[发明专利]基于线激光的激光刻型线特征提取方法

说明书

本发明基于线激光的激光刻型线特征提取方法属于激光测量技术领域，涉及一种基于线激光的激光刻型线特征提取方法。该方法针对大型航空壁板类零件化铣区激光刻型加工位置的线激光检测，基于中值滤波和小波阈值去噪对获取的原始信号进行数据预处理，获得平滑稳定信号。采用自适应曲线拟合还原线激光位置工件随形曲线以及刻型凹槽曲线准确形状；通过所获得的工件随形曲线以及刻型凹槽曲线方程确定凹槽上沿边界特征点，采用对中求平均的方式获得凹槽精确特征点。该方法具有很高的鲁棒性，提取出来刻型线的特征点位置精确，最终拟合出的刻型线轮廓曲线也满足与数模进行对比的要求，对指导工件加工与装配具有很大意义。

技术领域

本发明属于激光测量技术领域，涉及一种基于线激光的激光刻型线特征提取方法。

背景技术

在飞机制造工艺中，需要对大型航空壁板类零部件的化学铣削区进行激光刻型加工，然后使其达到规定的技术及精度要求，满足其高质量连接装配的需求。同时通过激光传感器，基于线激光，提取激光刻型线的特征点，还原线激光位置工件随形曲线以及刻型凹槽曲线准确形状；通过所获得的工件随形曲线以及刻型凹槽曲线方程确定凹槽上沿边界特征点，采用对中求平均的方式获得凹槽精确特征点，可以帮助我们精确测量激光刻型加工位置是否满足数模要求，指导工件加工与装配。

张国良，敬斌，徐君等发表的专利号为CN103777192A的“一种基于激光传感器的直线特征提取方法”提出了一种基于激光传感器的直线特征提取方法。在分割与合并方法的基础上,通过自适应邻近点集检测提高方法效率,利用模糊分割与合并方法进行线段分割改善方法对参数的敏感程度,最后利用最小二乘方法拟合出环境中各直线段极坐标系下的参数。方法实施结果表明当直线段所包含的点较多时,结果很准确,绝大多数直线误差都很小,极径误差都小于1mm,角度误差小于0.01rad,拟合效果较好。但是局限于直线特征的提取，无法对同时具有曲线与直线的激光刻型线进行通用性较高的特征提取。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对大型航空零构件等零件化学铣削区域激光刻型线位置的特征提取还原，发明了基于线激光的激光刻型线特征提取方法。对通过激光传感器获取的原始信号进行去噪预处理后，进行刻型凹槽曲线的形状确认与边界特征提取，使得可以在零件生产过程中，精确测量激光刻型加工位置是否满足数模要求，以实现指导工件加工与装配的目的，并可以自动对刻型线类型进行识别分类，分别对曲线与直线情况进行处理，具有很高的鲁棒性，提取出来刻型线的特征点位置精确，可满足与数模进行对比的要求，对指导工件加工与装配具有很大意义。

本发明采用的技术方案是一种基于线激光的激光刻型线特征提取方法，其特征是，该方法针对大型航空壁板类零件化铣区激光刻型加工位置的线激光检测，基于中值滤波和小波阈值去噪对获取的原始信号进行数据预处理，获得平滑稳定信号；采用自适应曲线拟合还原线激光位置工件随形曲线以及刻型凹槽曲线的准确形状；通过所获得的工件随形曲线以及刻型凹槽曲线方程确定凹槽上沿的边界特征点，采用对中求平均的方式获得凹槽的精确特征点。方法具体步骤如下：第一步基于中值滤波和小波阈值去噪进行信号预处理

由于激光传感器采集的原始二维数据，包含噪声影响，分别以x表示横坐标，以z表示纵坐标；为了提高后续特征位置识别与提取的鲁棒性和稳定性，首先进行离散信号预处理，包括中值滤波和小波变换阈值去噪，以获得平滑稳定的数据信号；

1)中值滤波

假设原始含噪数据信号为x(k),k＝1,2,...,n，其中，n为采集的数据长度，x(k)为k长度下对应的原始数据信号值z；对其进行中值滤波处理时，首先定义一个长度为奇数的L长滑动窗口，L＝2N+1,N∈Z，Z为一个整数，2N+1表示一个奇数；因此，若在某一时刻窗口内的信号样本值为{x(i-N),...,x(i),...,x(i+N)}，其中x(i)为该窗口内的中心信号样本值；对该窗口内的L个信号值进行从小到大排序，则取其中值作为滤波输出值，取代原信号的x(i)样本值，其数学表达如下：