kāi)始進(jìn)行層積制造；

步驟5：層積結(jié)構(gòu)旁布置相機(jī)，實(shí)時(shí)獲取層積結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云模型中當(dāng)前已經(jīng)打印的層積結(jié)構(gòu)的部分作為當(dāng)前點(diǎn)云模型P，根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)云模型P以及相機(jī)參數(shù)處理獲得點(diǎn)云模型P的可見(jiàn)點(diǎn)集；

步驟6：建立相機(jī)線性模型，實(shí)時(shí)將可見(jiàn)點(diǎn)集導(dǎo)入相機(jī)線性模型，生成可見(jiàn)點(diǎn)集理論投影圖，并根據(jù)實(shí)際檢測(cè)需求，提取可見(jiàn)點(diǎn)集理論投影圖中層積結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的二值輪廓填充圖作為理論匹配圖；

步驟7：根據(jù)相機(jī)畸變參數(shù)，對(duì)相機(jī)針對(duì)當(dāng)前已經(jīng)打印的層積結(jié)構(gòu)所采集的圖像進(jìn)行畸變矯正；

步驟8：利用圖像處理技術(shù)對(duì)畸變矯正后的圖像進(jìn)行處理，再提取矯正后圖像的二值輪廓填充圖，比較矯正后圖像的二值輪廓填充圖與理論匹配圖之間的相似度與預(yù)先設(shè)定的相似度閾值的大小，進(jìn)而實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前已經(jīng)打印的層積結(jié)構(gòu)是否具有缺陷：

若相似度大于相似度閾值，則判斷檢測(cè)到打印產(chǎn)生缺陷，

否則判斷沒(méi)有檢測(cè)到打印產(chǎn)生缺陷；

所述步驟5中，獲取可見(jiàn)點(diǎn)集的方法分為以下步驟：

步驟5.1：根據(jù)相機(jī)外參矩陣得到相機(jī)位置在加工坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)點(diǎn)C；

步驟5.2：確定半徑R，以三維坐標(biāo)點(diǎn)C為球心，R為半徑，構(gòu)建能包圍當(dāng)前點(diǎn)云模型P的包圍球；

步驟5.3：根據(jù)三維坐標(biāo)點(diǎn)C和當(dāng)前點(diǎn)云模型P中任意一點(diǎn)P_i確定一條射線，將P_i正映射到包圍球外部的射線上的一點(diǎn)作為映射點(diǎn)，具體公式為：

其中，為映射點(diǎn)的在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)表現(xiàn)形式，p_i為可見(jiàn)點(diǎn)P_i的在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)表示形式，||p_i||為可見(jiàn)點(diǎn)P_i在相機(jī)坐標(biāo)系下與原點(diǎn)間的距離，R為預(yù)先確定的包圍球半徑；

步驟5.4：重復(fù)步驟5.3，直至當(dāng)前點(diǎn)云模型P中的所有點(diǎn)均完成映射，所有映射點(diǎn)組成映射后點(diǎn)云

步驟5.5：構(gòu)建能夠包圍三維坐標(biāo)點(diǎn)C和映射后點(diǎn)云的凸包H；

步驟5.6：求解得到凸包H的邊界，凸包H的邊界上去除三維坐標(biāo)點(diǎn)C獲得映射點(diǎn)集將映射點(diǎn)集按照步驟5.3中正映射相反的映射方式映射回到當(dāng)前點(diǎn)云模型P上獲得可見(jiàn)點(diǎn)集；

所述步驟6中，生成可見(jiàn)點(diǎn)集理論投影圖包括以下步驟：

步驟6.1：通過(guò)相機(jī)標(biāo)定確定相機(jī)內(nèi)參矩陣K和外參矩陣[R|t]，構(gòu)建線性相機(jī)模型，表示為：

m＝K[R|t]M_c

其中，m和M_c分別為點(diǎn)m和M_c在圖像平面和世界坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)表示形式，點(diǎn)m表示理論匹配圖中的像素點(diǎn)，點(diǎn)M_c表示可見(jiàn)點(diǎn)集P_v中的點(diǎn)，R為旋轉(zhuǎn)矩陣，t為平移矩陣；

步驟6.2：導(dǎo)入可見(jiàn)點(diǎn)集P_v到線性相機(jī)模型，求解獲得可見(jiàn)點(diǎn)集P_v中的各個(gè)可見(jiàn)點(diǎn)經(jīng)線性相機(jī)模型變換后在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，生成可見(jiàn)點(diǎn)集理論投影圖；

步驟6.3：對(duì)可見(jiàn)點(diǎn)集理論投影圖進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，對(duì)處理后的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)提取圖像中層積結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的邊界信息，并將由層積結(jié)構(gòu)邊界包圍所得的圖形進(jìn)行填充得到理論匹配圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺(jué)的分層制造缺陷檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟1中，幾何結(jié)構(gòu)模型是封閉且無(wú)自交的，并且不存在法向量錯(cuò)誤、相鄰面片不共頂點(diǎn)、頂點(diǎn)分離、重疊面片和孤立面片。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺(jué)的分層制造缺陷檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟8中，畸變矯正后的圖像與理論匹配圖之間的相似度，具體計(jì)算方法為：提取矯正后的圖像中層積結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的二值輪廓填充圖像I_r，與理論匹配圖I_t的相似度表示為：

其中，R_(r,t)為矯正后的圖像與理論匹配圖之間的相似度，Ω_r和Ω_t分別為矯正后的圖像I_r以及理論匹配圖I_t中的像素點(diǎn)集合，m為像素點(diǎn)集合Ω_r中的像素點(diǎn)，n為像素點(diǎn)集合Ω_t中的像素點(diǎn)，I_r(m)為矯正后的圖像I_r中像素點(diǎn)m對(duì)應(yīng)的像素值，I_t(n)為理論匹配圖I_t中像素點(diǎn)n對(duì)應(yīng)的像素值。