[发明专利]基于双目视觉的激光三维曲线轮廓定位投影方法

说明书

本发明提供了一种基于双目视觉的激光三维曲线轮廓定位投影方法，通过借助双目立体视觉系统获得被投影对象上的三维轮廓曲线的离散点序列在双目系统坐标系下的空间坐标，进而通过这些坐标与激光振镜扫描系统的标定结果求出投影所需的一系列控制信号来完成激光三维曲线轮廓定位投影，该方法投影效果好、定位精度高，并且所要求的硬件设备成本较低，易于在各行业进行应用。

技术领域

本发明涉及激光定位投影技术领域，具体是一种基于双目视觉的激光三维曲线轮廓定位投影方法。

背景技术

激光三维曲线轮廓定位投影是一种凭借激光具有良好的准直性和方向性的特点，通过扫描器件将激光束高速扫描到空间曲面的相应位置上，再利用人眼视觉暂留效应形成完整画面从而辅助人员进行生产的激光投影技术。由于准直的激光束不存在聚焦问题，无遮挡情况下该投影技术可以把已知CAD数模中的三维曲线轮廓图形按照1：1的比例精确投影到实物表面相应的轮廓位置，实现了数模轮廓图形在实际三维空间的立体呈现。这些投影到空间曲面上的明亮、清晰的可见激光线使得CAD数模中的轮廓信息得以在现实空间中直观地显示出来，因而能够为操作人员在实际曲面上的特定区域进行高效准确的作业提供参考和指引。激光3D轮廓定位投影技术在航空制造领域有较为广泛的应用，如飞机零部件装配、复合材料铺层、图案喷涂等。

目前现有高精度激光3D轮廓定位投影系统实现方式是振镜与高精度的激光雷达组成的扫描系统，该系统具有精度高、扫描速度快等优点，但是由于该实现方式需要依靠价格非常昂贵的高精度激光雷达，而且该项技术一直被国外少数几家公司所垄断(如美国的LPT公司)，因而在一定程度上限制了高精度的激光定位投影系统在各行业的推广应用。视觉测量作为典型的非接触式测量手段之一，其测量精度可达到0.01mm量级，并且便于一次性采集大量数据，因而本发明将其引入到激光振镜3D轮廓精确定位投影中来。在确定振镜模型参数的过程中，视觉测量技术可以提供大量高精度的采样数据，从而为求解振镜自身模型参数提供有效信息来源；在激光振镜系统与被投影的三维实物进行空间位置对齐时，可以通过将被投影的三维实物也置于相机坐标系中来达到统一两者坐标系的目的。并且视觉测量技术普及程度较高，所要求的硬件设施相对高精度的激光雷达价格也低很多。由此可见，视觉测量与激光振镜的结合可以为激光3D轮廓精确定位投影提供一种很好的实现方式，而且该方式更易于在各行业得到推广。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于双目视觉的激光三维曲线轮廓定位投影方法，借助双目立体视觉系统获得被投影对象上轮廓曲线的离散点序列在双目立体视觉系统坐标系下的空间坐标，进而通过这些坐标与激光振镜扫描系统的标定结果求出激光振镜投影所需的一系列控制信号，从而完成激光3D轮廓定位投影。该方法定位投影精度高，并且成本低、可操作性强。

本发明使用的方法基于一种基于双目视觉的激光三维曲线轮廓定位投影系统，包括激光振镜扫描系统以及视觉定位装置；所述的视觉定位装置为一个双目立体视觉系统；

所述的激光振镜扫描系统包括一个激光扫描振镜、一个激光发射器、一个控制板卡、一个电脑主机，其中控制板卡插在电脑主机的主板上使用；

所述的双目立体视觉系统包括左、右两个工业相机、相机固定装置、与激光振镜扫描系统共用的电脑主机，其中左右相机通过相机固定装置事先固定好。

本发明提供的基于双目视觉的激光三维曲线轮廓定位投影方法，包括以下步骤：

步骤一，标定双目立体视觉系统，并将标定参数保存；

步骤二，利用双目立体视觉系统标定激光振镜扫描系统，得到数字控制信号D_i对应的出射光l_i在双目立体视觉系统坐标系下的方位向量v_i之间的映射关系，并保持双目视觉系统与激光振镜扫描系统的相对位置关系不变；