一种用于孔位检测的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于孔位检测的方法及系统，方法包括：测量系统的标定：用于获取标定结果；多视角三维扫描：用于获取待测物体的三维数据和多个所述视角的图像，得到三维模型；模型对齐：使待测物体的三维模型与标称模型对齐，使得两个模型上的特征重合；孔的三维重建和检测：在标称模型上创建待检测的孔，然后投影到每幅图像上来约束边缘检测的范围，对指定范围内的图像进行边缘检测和边缘筛选以获取孔的边缘数据，进而基于多个视角下圆的三维重建算法计算出所述孔的表面圆的参数，参数包括圆心、法向、半径，最后与标称模型上孔进行对比得到偏差，偏差包括圆心距、半径偏差、法向夹角。测量精度不受人为因素影响，比较稳定，测量方法快捷高效。方法快捷高效。方法快捷高效。

【技术实现步骤摘要】
一种用于孔位检测的方法及系统


[0001]本专利技术涉及机器视觉和三维数字化测量
，尤其涉及一种用于孔位检测的方法及系统。

技术介绍

[0002]对零件表面的孔的检测在零件的质量评估中具有极其重要的作用，因此近年来受到广泛的研究。由于非接触、高精度、自动化等优点，基于机器视觉的孔的自动化的三维检测逐渐成为是未来发展的方向。
[0003]目前对孔的检测主要利用一些精密量具进行手动测量，包括高精度的游标卡尺、塞规、内径千分尺等工具。但是这种方法极易引入人工误差且测量效率较低，在需要大批量检测时，这种方法既无法保证测量精度的稳定性也无法满足检测效率的要求。
[0004]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有的问题，提供一种用于孔位检测的方法及系统。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下所述：
[0007]一种用于孔位检测的方法，包括以下步骤：S1：多视角系统的标定：所述多视角系统包括多个视角的测量模组，每个所述测量模组包括两个工业级黑白相机和一个投影仪，对所述相机进行全局标定，用于获取标定结果，所述标定结果包括各个所述相机的内参数和所述相机之间的外方位参数；S2：多视角三维扫描：用于获取待测物体的三维数据和多个所述视角的图像，并基于所述标定结果把不同所述视角下的三维数据统一在一个坐标系下得到三维模型；S3：模型对齐：使所述待测物体的所述三维模型与所述待测物体的标称模型对齐，使得所述三维模型和所述标称模型上的特征重合；S4：孔的三维重建和检测：在所述标称模型上创建待检测的孔，然后投影到每幅所述图像上来约束边缘检测的范围，对指定范围内的图像进行边缘检测和边缘筛选以获取所述孔的边缘数据，进而基于多个所述视角下圆的三维重建算法计算出所述孔的表面圆的参数，所述参数包括圆心、法向、半径，最后与所述标称模型上所述孔进行对比得到偏差，所述偏差包括圆心距、半径偏差、法向夹角。
[0008]优选地，步骤S1中，基于摄影测量原理对所述相机进行全局标定；对所述相机进行全局标定时还包括计算各个所述相机之间的位置关系，具体包括：指定每个所述测量模组中左相机作为参考相机，并指定其中一个所述相机作为全局参考相机；计算每个所述测量模组中所述相机之间的位置关系；计算不同所述测量模组中所述参考相机之间的位置关系；计算出所有所述相机相对于所述全局参考相机的位置关系；其中，两个所述相机之间的位置关系是指两个相机坐标系之间的转换矩阵。
[0009]优选地，把不同所述视角下的三维数据统一在一个坐标系下得到所述三维模型包
括：单个所述测量模组完成所述待测物体表面的三维重建后，单个所述测量模组的扫描数据的坐标系是在左相机坐标系下的，利用所述标定结果把每个所述测量模组的扫描数据转换到全局坐标系下实现多个视角下的三维数据的拼接。
[0010]优选地，所述标称模型是CAD模型或网格模型；若所述标称模型是CAD模型，使所述待测物体的所述三维模型与所述待测物体的标称模型对齐包括：把所述标称模型进行网格化得到标称网格模型；通过主成分分析算法使所述标称网格模型和所述三维模型的质心坐标和三个主方向进行对齐；通过迭代最近点算法把所述标称网格模型与所述三维模型再次进行对齐。
[0011]优选地，步骤S4中在所述标称模型上创建一个待检测的孔包括：若所述标称模型是CAD模型，则拾取所述孔的表面圆的边缘曲线，对所述边缘曲线进行离散得到离散点，基于所述离散点拟合出完整的标称三维圆；若所述标称模型是网格模型，则通过在所述孔的边缘选择三个点拟合出一个标称三维圆。
[0012]优选地，步骤S4中，对各个所述视角下的所述图像进行边缘检测时还包括对所述图像进行视角的筛选，删除所述相机的投影方向与所述孔所在平面的法向夹角较大的视角：获取所述标称三维圆的圆心与各个所述相机的相机坐标系原点的连线方向和所述标称三维圆的法向的夹角，若夹角大于一定角度则对应视角的所述图像不参与后续计算。
[0013]优选地，步骤S4中，通过所述标称三维圆来约束所述图像中的边缘检测范围包括：把所述标称三维圆进行离散获取一系列离散的三维点；根据所述多视角系统的标定时建立的投影模型把所述三维点投影到所述图像上，完成投影之后计算所述标称三维圆在每张所述图像上的投影点的包围盒的大小并在所述包围盒的图像的长和宽两个方向向外额外增加一定范围得到所述图像的边缘检测的区域。
[0014]优选地，步骤S4中，对所述孔所在的经过视角筛选后的所述图像的边缘检测区域进行亚像素级精度的边缘检测；根据投影到所述图像上的先验的圆的边缘点对检测出的边缘进行筛选，筛选的原则是计算检测出的所有边缘点与所述先验圆中的所有边缘点的最近距离，所述最近距离小于一定值的点保留，否则删除。
[0015]优选地，步骤S4中还包括完成所述孔的边缘检测和筛选后对所述图像再次进行筛选，包括如下步骤：对经过视角筛选后的所有所述图像中筛选后的边缘进行椭圆拟合以获取椭圆的中心点；把所有经过视角筛选后的所有所述图像对应的所述相机随机两两组合成一组视角的双目立体视觉系统，对所述椭圆的中心点进行三维重建；统计重投影误差并再次筛选得到所述椭圆中心点的所述重投影误差小于一定值的有效图像；基于所述有效图像得到所述偏差包括：以在所述标称模型上创建的三维圆的圆心、半径、法向为迭代初值，以所述有效图像中的边缘为迭代数据，基于多目立体视觉的原理进行高斯牛顿法迭代，最终根据所述图像中的边缘计算出所述孔的表面圆的所述参数；将所述参数与所述标称三维圆进行对比得到所述偏差。
[0016]本专利技术还提供一种用于孔位检测的系统，包括：多个视角的测量模组、数据处理单元，多个视角的所述测量模组组成多视角测量系统，用于采集待测物体的三维数据和多个所述视角的图像；所述数据处理单元用于实现如上任一所述的用于孔位检测的方法。
[0017]本专利技术的有益效果为：提供一种用于孔位检测的方法及系统，通过多目立体视觉的原理实现对零件表面孔的三维测量，测量精度不会受到人为因素的影响，因此测量精度
比较稳定，测量方法快捷高效。
[0018]进一步地，本专利技术可以经过一次数据采集，实现对零件表面上多个孔的测量，从而可以测量两个孔之间的孔心距，用于评估孔的加工质量、定位精度等相关参数。
[0019]再进一步地，本专利技术对孔的检测的同时也对零件表面的三维形貌进行了三维重建，因此本专利技术提出的方法对孔的检测更加直观，可以在三维模型上进行相关的检测操作。
[0020]最后，本专利技术提出的孔的检测方法对孔周围是高反光表面的情况也同样适用，因为利用多目立体视觉方法对孔的三维测量只需要从拍摄到的孔的图像中提取到孔的边缘即可进行孔的表面圆的三维重建，从而实现孔的检测。
附图说明
[0021]图1是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于孔位检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：多视角系统的标定：所述多视角系统包括多个视角的测量模组，每个所述测量模组包括两个工业级黑白相机和一个投影仪，对所述相机进行全局标定，用于获取标定结果，所述标定结果包括各个所述相机的内参数和所述相机之间的外方位参数；S2：多视角三维扫描：用于获取待测物体的三维数据和多个所述视角的图像，并基于所述标定结果把不同所述视角下的三维数据统一在一个坐标系下得到三维模型；S3：模型对齐：使所述待测物体的所述三维模型与所述待测物体的标称模型对齐，使得所述三维模型和所述标称模型上的特征重合；S4：孔的三维重建和检测：在所述标称模型上创建待检测的孔，然后投影到每幅所述图像上来约束边缘检测的范围，对指定范围内的图像进行边缘检测和边缘筛选以获取所述孔的边缘数据，进而基于多个所述视角下圆的三维重建算法计算出所述孔的表面圆的参数，所述参数包括圆心、法向、半径，最后与所述标称模型上所述孔进行对比得到偏差，所述偏差包括圆心距、半径偏差、法向夹角。2.如权利要求1所述的用于孔位检测的方法，其特征在于，步骤S1中，基于摄影测量原理对所述相机进行全局标定；对所述相机进行全局标定时还包括计算各个所述相机之间的位置关系，具体包括：指定每个所述测量模组中左相机作为参考相机，并指定其中一个所述相机作为全局参考相机；计算每个所述测量模组中所述相机之间的位置关系；计算不同所述测量模组中所述参考相机之间的位置关系；计算出所有所述相机相对于所述全局参考相机的位置关系；其中，两个所述相机之间的位置关系是指两个相机坐标系之间的转换矩阵。3.如权利要求2所述的用于孔位检测的方法，其特征在于，把不同所述视角下的三维数据统一在一个坐标系下得到所述三维模型包括：单个所述测量模组完成所述待测物体表面的三维重建后，单个所述测量模组的扫描数据的坐标系是在左相机坐标系下的，利用所述标定结果把每个所述测量模组的扫描数据转换到全局坐标系下实现多个视角下的三维数据的拼接。4.如权利要求3所述的用于孔位检测的方法，其特征在于，所述标称模型是CAD模型或网格模型；若所述标称模型是CAD模型，使所述待测物体的所述三维模型与所述待测物体的标称模型对齐包括：把所述标称模型进行网格化得到标称网格模型；通过主成分分析算法使所述标称网格模型和所述三维模型的质心坐标和三个主方向进行对齐；通过迭代最近点算法把所述标称网格模型与所述三维模型再次进行对齐。5.如权利要求4所述的用于孔位检测的方法，其特征在于，步骤S4中在所述标称模型上创建一个待检测的孔包括：若所述标称模型是CAD模型，则拾取所述孔的表面圆的边...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐正宗，宗玉龙，张一弛，乔根，
申请(专利权)人：新拓三维技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：