[发明专利]一种基于激光视觉传感的大型构件三维构形拼接方法

说明书

一种基于激光视觉传感的大型构件三维构形拼接方法，它涉及图像测量与数据处理领域，本发要解决大型复杂型面直线度测量工作量大、效率低、抗干扰能力差、难以实现在线测量的问题，本发明采用自主设计的直线度拼接算法，突破单次测量的长度限制，用于后续三维建模等。本发明激光视觉测量方法源于节距法的思想，利用激光视觉传感器短距离测量的精确性、稳定性、实时性等优点对大型复杂型面的直线度进行测量。由于大型复杂型面的型面尺寸较大，可以将型面分成多个与激光条纹等长的部分重叠区间，在各个分段区间进行分段测量，然后进行数据处理对直线度曲线进行拼接重构，用拼接重构的直线度曲线计算大型复杂型面的直线度。本发明应用于图像测量领域。

技术领域

本发明涉及图像测量与数据处理领域，具体涉及一种基于激光视觉传感的大型构件三维构形拼接方法。

背景技术

随着智能制造的蓬勃发展，人们对三维测量技术及装备的精确度、测量速度、非接触性等的要求不断提高。传统的测量方法需要大量的人工，难以满足自动化、在线测量的要求。对于形状复杂、型面尺寸大的物体，传统测量方法的可操作性明显降低，尤其是对于大型复杂型面在线实时测量的难度极大。

对于大尺寸型面成型精度，直线度的准确测量作为最基本的要求。工程实践中常用的直线度测量方法包括直接法和间接法。直接法一般是选定一条测量基准线，通过测量被测直线上各点相对于基线的偏差求得直线度值，包括光隙法和打表法。间接法主要采用节距法的思想，将被测直线分成若干节距，采用小角度测量仪测出各段的相对值，通过数据处理求得直线度误差，包括水平仪法和准直仪法。各种直线度测量方法的实施方法如下：

(1)光隙法采用刀口角尺与被测直线或平面接触，根据透光间隙大小判断直线度误差大小。

(2)打表法采用精密平台上的百分表与被测物体表面接触，通过连续或间断移动表座，由百分表读数计算被测直线相对平台的直线度误差。

(3)水平仪法以自然水平面为测量基准线，根据气泡偏移的格数确定被测直线测点位置的斜率变化。

(4)准直仪法利用激光亮度高、方向性好的特点，以激光束作为测量基准，根据光束偏移量确定各测点的相对直线度偏差。

光隙法操作简单，有较高的测量精度，但该方法易受照明条件、接触面截面形状、宽度及粗糙度的影响，且该方法仅适用于尺寸较小的平面、柱面、锥面的直线度误差测量。打表法测量效率较低，且测量尺寸受平台大小限制。水平仪法操作简单、测量精度高、稳定性好，但测量过程效率低、对温度敏感、数据处理繁琐。准直仪法的测量距离远，测量精度高，但测量精度易受温度、气流、震动的影响。

对于大尺寸复杂型面的直线度测量，常采用水平仪和准直仪。水平仪和准直仪的直线度测量方法都是基于节距法，该方法的累积误差较大，而且测量不确定性会逐次累积。对于大尺寸复杂型面，尺寸越大，直线度测量的累积误差越大，测量不确定性也随之增大。值得注意的是随着目标物体尺寸的增大，准直仪的光强衰减较为严重，人眼观测的读数误差不确定度也随之增大。对于采用激光准直仪设计的测量仪器，目标尺寸的增大，激光被散射、反射、吸收的能量不可忽略。激光光强的衰减引起激光方向性的偏差，测量数据不稳定，且误差偏离方向和偏离程度均不可精确测量。

近年来基于激光视觉的三维测量方法发展较快，激光视觉传感器具有测量精度高、测量速度快、抗干扰能力强、易于与运动系统相结合等特点，是实现大型复杂型面直线度测量的理想选择。同时，激光视觉测量方法相比于其他的光学测量方法，具有实时、精确、累计误差小等优点，符合工业生产中要求的高精度、高稳定性和实时性，具有很高的工程应用价值。