[发明专利]激光线标记的长轴类零件图像拼接及弯曲变形检测方法

摘要

本发明公开了一种激光线标记的长轴类零件图像拼接及弯曲变形检测方法。本发明的线激光器发射出均匀的线激光束照射到被测轴类零件圆周柱面上，在朝向被测轴类零件的圆周柱面任一径向位置下沿被测轴类零件轴线方向采集到被测轴类零件的圆周柱面两幅不同轴向位置的图像，两幅图像之间具有重叠区域，采用基于激光标记线位置相关的两孔径拼接方法将两幅图像进行拼接，拼接后的图像进行坐标变换转换到同一坐标系下，获得拼接图像；对所有拼接图像进行处理计算激光标记线和轴线的斜率值，最后根据两个斜率值计算获得弯曲变形误差，完成弯曲变形检测。本发明可实现无明显特征点子柱面的无缝拼接，具有较强的抗干扰能力，成本低，易于实用化。

主权项

1.一种激光线标记的长轴类零件图像拼接及弯曲变形检测方法，其特征在于该方法的步骤如下：1)线激光器发射出均匀的线激光束照射到被测轴类零件圆周柱面上，获得一条平行于被测轴类零件轴线方向并且长度和被测轴类零件沿轴线方向长度相同的激光标记线，所述激光标记线作为被测长轴类零件外轮廓的参考基准线；2)测量前先调整CCD相机的位置，使得激光标记线位于采集图像的中间位置并尽可能水平激光标记线；3)通过CCD相机在朝向被测轴类零件的圆周柱面任一径向位置下，沿被测轴类零件轴线方向采集到被测轴类零件的圆周柱面两幅不同轴向位置的图像，两幅图像之间具有至少1/6的重叠图像区域；4)将获得的两幅图像分别进行数字图像预处理，然后采用基于激光标记线位置相关的两孔径拼接方法将两幅图像进行拼接，获得拼接图像；5)重复步骤3)和4)，并同时被测轴类零件绕自身中心轴旋转10°，再用CCD相机采集被测轴类零件的圆周柱面；6)对步骤5)获得的所有拼接图像进行处理，获得被测轴类零件的圆周柱面的测量点，经坐标变换转换到同一坐标系下，利用测量点拟合直线分别计算激光标记线和被测零件轴线的斜率值，最后根据两斜率值计算获得弯曲变形误差，完成弯曲变形检测；所述步骤4)中采用激光标记线位置相关的两孔径拼接方法将两幅图像进行拼接，具体为：4.1)先采用Sobel算子边缘检测算法提取两幅图像的边缘信息，边缘是指被测轴类零件的轮廓边缘；4.2)利用两幅图像之间的重叠区域内的像素点图像坐标(i,j)按照以下公式求解两幅图像间重叠区域内各自激光标记线沿图像纵向方向的相对位置关系：gcs＝x_2上i‑x_1上i式中：gcs为水平拼接时重叠区域沿图像纵向方向的距离，x_2上i和x_1上i分别为两幅图像之间的重叠区域内的激光标记线上像素点在图像上的纵坐标，i为0，…，n，n表示重叠区域内像素点个数；4.3)再从步骤4.2)获得的相对位置关系中采用以下公式表示的最小二乘模式选取最小值，作为移动修正值PR；4.4)用坐标变换将两幅图像转换到同一坐标系下，公式步骤4.3)获得的移动修正值PR对转换到同一坐标系下的两幅图像进行坐标修正，完成被测轴类零件沿同径向不同轴向位置的两个圆周柱面的匹配，实现两幅图像的拼接，从而补偿检测仪器与待测表面之间相对机械运动误差的影响，实现精确的圆柱面形拼接；所述步骤6)具体为：6.1)在图像中距离被测轴类零件左侧一端d位置处取图像列，然后在每个图像列中等间隔均匀地选取5个像素点，经三角变换处理转换成像素点在截面中所处对应的测量点坐标(x_i,y_i)；然后对所有测量点坐标采用以下公式进行坐标变换；式中，x、y分别表示坐标系oxy中的横、纵坐标，x’、y’分别表示坐标系ox’y’中的横、纵坐标；坐标系oxy中，原点o位于CCD采集图像的最左测零件边缘的中点，x轴和y轴为位于被测轴类零件的投影截面平面上的两个相垂直方向；坐标系ox’y’中，原点o位于CCD采集图像的最左测零件边缘的中点，x’轴为坐标系oxy的x轴旋转10°得到的坐标轴，y’轴为坐标系oxy的y轴旋转10°得到的坐标轴；θ＝10°；6.2)对坐标变换后测量点用最小二乘法拟合圆方法获得截面圆的拟合圆心；6.3)然后沿z轴分别等距选取多个截面重复步骤6.1)获得每个截面圆对应的拟合圆心，根据所有拟合圆心的坐标采用以下公式表示的直线方程进行拟合建立获得一条直线：式中，x、y、z分别表示x、y、z方向的像素坐标变量，为上述十个拟合圆心坐标的平均值，m、n、k分别表示第一、第二、第三方向矢量；再采用以下公式针对所有拼接图像，计算被测长轴类零件实际轴线在ozy平面投影直线的斜率k₂：式中，n、k分别表示第二、第三方向矢量；6.4)针对其中任一幅拼接图像，根据拼接图像RGB值获得激光标记线在图像上的各个像素点坐标(i,j)，基于最小二乘直线拟合获得激光标记线在图像上的实际斜率k₁；6.5)最后计算两个斜率k₁与k₂差值的绝对值作为被测轴类零件的弯曲变形误差。