[发明专利]一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，其特征在于，包括大尺寸板材成形在线测量系统和大尺寸板材成形在线测量方法；

所述大尺寸板材成形在线测量系统，包括滑轨(1)、侧支座(2)、横梁(3)、传感器支架(4)、三维位移传感器(5)、运动控制系统和工控机(6)。测量系统在检测板材时，侧支座带动横梁在Y方向运动进行板材长度方向的测量，传感器支架可在横梁上带动传感器在X方向运动进行板材宽度方向的测量，传感器支架还可进行Z方向的运动，调整传感器拍摄的视野范围；

所述大尺寸板材成形在线测量方法，包括基于激光干涉仪的三维位移传感器标定算法、三维点云数据拼接算法、三维点云数据预处理算法、三维点云数据分割算法、模型重建和曲面拟合；首先，利用三维位移传感器标定算法对三维位移传感器进行标定；接着，利用三维点云数据拼接算法，将所有传感器采集到的点云数据转换到同一个坐标系下；然后，对点云数据进行处理，包括去噪、空洞修复、精简、边缘提取；再通过三维点云数据分割算法，识别对象与分类；最后，将重构出的板材零件三维模型与三维曲板设计模型对比，识别出曲板指定位置是否加工到位及具体尺度偏差值，实现大尺寸成形板材的在线测量；

通过基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，X方向可实现0～2500mm的宽度测量，Y方向可实现0～12000mm的长度测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，其特征在于，所述大尺寸板材成形在线测量系统中，运动系统通过电机控制相机在滑轨(1)、横梁(3)、传感器支架(4)上运动，同时运动控制系统将机构的滑轨(1)的Y轴编码器信号发送至三维位移传感器(5)，触发传感器拍照测量，最后将获得的三维点云数据传至工控机(6)中处理分析。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，其特征在于，所述的基于激光干涉仪标定三维位移传感器的算法具体为：工控机通过步进电机控制传动机构控制挡板移动；激光干涉仪和三维位移传感器同时采集挡板移动的距离，激光干涉仪测得的数据作为标定系统的标准输入量，三维位移传感器测得的数据作为标定系统的输出量；将两者采集的数据传入工控机，采用最小二乘法拟合曲线对数据进行分析处理，实现对三维位移传感器的标定。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，其特征在于，所述的三维点云数据拼接算法具体为：采用改进的ICP算法实现三维点云数据的拼接。首先，利用主成分分析法实现点云的粗配准，对点云数据的重叠部分进行大致拟合，为精配准提供较好的初始位置，调高点云的配准精度；然后，在经典ICP算法的基础上，利用K-D tree快速搜索最近点，完成三维点云数据的精配准。本算法能够将所有传感器采集到的点云数据转换到同一个坐标系下，在保准配准精度的前提下，极大的提高了配准效率。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，其特征在于，所述的三维点云数据预处理算法包括：三维点云数据去噪算法、三维点云数据空洞修复算法、三维点云数据精简算法、三维点云数据边缘提取算法。首先利用三维点云数据去噪算法去除点云数据中的冗余点云和错误点云，然后利用三维点云数据空洞修复算法对测量数据中的孔洞进行修补，接着利用三维点云数据精简算法在不影响测量精度的前提下减少测量点的数据，最后利用三维点云数据边缘提取算法对板材图像的边缘进行提取。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，其特征在于，所述的三维点云数据分割算法具体为：采用基于局部采样和统计推理的点云分割算法，利用RANSAC来识别点云中的平面、圆柱面和曲面等规则几何形状的人造物体。本算法处理速度快，能较好地处理过分分割或者分割不足的情况。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法，其特征在于，所述的模型重建和曲面拟合具体为：根据三维点云数据重构实际被加工板材零件三维模型，并与三维曲板设计模型对比，识别出曲板指定位置是否加工到位及具体尺度偏差值，实现大尺寸成形板材的在线测量。