[发明专利]一种面向数字化制造的弯管测量和余量定位方法

说明书

本发明涉及一种面向数字化制造的弯管测量和余量定位方法。其步骤为:借助于激光跟踪仪和靶标进行多传感器的全局标定,将多传感器坐标系统一到全局坐标系；多个传感器严格同步采集弯管图像，边缘检测以及形态学细化得到弯管的中心线,借助于双向极线匹配算法进行中心线三维重建；将中心线离散为空间点云,计算控制点、直线段端点以及弧线段圆弧中心点，利用中心线作为引导线进行三维造型；最后利用最近点迭代法匹配设计模型和测量模型，计算余量位置，进而实现弯管的自寻位切割和焊接，加快弯管数字化制造进程。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域,具体的说是一种面向数字化制造的弯管测量和余量定位方法。

背景技术

管路系统是航空、航天、汽车等工业领域重要的生命线，如人体血管一样，负责液压、冷气、燃气等介质的传输，目前对成型的弯管测量方式主要是接触式的，例如靠模法、三坐标测量机、关节式坐标测量机等，这些方法存在对比装置制造困难，容易造成损伤或变形，效率低，过分依赖操作者主观判断，无法重建三维模型以及无定位基准等缺陷。

先进制造技术是改造传统制造业的有效手段，现如今数字化制造技术是先进制造技术的核心技术，如何缩短研制时间、降低研制成本、提高产品质量是数字化制造的主要目的，然而弯管数字化制造是飞机快速制造的瓶颈，其关键问题在于弯管精确的三维重建以及自寻位切割。

唐正宗等人在专利“一种三维弯管多相机视觉检测方法及其系统”中公开一种弯管检测算法，该算法简单概述了弯管三维检测算法，并未对中心线的直线段和弧线段的分割方法进行分析，其次公开的算法中计算了弯管参数，仅仅利用中垂线中点得到了控制点，并没有计算直线段端点以及弧线段中心点。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种面向数字化制造的弯管测量和余量定位方法，实现弯管的自寻位切割和焊接，加快弯管的快速数字化制造。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种面向数字化制造的弯管测量和余量定位方法，包括以下步骤：

S1：利用单个激光跟踪仪和一个平面靶标对多个视觉传感器进行全局标定，将不同位置的视觉传感器的坐标系均统一到激光跟踪仪的全局坐标系下；

S2：同步触发多个视觉传感器采集弯管图像，采用边缘检测算法对弯管图像进行边缘检测，采用形态学细化方法获取弯管图像的中心线，剔除中心线上的分支，采用双向极线匹配算法进行中心线三维重建，获取弯管空间中心线；

S3：将弯管空间中心线离散为中心线三维点云，计算空间中心线的空间三维控制点；

S4：弯管由若干直线段和圆弧段组成，计算弯管空间中心线的每条直线段端点和每个圆弧段圆心位置；

S5：利用得到的直线段端点、空间圆弧圆心、圆弧半径以及管件管径分段进行扫掠得到复杂管件三维模型；

S6：采用最近点迭代ICP匹配算法，建立测量坐标系和设计坐标系之间的转换关系Γ和误差测度d(Γ)，通过对误差测度d(Γ)进行最小化迭代，得到实际转换关系Γ，从而确定与设计坐标系的控制点相匹配的测量坐标系下的实际切割位置；

S7：按照给定的切割量对弯管两端的切割位置进行三维定位，对相机和机器人,机器人和切割机之间的位置关系进行标定，利用机器人协助将弯管放到切割机上进行自动切割。

所述剔除中心线上的分支，包括以下步骤：

形态学细化获得弯管中心线骨架，骨架为只包含一个像素宽的轮廓区域，将轮廓区域转换为8领域；用以下三种8领域形式进行说明：

其中1为前景，0为背景；

在8领域内，将存在三个或三个以上连接点的点进行标记：