一种基于3D模型的激光融合标定方法技术

本发明专利技术提供了一种基于3D模型的激光融合标定方法，其可有效减少现有需要专门设计标定块的时间和加工周期，减少了制作成本，且节省了激光调整参数时间；将激光传感器装于运动机构上，并使得所述激光传感器的激光方向与运动方向相垂直，在运动过程中激光传感器触发并进行数据采集，得到网格状的数据；随后根据运动方向的触发间距和激光的点间隔对网格状的数据进行补充，得到3D点云数据；最后将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比对，得到激光相对产品的激光姿态。

A Laser Fusion Calibration Method Based on 3D Model

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D模型的激光融合标定方法
本专利技术涉及视觉
，具体为一种基于3D模型的激光融合标定方法。
技术介绍
在工业生产过程中，质量控制越来越重要，客户对测量方面的需求也越来越高，常用的基于图像的2D测量方法已经很难满足客户的需求，而基于3D的测量在未来有越来越多的应用场景，其中，标定是3D测量的核心问题，目前比较常用的标定方式都是基于标定块，但却存在几个方面问题：1、3D测量场景比较复杂，需要花费大量精力设计标定块；2、需要花费精力调整激光同时兼容扫描工件和标定块；3、标定块制作成本比较高；则基于上述问题，亟需一种更加优化的标定方法。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种基于3D模型的激光融合标定方法，其可有效减少现有需要专门设计标定块的时间和加工周期，减少了制作成本，且节省了激光调整参数时间。其技术方案是这样的：其特征在于：其包括以下标定步骤：(1)、将激光传感器装于运动机构上，并使得所述激光传感器的激光方向与运动方向相垂直，在运动过程中激光传感器触发并进行数据采集，得到网格状的数据；(2)、根据运动方向的触发间距和激光的点间隔对网格状的数据进行补充，得到3D点云数据；(3)、将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比对，得到激光相对产品的激光姿态。其进一步特征在于：所述步骤(1)中，所述激光传感器每运动0.1mm，就自动触发一次激光，采集一次数据；所述步骤(3)中，将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比对，得到偏差值，通过调整激光的姿态参数，在偏差值最小时的参数作为最终激光姿态；所述步骤(3)中，对齐步骤包括：(3.1)、在所述3D点云数据和所述3D模型上分别选择N个点，N>3,且所述3D点云数据中的N个点和所述3D模型中的N个点都不共面；(3.2)、通过矩阵变换计算得到基于N个点的仿射矩阵，得到的所述仿射矩阵作为进行ICP对齐的初始值；(3.3)、通过ICP对齐方式计算得到所述3D点云数据和所述3D模型的仿射矩阵，通过对齐计算得到的仿射矩阵，得到激光相对产品的激光姿态；所述激光姿态包括激光的位置、方向向量、运动向量。本专利技术的有益效果是，其通过激光传感器自动采集激光数据，实现了在线标定，并通过利用测量产品的3D模型和采集的激光数据进行对齐比对而得到激光相对产品的激光姿态的方式来实现标定，有效减少了现有需要专门设计标定块的时间和加工周期，减少了制作成本，且只需调整激光的姿态参数即可实现标定，节省了激光调整参数时间，以及在面临复杂场景时也无需重新设计标定块，兼容性强。附图说明图1是本专利技术的测量工作原理图；图2是激光传感器采集一次的线状轮廓示意图；图3是本专利技术中采集的网格状数据轮廓示意图；图4是本专利技术中3D点云数据轮廓示意图；图5是本专利技术中测量产品的3D模型轮廓示意图。具体实施方式如图1～图5所示，本专利技术包括以下标定步骤：(1)、将激光传感器装于运动机构上，并使得所述激光传感器的激光方向与运动方向相垂直，测量产品的位置固定，测量产品固定放置于承载治具1上，在运动过程中激光传感器触发并进行数据采集，得到网格状的数据；其中，所述激光传感器每运动0.1mm，就自动触发一次激光，采集一次数据，且激光传感器每次可以采集一条线状的轮廓；(2)、根据运动方向的触发间距和激光的点间隔对网格状的数据进行补充，得到3D点云数据，具体地，触发间距和激光的点间隔可根据实际测量产品的情况设置；(3)、将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比对，得到激光相对产品的激光姿态。所述步骤(3)中，将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比对，得到偏差值，通过调整激光的姿态参数，在偏差值最小时的参数作为最终激光姿态；其中，对齐步骤包括：(3.1)、在所述3D点云数据和所述3D模型上分别选择N个点，N>3,且3D点云数据中的N个点和所述3D模型中的N个点都不共面；(3.2)、通过矩阵变换计算得到基于N个点的仿射矩阵，得到的所述仿射矩阵作为进行ICP对齐的初始值；(3.3)、通过ICP对齐方式计算得到所述3D点云数据和所述3D模型的仿射矩阵，通过对齐计算得到的仿射矩阵，得到激光相对产品的激光姿态；所述激光姿态包括激光的位置、方向向量、运动向量。其中，步骤(3.2)、(3.3)中的计算公式均为其中代表3D点云数据的点，代表3D模型的点，表仿射矩阵。图1中，横向的箭头方向表示激光运动方向，纵向的箭头方向表示激光发射方向。本专利技术中的轮廓示意图仅作为示例参考。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D模型的激光融合标定方法，其特征在于：其包括以下标定步骤：(1)、将激光传感器装于运动机构上，并使得所述激光传感器的激光方向与运动方向相垂直，在运动过程中激光传感器触发并进行数据采集，得到网格状的数据；(2)、根据运动方向的触发间距和激光的点间隔对网格状的数据进行补充，得到3D点云数据；(3)、将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比对，得到激光相对产品的激光姿态。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D模型的激光融合标定方法，其特征在于：其包括以下标定步骤：(1)、将激光传感器装于运动机构上，并使得所述激光传感器的激光方向与运动方向相垂直，在运动过程中激光传感器触发并进行数据采集，得到网格状的数据；(2)、根据运动方向的触发间距和激光的点间隔对网格状的数据进行补充，得到3D点云数据；(3)、将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比对，得到激光相对产品的激光姿态。2.根据权利要求1所述的一种基于3D模型的激光融合标定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述激光传感器每运动0.1mm，就自动触发一次激光，采集一次数据。3.根据权利要求1所述的一种基于3D模型的激光融合标定方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将3D点云数据与测量产品的3D模型进行对齐比...

【专利技术属性】
技术研发人员：田乃鲁，何赛赛，
申请(专利权)人：苏州天准软件有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32