[发明专利]一种基于模板匹配的2D激光孔位检测方法

说明书

本发明公开了一种基于模板匹配的2D激光孔位检测方法，属于精密测量技术领域，能够解决高反光金属、强吸光复合材料等不理想扫描表面的孔位识别定位难的问题。包括：将2D激光轮廓仪与伺服电机相结合，测得工件孔区域表面的三维点云；利用改进型中值滤波算法去除孔边缘离群点，并将点云z坐标值二值化处理；根据点云密度自适应构造出待测孔的模板，执行模板匹配并利用ROI感兴趣区域进行孔特征判别，最终检测出孔的位置，并利用孔邻域点云拟合出平面计算出孔的法向。本发明可有效检测出不理想扫描表面的孔，鲁棒性强，且测量精度满足要求。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，尤其涉及一种基于模板匹配的2D激光孔位 检测方法。

背景技术

在产品数字化设计与制造过程中，数控系统根据产品的理论数学模型进行加 工，但由于加工制造及工装定位等各方面的误差，被加工工件与其理论数模的 一致性往往不能得到保证，因而若仅依靠理论数模来定位加工孔位，精度将不 能满足装配要求，在实际加工过程中，需要根据工件的实际安装位置对加工孔 位进行位置修正。例如在飞机部件自动化装配中，产品表面通常开设有若干组 基准孔，作为产品定位的参考，在加工之前需要自动测量出基准孔的实际位置， 从而实现飞机部件的精确定位。准确识别和定位产品上的基准孔是自动化装配 系统的关键技术和难点之一。目前，多数装备采用工业相机或者2D激光轮廓仪 进行孔位的检测。

基于单目视觉的孔位检测技术已较为成熟且容易实现，但只适用于检测孔的 平面位置，在深度方向上的检测精度不高，且不能测量出孔的轴线方向(即孔 的法向)。在很多工况中并不适用。目前已有一些基于2D激光扫描的孔位检测 技术。将2D激光轮廓仪安装在直线运动机构上即可获取到孔周边的三维点云， 对点云进行一定的处理可计算出孔的位置和法向信息。例如：利用2D激光轮廓 仪扫描得到待测平面的点云，通过设置所有点云数据点到拟合平面的距离阈值 达到滤除孔边缘噪声点的目的，但这种方案只能适用于平面，不能适用于曲面； 且只有在2D激光轮廓仪能扫描出理想的点云时才能适用，当点云有瑕疵时，不 能很好地识别出孔特征。再例如：基于线激光扫描与图像处理结合的基准孔检测方法，将线激光扫描获取的三维点云数据转换为二维灰度图，再使用边缘检 测算子提取轮廓，从而获得基准孔的中心位置，但该方法同样仅适用于理想情 况下无表面缺陷的点云，当出现大面积的噪点时，边缘提取算法无法识别出基 准孔的边缘，只能通过手动选取感兴趣区域以提高孔的识别度，无法满足自动 化装配的需求。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于模板匹配的2D激光孔位检测方法，能够解决 高反光金属、强吸光复合材料等不理想扫描表面的孔位识别定位难的问题，提 高了孔位检测的鲁棒性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

通过2D激光轮廓仪获取待测孔位区域的点云S，其中，所述2D激光轮廓仪搭 载在直线伺服电机上；对采集到的点云S进行预处理，去除所述待测孔区域的无 效点和离群点；将点云S的各个点的z坐标值进行二值化处理后，根据点云S的密 度构造孔模板T(m,n)并进行模板匹配；针对模板匹配后的点云S，通过ROI感兴 趣区域进行所述待测孔的特征判别；利用所述待测孔的特征判别结果获取所述 待测孔的位置，并得到所述待测孔的法向。

本实施例选用2D激光轮廓仪作为检测设备，提出了一种基于模板匹配的2D 激光孔位检测方案，首先利用2D激光轮廓仪扫描获取待测平面的初始点云信息， 接着对获取的点云进行滤波降噪等预处理，然后将点云的z坐标值二值化，自 适应构造出孔模板并执行模板匹配以识别出孔特征，最后计算出孔的位置和法 向。与现有相比，本发明实施例能够实现：

1)采用模板匹配法进行三维点云中孔的识别，提高了孔的识别率；

2)孔模板自适应构造算法，可根据实际扫描得到的点云密度自适应构造 孔的模板，提高了孔的匹配度；

3)将三维点云进行二值化处理，简化了模板匹配的计算，提高了匹配效 率；