一种测量管路弯曲半径的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种测量管路弯曲半径的方法和装置，测量管路弯曲半径的方法包括：通过相机对管路进行成像；通过管路圆弧段的圆弧中心线和图像中管路圆弧段边缘点的映射关系构造含有管路弯曲半径的标准参数模型；根据图像中管路圆弧段边缘点计算管路弯曲半径。根据本发明专利技术实施例的测量管路弯曲半径的方法，能够快速准确地测量管路的弯曲半径，且该方法通用范围广，自动化程度高，不需要复杂的人工操作，测量结果精确度高，可靠性强，鲁棒性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种测量管路弯曲半径的方法和装置
本专利技术涉及光学测量
，特别涉及一种测量管路弯曲半径的方法和装置。
技术介绍
复杂空间弯管广泛应用在汽车、航空航天及化工等领域，是燃料运输系统或散热系统的重要组成零件。测量管路实物尺寸并在此基础上进行准确校正是目前工程中保证管路加工质量，实现无应力装配的直接有效手段之一。在现有的技术中，被测量的管路尺寸主要包括端点位置、走向和弯曲夹角，少有关于弯曲半径的测量，而在近几年，对管路弯曲半径测量的需求日益增长，例如汽车中的散热管路，通过设计不同弯曲半径的管路达到避开障碍、满足特殊装配需求等，同时，弯曲半径的准确测量对修正由应力引起的管路回弹形变也有重要的指导作用。现有的技术中，能精确测量弯曲半径的方法主要是三坐标测量和激光扫描方法，通过操作人员手工采集管路表面点云数据，再通过拟合与调整等方法计算管路尺寸。这类方法操作繁琐，自动化程度低，测量结果偏差大，而且采集的数据量大，仅采集完整的数据就需要花费大量的时间；同时，由于采集的数据量大，处理数据计算管路尺寸也需要耗费大量的时间，严重影响了测量效率。近年来，基于立体视觉的三维测量技术得到了快速发展，但仍然是针对直线管路的测量，虽然有少量针对弯曲半径的测量，但是仍然存在局限性，如只能测量弯曲角度90°的弯曲半径，测量容易受到图像质量、光照环境和周围环境等外界因素的影响，导致测量结果的精度和可靠性低，偏差大，影响了管路设计和安装的精确度。因此，如何开发出一种快速准确、通用、高自动化和高可靠性的管路弯曲半径的测量方法仍然是工程中亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种测量管路弯曲半径的方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：根据本专利技术第一方面实施例的测量管路弯曲半径的方法，包括以下步骤：通过相机对管路进行成像；通过管路圆弧段的圆弧中心线和图像中管路圆弧段边缘点的映射关系构造含有管路弯曲半径的标准参数模型，映射关系满足下述式：其中，管路圆弧段上一点Ac经过相机光心C，在图像上形成管路圆弧段边缘点，该映射关系沿着空间直线Lc，过Ac有平面πc与管路圆弧中心线交于点Bc，过Bc有圆弧中心线的切线lc为平面πc的法向量，SOl＝Bc×Ic，SOL＝C×Lc，rs为管路横截面半径；根据图像中管路圆弧段边缘点计算管路弯曲半径。进一步地，根据图像中管路圆弧段边缘点计算管路弯曲半径包括以下步骤：获取管路待求圆弧段相邻的直线段参数、图像中管路圆弧段边缘点和相机内外参数；构造管路圆弧段中心线参数模型；根据管路圆弧段的圆弧中心线构造平面上的圆弧段，利用圆弧段坐标获取局部坐标系下管路圆弧段的切线方程；获取局部坐标系和全局坐标系的转换关系，根据局部坐标系和全局坐标系的转换关系求取圆弧段切线和切点在全局坐标系下的参数方程；根据相机内外参数以及图像中管路圆弧段边缘点，获取相机光心、图像中管路圆弧段边缘点和管路表面点的三点共线关系式；根据所述含有管路弯曲半径的参数模型、所述圆弧段切线和切点在全局坐标系下的参数方程与所述三点共线关系式组成的方程组单点求解弯曲半径；根据图像中单个边缘点与弯曲半径的求解关系，利用不同图像中弯曲部分多个边缘点通过非线性优化求解弯曲半径。进一步地，所述管路圆弧段的两端分别形成为直线段，所述构造管路圆弧段中心线参数模型包括：根据所述管路圆弧段中心线和与管路圆弧段相邻的两段直线段中心线构建局部平面坐标系；根据所述局部平面坐标系表示出所述圆弧段含有所述弯曲半径的齐次坐标。进一步地，所述管路的所述直线段中心线和所述圆弧段中心线相切且所述圆弧段中心线两端的所述直线段中心线相交，所述管路的所述直线段中心线和所述圆弧段中心线共面且均为二维面上的线。进一步地，所述测量管路弯曲半径的方法还包括以下步骤：利用不同图像中多个边缘点通过列文伯格马夸尔特方法优化求解管路弯曲半径。根据本专利技术第二方面实施例的测量管路弯曲半径的装置，包括：图像获取单元，用于采集待测部位管路的图像；图像处理单元，用于对所述管路的图像进行处理获取管路上表面点信息；数据采集单元，用于获取相机内外参数、图像边缘点和管路直线段参数；数据处理单元，用于对采集的所述管路的图像及所述数据采集单元获取的数据进行分析、建立局部平面坐标系、构建参数方程、优化求解所述待测部位管路的弯曲半径。本专利技术的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：根据本专利技术实施例的测量管路弯曲半径的方法，通过相机对管路进行成像；通过管路圆弧段的圆弧中心线和图像中管路圆弧段边缘点的映射关系构造含有管路弯曲半径的标准参数模型；根据图像中管路圆弧段边缘点计算管路弯曲半径。根据本专利技术实施例的上述过程和步骤，能够快速准确地测量管路的弯曲半径，且该方法通用范围广，自动化程度高，不需要复杂的人工操作，测量结果精确度高，可靠性强，鲁棒性更好。附图说明图1为本专利技术实施例测量管路弯曲半径的方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中管路圆弧段与图像圆弧段边缘点映射关系示意图；图3为本专利技术另一实施例测量管路弯曲半径的方法的流程示意图；图4为本专利技术实施例中管路圆弧段的结构示意图；图5为管路圆弧段中心线的参数模型；图6为管路圆弧段中心线切线与切点示意图；图7为相机、管路图像边缘点和管路表面点的几何关系；图8为测量管路弯曲半径的测量装置。附图标记：测量管路弯曲半径的装置100；图像获取单元10；图像处理单元20；数据采集单元30；数据处理单元40；管路圆弧段1；管路直线段2；管路圆弧段中心线3；管路直线段中心线4；相机5；管路图像边缘点6；管路表面点7。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面首先结合附图具体描述根据本专利技术实施例的测量管路弯曲半径的方法。如图1所示，根据本专利技术实施例的测量管路弯曲半径的方法，包括以下步骤：步骤101，通过相机对管路进行成像。该步骤中，通过合适的相机对需要测量的管路进行拍照，获取待测管路的图像，对管路进行拍照时应保持管路表面的清洁和合适的姿态，防止因管路不清洁和姿态不合适而影响管路的成像效果，拍照时应选取合适的视角和光线，防止因拍照选取的视角和光线问题而影响管路的成像，从而影响管路的图像处理，拍照时应从不同的角度分别获取多张管路的图像，以便通过多张管路图像的处理获得更加精确的图像信息，为管路弯曲半径的测量计算提供可靠的图像信息。步骤102，通过管路圆弧段的圆弧中心线和图像中管路圆弧段边缘点的映射关系构造含有管路弯曲半径的标准参数模型。该步骤中，根据步骤101中所获取的多张管路图像，对图像进行处理，图像中管路边缘点和圆弧段管路存在一定的空间几何关系，如图2所示，管路圆弧段的中心线和图像中管路圆弧段边缘点存在映射关系，根据管路圆弧段的中心线和图像中管路圆弧段边缘点的映射关系可以构造出含有管路弯曲半径的标准参数模型，含有管路弯曲半径的标准参数模型如下述式(1)所示：其中，管路圆弧段上一点Ac经过相机光心C，在图像上形成管路圆弧段边缘点，该映射关系沿着空间直线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量管路弯曲半径的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过相机对管路进行成像；通过管路圆弧段的圆弧中心线和图像中管路圆弧段边缘点的映射关系构造含有管路弯曲半径的标准参数模型，映射关系满足下述式：

【技术特征摘要】
1.一种测量管路弯曲半径的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过相机对管路进行成像；通过管路圆弧段的圆弧中心线和图像中管路圆弧段边缘点的映射关系构造含有管路弯曲半径的标准参数模型，映射关系满足下述式：其中，管路圆弧段上一点Ac经过相机光心C，在图像上形成管路圆弧段边缘点，该映射关系沿着空间直线Lc，过Ac有平面πc与管路圆弧中心线交于点Bc，过Bc有圆弧中心线的切线lc为平面πc的法向量，SOl＝Bc×lc，SOL＝C×Lc，rs为管路横截面半径；根据图像中管路圆弧段边缘点计算管路弯曲半径。2.根据权利要求1所述的测量管路弯曲半径的方法，其特征在于，根据图像中管路圆弧段边缘点计算管路弯曲半径包括以下步骤：获取管路待求圆弧段相邻的直线段参数、图像中管路圆弧段边缘点和相机内外参数；构造管路圆弧段中心线参数模型；根据管路圆弧段的圆弧中心线构造平面上的圆弧段，利用圆弧段坐标获取局部坐标系下管路圆弧段的切线方程；获取局部坐标系和全局坐标系的转换关系，根据局部坐标系和全局坐标系的转换关系求取圆弧段切线和切点在全局坐标系下的参数方程；根据相机内外参数以及图像中管路圆弧段边缘点，获取相机光心、图像中管路圆弧段边缘点和管路表面点的三点共线关系式；根据所述含有管路弯曲半径的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘少丽，刘检华，王骁，丁晓宇，熊辉，金鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11