[发明专利]一种基于线激光扫描的传送带工件三维轮廓测量方法

说明书

本发明公开了一种基于线激光扫描的传送带工件三维轮廓测量方法，通过相机标定获取摄像头内外参数，通过图像预处理步骤进行滤波和激光光条中心位置的初步提取，并对光条中心坐标进行亚像素精度细化，通过激光光平面标定获取光平面方程，最终对待测工件的三维轮廓信息进行重建与测量。本发明所提出的工件三维轮廓测量方法具有如下优势：测量精度高，通过亚像素精度的激光光条提取和三维重建，能准确获取待测工件的三维轮廓信息；测量速度快，可实现待测工件三维轮廓信息的实时测量，提高工业生产现场的作业效率；采用线激光结合单目相机的硬件实现方式，硬件成本低。因此，本申请技术方法具有非接触式、测量精度高、速度快、成本低等优势，能够应用于工业自动化生产过程中，实现传送带上工件三维轮廓信息的准确测量。

技术领域

本发明涉及三维测量领域，尤其是一种基于线激光扫描的传送带工件三维轮廓测量方法。

背景技术

根据工作原理和测量媒介的不同，获取物体的三维测量数据的方法主要可分成两大类：接触式测量和非接触式测量。接触式测量主要包括坐标测量机(CMM)、多关节三维扫描仪、切片式测量等方法，该类方法的不足是：测量速度慢、测头易发生形变磨损、容易损伤待测零部件，应用范围受限。

非接触式测量主要分为反射式测量和穿透式测量。穿透式测量的典型代表是工业CT扫描仪，其缺点是造价高昂且具有放射性危险。反射式测量主要可分为光学和非光学两种测量方式。非光学的测量方法，如超声波或雷达声呐等测量方式，其缺陷是测量精度不高且测量速度较慢。光学测量方法是目前实现物体三维数据测量的主流方法，通过向待测物体表面投射某种结构光并检测反射光，从而获得物体高精度三维轮廓信息。根据采用光源的不同，主要有点结构光、线结构光和面结构光。

基于线激光扫描的三维轮廓测量技术采用线激光器作为测量结构光光源，利用三角法测量原理，当线激光投射至被测工件表面时，在工件表面形成激光条纹，由于被测物体表面高度不一致等原因，图像坐标系中的激光光条纹受到物体表面形状的调制，将发生形变，通过结合摄像机标定结果，最终可以确定被测工件表面的三维轮廓信息。因此，基于线激光扫描的三维轮廓测量技术具有非接触、测量精度高、速度快、易于在计算机控制下实现在线测量等一系列优点，可广泛应用于体积测量、零部件逆向工程、工业自动化检测、产品质量控制、生物医疗等各个领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于线激光扫描的传送带工件三维轮廓测量方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于线激光扫描的传送带工件三维轮廓测量方法，包括以下步骤：

f)相机标定阶段：采用标定模板，对相机进行畸变校正；

g)图像预处理阶段：打开线激光器照射标定模板，并采集有激光光条的标定模板图像，对图像进行灰度化处理，然后再进行二值化处理，得到光条图像；

h)激光光条中心坐标亚像素精度提取阶段：计算步骤b)得到的光条图像与二维高斯函数模板的卷积，然后计算Hessian矩阵得到光条法线方向的单位向量，并将光条横截面上任一点为基点，将光条图像的灰度分布函数做二阶泰勒级数展开，最终得到光条横截面上中心点的精确位置；

i)激光光平面标定阶段：根据相机标定结果和激光光条坐标，得到激光线的真实世界坐标，并采用最小均方拟合方法，求得激光光平面方程；

j)待测工件三维轮廓重建与测量阶段：使用相机和线激光器，对传送带上的待测工件重复步骤b)、c)，然后根据步骤d)中得到的激光光平面方程，得到待测工件的真实三维世界坐标，并将全部图像中光条纹中心的三维坐标按平移台的运动方向和间距拼接，获取被测物体表面整体的视差图像，将被测工件表面的三维数据点组成三维点云图像，然后进行Delaunay三角剖分轮廓重建，最终获得待测工件的三维重建模型。