[发明专利]一种基于双目视觉结构光的复杂表面形状检测方法

说明书

本发明设计一种基于双目视觉结构光的复杂表面形状检测方法，用于检测复杂工件表面的台阶、凹槽等对象的形状特征，双目视觉结构光的图像采集系统包括：控制器、左、右CCD相机、结构光发生器，检测方法包括：系统标定、图像采集、算法处理、三维模型重建，系统中任一CCD相机在结构光的辅助下可实现三维重建；即当某个相机无法正常捕捉到结构光斑时，由另一个相机实现三维重建，可有效扩大双目系统对复杂工件表面的识别率，有效提高了检测精度。对于坡角小于直角的台阶，本方法可准确重建出真实的三维模型，无需使用插值等算法对未检测区域进行修正，扩宽了双目视觉检测的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种基于双目视觉结构光的复杂表面形状检测方法，属焊接过程中的双目视觉三维重建与检测技术领域。

背景技术

在激光接焊技术领域中，金属材料的自动化熔化焊接时，容易出现焊接裂纹、台阶、凹槽等焊接缺陷，针对此问题，现有的单目或双目视觉系统可有效检测出这些不良的是否存在。但是当裂纹、台阶、凹槽的深度跳变过大或这些焊接缺陷的分布方位复杂多样时，受相机与被测物体倾角等因素的影响，现有的视觉系统存在无法正常捕捉特定位置图像的情况，因此往往出现裂纹的深度、台阶和凹槽的坡度等参数无法准确检出问题。若需要对这些参数做进一步检测和分析，在线及时的检测出焊接质量等问题时，传统的单目或双目视觉系统已无法满足要求。

中国发明专利“基于双目视觉的焊接熔池表面形状获取与传感系统”（201010566206.2）提出一种适用于弧焊过程焊接熔池表面形状检测的传感系统，通过该系统可提出熔池的表面形状，并用于焊接建模和智能控制；实用新型专利“基于立体视觉原理的焊接螺柱检测系统”（201820683462.1）公开了一种用于检测螺杆焊接位置和角度的系统；实用新型专利“铝合金自动焊双目视觉熔池监控传感器”（200920142300.8）所公开的，是一种在焊接过程中引导焊枪自动跟踪焊缝并监控熔池状态的传感器装置，以上三个专利的不足之处是：所公开的技术，均没有提出分析和判断焊接处裂纹的深度、台阶和凹槽的坡度等参数的方法以及解决方案。中国发明专利“一种焊接检测中基于双目线结构光的光条中心三维坐标获取方法”（CN201711327867）提出：使用双目线结构光的方式，结合单目线结构光三维测量原理，利用噪声与结构光条纹在图像映射到空间中的平面后位置不同的特点，通过图像处理有效的去除焊接中的大部分噪声，并得到其中心线，使得焊接视觉检测更为精确，但对于焊接过程中出现的部分台阶和凹槽，若某台相机无法正常捕捉结构光线时，则无法准确获取焊接台阶或凹槽的参数。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术所述问题，设计一种基于双目视觉结构光的复杂表面形状检测方法，用于检测复杂工件表面的台阶、凹槽等对象的形状特征，双目视觉中的任一成像单元在结构光的辅助下可实现三维重建；即当某个相机无法正常捕捉到结构光斑时，由另一个相机实现三维重建，可有效扩大双目系统对复杂工件表面的识别率，有效提高了检测精度。对于坡角小于直角的台阶，本方法可准确重建出真实的三维模型，无需使用插值等算法对未检测区域进行修正，扩宽了双目视觉检测的应用范围。

本发明的技术方案是：一种基于双目视觉结构光的复杂表面形状检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在XYZ三维空间坐标系下搭建双目视觉结构光的图像采集系统，所述图像采集系统包括：控制器、图像发射单元和图像采集单元；所述图像发射单元包括：沿Z轴方向布置的结构光发生器，所述图像采集单元包括：分布在所述结构光发生器两侧的左CCD相机和右CCD相机；所述左CCD相机和右CCD相机与结构光发生器的中轴线共XOZ平面，结构光使能后，结构光发生器发射与Z轴平行的结构光线；所述结构光线照射在工件表面，图像单元拍摄到的结构光线坐标随工件表面高度起伏变化；所述图像采集单元中的左CCD相机和右CCD相机可同时采集结构光线图像，并将采集到的图像经图像算法处理后可提取出结构光线轨迹，结构光线轨迹由若干个结构光点组成；结构光点在图像中的坐标关联工件的高度信息；