一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法技术

本发明专利技术公开了一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法，沿直线获取待测物弧状形貌点云，利用如下步骤将其转换为直线形貌点云：1确定感兴趣区域，移动选框，将高度信息与示教图像最相似的区域记为评价区；2)确定评价区内中心骨架点的位置，以等步长在中心骨架点两侧扩展获取相应点的高度值，记为采样点；3)对每个采样点的高度值，按照如下规则给出与之对应的平面坐标值；横坐标＝采样点相较其对应的中心骨架点之间的偏移量；纵坐标＝采样点所对应的中心骨架点与首个中心骨架点的距离；该方法可在沿直线采图的情况下处理弧状焊缝/胶条的点云图像，将其从弧形转换成直线，用以兼容直线形貌点云处理方法；采图简单、兼容性佳，易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法
本专利技术涉及三维视觉检测
，尤其是一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法。
技术介绍
在工业制造领域，物体的三维信息对于生产过程的质量控制至关重要，基于线结构光视觉的三维表面测量技术具有非接触、测量精度高等优点，且通过机器人的配合可实现自动化的测量，扫描出被测物表面的三维点云数据，从而为诸如汽车生产过程中的涂胶检测、焊缝检测提供技术基础，越来越多的被应用到工业制造过程中。通常，在工件表面大部分的焊缝、胶条均呈直线型，因此，在进行质量分析时，软件算法通常基于直线点云特征分析直线型三维点云形貌，这不仅能够兼容大多数胶条/焊缝检测情形，并且能够较大程度降低算法开发难度。但是在工业领域不可避免会出现弯曲、弧线型的胶条/焊缝情形，目前对于此类型胶条/焊缝，现有方法往往采用调整机器人轨迹，使得结构光传感器的出射光平面始终与胶条/焊缝延伸方向保持垂直，再通过点云拼接得到的多行轮廓信息。由于光平面始终与胶条/焊缝走向垂直，拼接出的胶条/焊缝点云数据呈直线状形貌，此时，可利用已有直线点云分析方法获得弯曲、弧线型的胶条/焊缝的特征。但是该方法存在以下不足：1)机器人需要通过走圆弧轨迹来完成对曲线物体的扫描，该方法首先通过手眼标定将结构光平面坐标转换到机器人末端坐标系，再读取机器人扫描过程中末端的实时位姿，最后根据机器人末端坐标系与基座标系的转换关系将光平面坐标统一到基座标系下，基于机器人实时位姿实现三维重建；该方法需要从光平面到机器人末端，末端到基座标系的多次坐标系转换，由于每个坐标系间的转换都存在标定误差，这样就会引入多次误差；2)需要实时获取机器人末端位姿，且需要进行机器人控制器的底层开发，存在开发难度。要求系统具有较高的实时性，增加了系统复杂性，并且通讯的延迟本身也会对获得的机器人实时位姿引入误差；3)当被测物(胶条/焊缝)的弯曲程度较大如“C”“S”等形状，又或者被测物本身尺寸较小时，受限于传感器尺寸和被测焊缝周围物体的干扰等情形，机器人无法调节出适当的轨迹，不能保证结构光传感器的出射光平面始终与胶条/焊缝延伸方向始终保持垂直。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法，该方法可在沿直线轨迹采图的情况下处理弧状焊缝/胶条的点云图像，将其从弧形转换成直线，用以兼容直线形貌点云处理方法；采图简单、兼容性佳，计算过程简单易于实现。为此，本专利技术的技术方案如下：一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法，机器人带动结构光传感器沿直线轨迹扫描弧状焊缝/胶条，得到被测物的弧状形貌点云，利用以下步骤将所述弧状形貌点云转换为直线形貌点云：1)对待评价点云图像确定感兴趣区域，再基于示教给出的最小检测框尺寸在感兴趣区域内移动选框以选择与示教点云图像中焊缝/胶条的高度信息最相似的一个区域，记此为评价区；所述最小检测框为示教点云图像上包含全部焊缝/胶条的最小区域；2)以示教给出的最小检测框内焊缝/胶条上中心骨架点的平面坐标在评价区内确定焊缝/胶条上的中心骨架点的位置，分别以中心骨架点为中心，以垂直于相邻两中心骨架点连线的方向，按照等步长向两侧等距扩展获取相应点的高度值，两侧扩展总宽度为示教得到的焊缝/胶条宽度的130～250％，扩展出的点记为采样点；所述中心骨架点包括示教时人工在焊缝/胶条中心线位置标记的点及在两人工标记点之间依次相差步长A的点；3)对每个采样点的高度值，按照如下规则给出与之对应的平面坐标值；所述平面坐标值的横坐标＝采样点相较其对应的中心骨架点之间的偏移量；所述平面坐标值的纵坐标＝采样点所对应的中心骨架点与首个中心骨架点的距离；记除首个中心骨架点外的其他中心骨架点为骨架点I，所有骨架点I的平面坐标值为(0，骨架点I相较首个中心骨架点的距离)；所有对应的高度值与平面值一并与首个中心骨架点组成直线形貌点云。进一步，步骤1)判定与示教点云图像中焊缝/胶条高度信息最相似的一个区域的方法为：求取各个选框所对应的S值，取最小的S值所对应的选框为与示教点云图像中焊缝/胶条高度信息最相似的一个区域；p＝1,2……K，K表示中心骨架点总数；g(p)为选框内第p个中心骨架点及依据其扩展出的采样点的高度差均值；h(p)为选框内第p个中心骨架点及依据其扩展出的采样点的高度标准差；g(p)′为示教点云图像上最小检测框内第p个中心骨架点及由其扩展出的采样点的高度差均值；h(p)′为示教点云图像上最小检测框内第p个中心骨架点及由其扩展出的采样点的高度标准差；w1、w2分别表示高度差均值、高度标准差的权重，w1+w2＝1；所述高度差均值为自第p个中心骨架点及其扩展出的采样点中任取一点为基准点，其他所有点的高度与基准点高度的差值的平均值；所述高度标准差为第p个中心骨架点及其扩展出的采样点的高度值与基准点高度值的差值的标准差。进一步，示教过程包括如下步骤：①人工控制机器人带着结构光传感器沿直线轨迹扫描弧状焊缝/胶条，得到被示教点云图像；②在所述示教点云图像上沿焊缝/胶条长度方向在其中心线处标记中心骨架点，并在两个相邻中心骨架点之间以步长A生成多个中心骨架点；获取各中心骨架点的平面坐标及高度值；③分别以中心骨架点为中心，以垂直于相邻两中心骨架点连线的方向，按照等步长向两侧等距扩展获取相应点的高度值，两侧扩展总宽度为焊缝/胶条宽度，扩展出的点记为采样点，获取各采样点的高度值；④将示教点云图像上包含全部焊缝/胶条及采样点的最小区域标记为最小检测框；求取最小检测框内各个中心骨架点及其扩展出的采样点的高度差均值，和各个中心骨架点及由各中心骨架点扩展出的采样点的高度标准差；所述高度差均值为自某一中心骨架点及其扩展出的采样点中任取一点为基准点，其他所有点的高度与基准点高度的差值的平均值；所述高度标准差为某一中心骨架点及其扩展出的采样点的高度值与基准点高度值的差值的标准差。为了方便后续计算，示教时，在最小检测框内分别确定各个中心骨架点平面坐标中最小的横、纵坐标值，各中心骨架点的横、纵坐标值分别减去最小的横、纵坐标值，记为各个中心骨架点的平面坐标。进一步，步骤2)中以示教给出的最小检测框内焊缝/胶条上中心骨架点的平面坐标在评价区内确定焊缝/胶条上的中心骨架点位置的方法为：在与最小检测框等大的评价区内标记相对于最小检测框内出现中心骨架点相同位置的点。本方法无需调整结构光传感器的扫描轨迹以保证结构光传感器的出射光平面始终与胶条/焊缝延伸方向始终保持垂直；而是让传感器沿已有的直线轨迹扫描弧状焊缝/胶条，在获取被测物的弧状形貌点云后将其直接转换为直线形貌点云，用以兼容现有直线形貌点云的处理方法；具有实时性高、兼容性好，计算过程简单易实现的特点。另外，该方法降低了机器人手眼标定过程的复杂性，机器人轨迹示教过程简单，耗时短，提高了工作效率；还解决了机器人无法调整适当轨迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法，其特征在于，机器人带动结构光传感器沿直线轨迹扫描弧状焊缝/胶条，得到被测物的弧状形貌点云，利用以下步骤将所述弧状形貌点云转换为直线形貌点云：/n1)对待评价点云图像确定感兴趣区域，再基于示教给出的最小检测框尺寸在感兴趣区域内移动选框以选择与示教点云图像中焊缝/胶条的高度信息最相似的一个区域，记此为评价区；所述最小检测框为示教点云图像上包含全部焊缝/胶条的最小区域；/n2)以示教给出的最小检测框内焊缝/胶条上中心骨架点的平面坐标在评价区内确定焊缝/胶条上的中心骨架点的位置，分别以中心骨架点为中心，以垂直于相邻两中心骨架点连线的方向，按照等步长向两侧等距扩展获取相应点的高度值，两侧扩展总宽度为示教得到的焊缝/胶条宽度的130～250％，扩展出的点记为采样点；/n所述中心骨架点包括示教时人工在焊缝/胶条中心线位置标记的点及在两人工标记点之间依次相差步长A的点；/n3)对每个采样点的高度值，按照如下规则给出与之对应的平面坐标值；/n所述平面坐标值的横坐标＝采样点相较其对应的中心骨架点之间的偏移量；/n所述平面坐标值的纵坐标＝采样点所对应的中心骨架点与首个中心骨架点的距离；/n记除首个中心骨架点外的其他中心骨架点为骨架点I，所有骨架点I的平面坐标值为(0，骨架点I相较首个中心骨架点的距离)；/n所有对应的高度值与平面值一并与首个中心骨架点组成直线形貌点云。/n...

【技术特征摘要】
1.一种对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法，其特征在于，机器人带动结构光传感器沿直线轨迹扫描弧状焊缝/胶条，得到被测物的弧状形貌点云，利用以下步骤将所述弧状形貌点云转换为直线形貌点云：
1)对待评价点云图像确定感兴趣区域，再基于示教给出的最小检测框尺寸在感兴趣区域内移动选框以选择与示教点云图像中焊缝/胶条的高度信息最相似的一个区域，记此为评价区；所述最小检测框为示教点云图像上包含全部焊缝/胶条的最小区域；
2)以示教给出的最小检测框内焊缝/胶条上中心骨架点的平面坐标在评价区内确定焊缝/胶条上的中心骨架点的位置，分别以中心骨架点为中心，以垂直于相邻两中心骨架点连线的方向，按照等步长向两侧等距扩展获取相应点的高度值，两侧扩展总宽度为示教得到的焊缝/胶条宽度的130～250％，扩展出的点记为采样点；
所述中心骨架点包括示教时人工在焊缝/胶条中心线位置标记的点及在两人工标记点之间依次相差步长A的点；
3)对每个采样点的高度值，按照如下规则给出与之对应的平面坐标值；
所述平面坐标值的横坐标＝采样点相较其对应的中心骨架点之间的偏移量；
所述平面坐标值的纵坐标＝采样点所对应的中心骨架点与首个中心骨架点的距离；
记除首个中心骨架点外的其他中心骨架点为骨架点I，所有骨架点I的平面坐标值为(0，骨架点I相较首个中心骨架点的距离)；
所有对应的高度值与平面值一并与首个中心骨架点组成直线形貌点云。


2.如权利要求1所述对弧状焊缝、胶条的视觉检测方法，其特征在于：步骤1)判定与示教点云图像中焊缝/胶条高度信息最相似的一个区域的方法为：求取各个选框所对应的S值，取最小的S值所对应的选框为与示教点云图像中焊缝/胶条高度信息最相似的一个区域；



p＝1,2……K，K表示中心骨架点总数；
g(p)为选框内第p个中心骨架点及依据其扩展出的采样点的高度差均值；
h(p)为选框内第p个中心骨架点及依据其扩展出的采样点的高度标准差；
g(p)′为示教点云图像上最小检测框内第p个中心骨架点及由其扩展出的采样点的高度差均值；
h(p)′为示教点云图像上最小检...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭寅，尹仕斌，郭磊，李光辉，
申请(专利权)人：易思维杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33