[发明专利]一种弯管参数的测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是指一种基于多目视觉的弯管参数的测量方法和系统。

背景技术

在当今的管路弯曲加工工业中，人们越来越重视产品的成本效益，并且对加工产品的质量提出了越来越严格的要求，尤其是在航天、航空、船舶和汽车工业领域。这些领域中经常会有一些大尺寸、空间形态比较复杂的弯管，其加工质量的好坏势必会直接影响到弯管的装配，甚至影响最终产品的质量。

在现有技术中，目前，国内外对于弯管的空间位姿测量主要包括以下两种测量方法：

第一种：基于机械装置的接触式测量方法

该传统弯管测量方法在国内外一般的弯管加工企业中比较常见，主要是根据弯管设计参数，制造机械对比装置，对加工成型后的弯管进行多点测量，获得其空间几何参数。

然而，随着弯管加工工业的发展，该传统方法也暴露出了一些问题。一方面，其已经逐渐无法满足当今对弯管加工产品越来越严格的要求，测量精度不高，保证不了加工质量，与此同时，测量时需与弯管表面接触，使细长柔性管或软材料管的表面变形，导致测量失真；另一方面，机械对比装置只能采用专门一对一式的设计来制造，缺乏柔性，并且测量人员需要花费大量时间反复进行弯管的安装与拆卸，这些都必然会加大加工企业的生产成本，降低测量效率。

第二种：基于激光CCD技术的非接触式弯管测量方法

在该设备的测量U形叉上安装有激光发射器，CCD光敏传感器接收激光。测量时移动测量U形叉，使被测弯管进入U形测量叉的敏感区遮断激光束，利用两激光束先后与弯管的外表面相切时测量叉的位姿来确定弯管的截面形心。沿弯管轴线方向进行多点测量，即可获取弯管的空间几何形状。

该测量方法比接触式弯管测量方法在测量速度和精度上都有大幅度的提高。操作者操纵测量叉从被测弯管的一段沿轴线移动到另一端，一次操作，即可完成整个弯管的测量。

但是，在生产实际测量中发现，该测量方法还是存在某些不足。首先，由于是采用人工操作，势必会产生操作误差，影响测量精度。其次，对于大尺寸，空间形态比较复杂的弯管，该方法存在一定的局限性，测量效率还不是很理想。

在现有技术中，通常使用双目视觉技术来重建空间一点的坐标，其基本流程包括标定、匹配及重建。双目视觉技术能够通过两个相机的内、外参数和两个相机成像平面上的对应点坐标来重建空间一点坐标，如图1所示，I₁和I₂分别是左右两个相机的成像平面，C₁和C₂分别是左右两个相机的光心，在空间某一平面π(三角形C₁M C₂所在平面)上有一点M，该M点在I₁和I₂上的投影点分别为P₁和P₂(C₁M、C₂M与像平面I₁、I₂的交点)，将两个成像平面I₁和I₂分别与平面π的交线e₁和e₂称为极线，P₁和P₂必过极线。由几何关系可知，如果知道两个相机光心C₁和C₂之间的距离、光心C₁和C₂分别到成像平面I₁和I₂的距离(焦距)、两成像平面I₁和I₂的夹角等双目视觉系统的内、外参数以及成像平面I₁上的点P₁的坐标，即可确定e₂(相应地，通过像平面I₂上的点P₂的坐标也可以确定e₁)，则P₁的对应点P₂必在极线上(可以利用匹配算法在极线上搜索P₂)，再通过P₁和P₂的坐标，即可唯一确定平面π上点M的空间坐标。

但是，由于采用基于极线和中心线约束的匹配方法，针对复杂弯管的空间位姿的快速单次测量，仅仅采用双目测量是远远不够的。原因是在采集弯管图像过程中，往往会出现遮挡，而且在极线匹配过程中，中心线也会出现错误匹配，无法实现整个弯管的测量。

发明内容