[发明专利]一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量系统，其特征在于，该系统包括侧支座(1)、直线导轨(2)、横梁(3)、传感器支架(4)、三维位移传感器(5)、运动控制系统和工控机(6)；

运动控制系统，控制横梁(3)、传感器支架(4)运动，实现三维位移传感器(5)扫描过程；

三维位移传感器(5)将扫描结果发送至工控机(6)，工控机(6)对扫描结果进行处理和分析，实现装配间隙的测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量系统，其特征在于，传感器支架(4)在横梁(3)上运动，实现传感器在X轴方向的移动；横梁(3)在直线导轨(2)上运动，实现传感器Y轴方向的移动；传感器支架(4)的上下滑动，实现传感器扫描范围调整；A旋转轴和C旋转轴和X、Y、Z直线三轴做五轴联动，实现大尺寸装配板材的间隙测量。

3.一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量方法，其特征在于，包括基于激光干涉仪的三维位移传感器标定算法、三维点云数据配准算法、三维点云数据分割算法、三维点云数据预处理算法、间隙测量算法；

首先，利用三维位移传感器标定算法对三维位移传感器进行标定；接着，利用三维点云数据配准算法获得传感器扫描得到的装配板材点云模型；然后，利用三维点云数据分割算法将装配板材点云模型从背景中分离，在工控机中通过与设计模型拟合确定装配间隙的位置，按照规划好的路径对间隙区域进行扫描；再对扫描得到的间隙区域处的三维点云数据进行预处理，包括去噪、精简、空洞修复；最后，利用间隙测量算法获取边缘间隙信息，进一步获得间隙的测量值，实现大尺寸板材装配间隙的在线测量。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量方法，其特征在于，所述的基于激光干涉仪标定三维位移传感器的算法具体为：工控机通过步进电机控制传动机构控制挡板移动；激光干涉仪和三维位移传感器同时采集挡板移动的距离，激光干涉仪测得的数据作为标定系统的标准输入量，三维位移传感器测得的数据作为标定系统的输出量；将两者采集的数据传入工控机，采用最小二乘法拟合曲线对数据进行分析处理，实现对三维位移传感器的标定。

5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量方法，其特征在于，所述的三维点云数据配准算法具体为：基于拟牛顿法改进的3D正态分布变换(3D-NDT)点云配准算法，把求取两片点云最优变换矩阵的过程转化为求取正态分布函数极值的过程，通过近似Hession矩阵的方式代替牛顿法利用二阶导数求解Hession的过程，在保持精度的同时提高配准效率。

6.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量方法，其特征在于，所述的三维点云数据分割算法具体为：一种改进的区域生长三维点云分割算法，通过估计点云数据曲率大小，将曲率最小点设置为种子节点，再根据点云数据的局部特征设置空间和曲率阈值确定生长准则，完成点云数据的稳定分割。

7.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量方法，其特征在于，所述的三维点云数据预处理算法包括：三维点云数据去噪算法、三维点云数据精简算法、三维点云数据空洞修复算法；

首先，利用三维点云去噪算法去除点云数据中的噪声点和光顺平滑；然后，利用三维点云数据精简算法在不影响测量精度的前提下减少测量点的数据；最后，利用三维点云数据空洞修复算法对精简后点云数据中的孔洞进行修补。

8.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的大尺寸板材装配间隙在线测量方法，其特征在于，所述的间隙测量算法具体为：一种基于法向量和曲率的三维边缘检测算法；

首先，利用法向量进行统计分析筛选出候选边缘点；然后，利用区域生长算法对候选边缘点进行分割，判断各点是否为边缘点，获取间隙边缘信息，记录间隙边缘的位置坐标进一步得到间隙的测量值；最后，将测量结果进行记录和分析，给出判定结果。