[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

说明书

本发明公开了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，属于非接触式的测量技术领域。所述大尺寸板材成形在线测量系统，包括滑轨、侧支座、横梁、传感器支架、三维位移传感器、运动控制系统和工控机；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。本发明采用三维点云数据拼接的方式实现大尺寸板材的测量，在保证高精度的前提下增加测量系统的测量范围。

技术领域

本发明设计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， 属于非接触式的测量技术领域。

背景技术

近年来，随着我国机械加工工业的发展，大型机械零件的加工精度不 断提高，因此对大尺寸工件的高精度测量需求也愈来愈高，主要涉及航空航天、 冶金设备、造船工业、汽车制造、探矿设备等诸多工业领域。传统的测量方法一 般采用逐点测量方法，测量精度低，效率也不高，不能满足实际的测量要求。

机器视觉主要用计算机和相机模组等模块模拟人的视觉功能，从客观 事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终实现检测、测量和控制等目 的。基于视觉的测量系统以其非接触、高精度、速度快等优点,在各个领域的应 用中快速发展，逐渐成为工业领域中一种重要的测量手段。

现有的机器视觉测量系统对大尺寸板材进行测量时存在测量范围有 限、测量效率低、人工操作技巧性强和测量过程不灵活等缺点，如何在保证高精 度的同时提高大尺寸板材测量的效率，是当前板材测量领域急需解决的问题。

发明内容

针对现有大尺寸板材测量技术的不足，本发明的目的是提供一种基于 机器视觉的大尺寸板材成形在线测量系统与方法。本发明的系统硬件稳定可靠， 软件算法鲁棒性好，能够解决当前测量方法测量范围小、误差大、效率低的缺点， 具有较好的实用性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

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，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、侧支座、横梁、传感 器支架、三维位移传感器、运动控制系统和工控机。

所述大尺寸板材成形在线测量系统，通过多台传感器的X方向测量数 据拼接可实现最大2500mm的宽度测量，通过侧支座和横梁在Y方向的移动可 实现最大12000mm的长度测量，测量高度最大为725mm；

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。

所述的大尺寸板材成形在线测量系统中，滑轨上方为可沿Y轴方向运 动的侧支座及横梁；传感器支架位于横梁上，可实现X轴方向(即横梁方向) 移动；依靠传感器支架的上下滑动，传感器实现Z轴方向移动。当侧支座在滑 轨上运动时，Y轴方向的运动控制系统将编码器信号发送至三维位移传感器，获 取Y轴的坐标信息，并触发传感器进行拍照测量；激光发射器将可见的红色激 光射向被测物体表面，激光经物体反射被测量装置内部的CCD线性相机接收， 完成拍照过程，根据图像信息和传感器内部测距模块分别构造X轴与Z轴的坐标信息。结合激光反馈的高度、宽度信息和编码器提供的长度信息，测量系统可 实现被测板材的三维重构，最终获得的三维点云数据在工控机中处理分析。

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的挡板移动；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。