[发明专利]基于线结构光视觉传感器实现空间圆孔几何参数测量方法

说明书

技术领域

本发明属于精密测量方法，特别涉及一种基于线结构光视觉传感器实现空间圆孔几何参数测量方法。

技术背景

在汽车车身等先进制造过程中，装配孔、定位孔等空间圆孔(如发动机安装部位的定位孔等)几何参数(圆心空间坐标、半径或直径等)的加工精度、装配精度和定位精度直接影响着车身的质量和整车的性能，必须对其进行测量。当然，除了空间圆孔的测量外，棱线(如车门、风窗等棱线)的测量也是至关重要的。

传统的空间圆孔几何参数测量主要采用三坐标测量机，测量效率低，劳动强度大，工作环境要求苛刻，不适合工业现场测量应用。随着具有非接触、可在线、效率高、精度适中等优点的计算机视觉测量技术的出现，基于立体视觉传感器和十字结构光视觉传感器的空间圆孔几何参数的测量方法逐步在工业现场得到了应用。立体视觉传感器由两个摄像机组成，成本较高，体积较大，适合大安装空间固定式测量应用场合；十字结构光视觉传感器由一个摄像机和一个十字型激光投射器组成，成本较低，体积较小，重量较轻，可以应用于小安装空间固定式测量或基于工业机器人的移动式测量，但是不能实现棱线特征的测量；线结构光传感器由一个摄像机和一个一字型激光投射器组成，成本最低，体积最小，重量最轻，在三维视觉检测中具有广阔的应用前景，尤其适用于基于工业机器人平台的可编程移动测量系统，但目前基于线结构光传感器只能实现棱线的测量，没有相应的测量空间圆孔的技术和方法。汽车生产线正由传统的适用于一种车型生产向同时适用于多车型、混车型生产发展，测量系统也因此正由传统的固定式测量转为可编程的移动式柔性测量，而移动式测量则要求同一视觉传感器可以同时实现空间圆孔和棱线等主要特征的测量，因此如何采用线结构光视觉传感器对空间圆孔几何参数进行测量成为工业现场亟待解决的关键问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种基于线结构光视觉传感器实现空间圆孔几何参数测量方法，满足移动式测量系统中同一线结构光视觉传感器同时具备测量空间圆孔和棱线特征能力的要求。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于线结构光视觉传感器实现空间圆孔几何参数测量方法，包括下列步骤：

摄像机正直摆放、激光投射器斜向摆放；

在满足线结构光视觉传感器工作距离及测量景深的前提下，使线结构光传感器与被测空间圆孔之间的测量位姿关系满足以下条件：1)摄像机像平面与空间圆孔圆面平行；2)结构光光平面与空间圆孔相交(是否过其中心均可)；

根据线结构光视觉传感器测量模型，计算被测空间圆圆心相对于摄像机光心的方位；

根据线结构光视觉传感器测量模型，计算结构光平面与被测空间圆相交弦中心点的空间坐标，空间坐标的z向坐标作为被测空间圆圆心的近似z向坐标；

利用已求得被测空间圆圆心的近似z向坐标，以及被测空间圆圆心相对摄像机光心的方位，求取被测空间圆圆心x、 y向坐标；

利用已求得的被测空间圆圆心x、y、z坐标及结构光平面与空间圆相交弦两端点的空间坐标，可以求取被测空间圆的半径或直径。

本发明具备以下技术效果：

本发明方法突破了传统空间圆的测量方案，在测量棱线的基础上，基于线结构光视觉传感器实现了空间圆孔几何参数的测量，进一步促进了适用于现代工业混型生产线需求的移动式视觉测量技术的广泛应用。

附图说明

图1为摄像机正直摆放、激光投射器斜向摆放的线结构光视觉传感器示意图。图中，1为激光投射器，2为光平面，3为被测空间圆，4为空间圆面，5为摄像机视场，6为摄像机。

图2为线结构光视觉传感器数学测量模型。

图3为线结构光视觉传感器测量空间圆孔几何参数原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本专利申请发明一种全新的基于线结构光视觉传感器实现空间圆孔几何参数测量方法，其独特之处在于：根据线结构光视觉传感器测量模型，确定被测空间圆圆心相对于摄像机光心的方位，结合结构光平面与被测空间圆相交弦的参数计算得到空间圆圆心坐标及半径或直径等空间圆几何参数。