[發明專利]一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法

在審

• 申請號: 202110732138.0
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113379902A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 許景波;姜宇航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/80;G06T7/13
• 代理公司: 哈爾濱三目知識產權代理事務所(普通合伙) 23214
• 代理人: 劉冰;馮慶柱

一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，屬于圖像識別領域。現有的外觀檢測方法在圖像分析過程存在丟失信息的問題，難以確保焊接的準確性與效率的問題。一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，根據激光掃描的原理、光學三角法原理設計光學結構系統，通過幾何關系計算焊縫水平和垂直位置的變化信息；通過焊縫識別算法，預處理以及對預處理后的焊縫圖像進行特征點的識別；根據焊縫圖像中心點的位置變化推導出實際焊縫中心點的偏差，通過對識別到的圖像點云數據進行三維重建，還原出焊接后的整體三維圖像。本發明具有識別準確性高以及識別效率高的優點。

技術領域

本發明涉及一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法。

背景技術

目前，多數企業在上車過程中都會涉及到焊接技術，在實際加工中，由于受加工精度、焊接熱變形等影響，焊縫的外觀常出現各種缺陷。焊縫的外觀質量直接影響焊接產品的可靠性，焊后對焊縫的外觀檢測是提高與保證焊接成形質量的一種有效手段，并且傳統方法使用二維圖像進行分析，會丟失許多用用價值的信息，例如寬、高、距離等信息，因而很難確保焊接的準確性與效率。

而三維重建技術則可以解決這類問題，并且結合單目視覺具有非接觸、快速、實時性等優點，為焊縫外觀檢測提供了技術支持。本發明根據上述情況以及三維重建技術進行了焊縫的識別以及重建技術的設計。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的外觀檢測方法在圖像分析過程存在丟失信息的問題，導致出現難以確保焊接的準確性與效率的問題，而提出一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法。

一種基于激光掃描的焊縫形狀的特征提取與三維重建方法，所述的方法首先根據激光掃描的原理、光學三角法原理設計光學結構系統，通過幾何關系計算焊縫水平和垂直位置的變化信息；其中，整個系統主要由攝像頭和工控機構成，采用CCD攝像頭進行焊縫圖像的采集，以J1900工控機為處理單元，通過調試，給出圖像采集與顯示的效果；然后，通過焊縫識別算法，對得到的原始圖像進行數字形態的濾波、去噪等預處理工作，對預處理后的焊縫圖像進行特征點的識別；最后，根據焊縫圖像中心點的位置變化推導出實際焊縫中心點的偏差，通過對識別到的圖像點云數據進行三維重建，還原出焊接后的整體三維圖像；

優選地，所述的特征提取與三維重建方法包括以下步驟：

步驟一、獲取焊縫圖像，通過視覺系統標定建立模型，將焊縫圖像中焊縫在結構光條紋的圖像坐標系下的圖像坐標轉化為攝像機坐標，并轉化到基于機器人基坐標系下的坐標；

步驟二、圖像預處理；

步驟三、采用Harris角點檢測算法進行特征點提取；

步驟四、使用貪婪投影三角化算法進行三角化處理，實現焊縫圖像的三維重建過程。

優選地，所述的特征提取與三維重建方法中，步驟一的具體過程為：

所述的視覺系統標定包括攝像機標定、線結構光平面的標定和手眼標定三部分；

攝像機標定包括兩部分：內參的標定和外參的標定；內參的標定，是指攝像機的焦距、畸變系數、中心點的標定；外參的標定，是指攝像機坐標系與世界坐標系的旋轉變換矩陣與移動矩陣的轉換關系；

攝像機標定方法有兩種：傳統的相機標定和自標定，自標定無需標定，被廣泛應用于手眼標定中，只需通過從各個角度和方向拍攝多幅圖像就可實現；

結構光平面的標定，通過攝像機標定之后，并利用多個特征點求得線結構光平面。

優選地，所述的特征提取與三維重建方法中，步驟一的圖像預處理具體過程為：

第一，圖像去燥，有效去除焊縫圖像中的各種噪聲和干擾；第二，圖像二值化，使圖像中焊縫信息與背景信息分開，提高對比度，突出焊縫信息；第三，焊縫邊緣檢測，其目的進行圖像分割，把焊縫橫截面輪廓的重要信息提取出來；

優選地，步驟三的特征點提取的過程為把V型坡口焊縫的最低點作為特征點，提取特征點；

具體為：