一种板件厚度检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种板件厚度检测方法及装置，该方法适用于薄壁板件全局厚度的测量。所述方法的主要步骤包括：基于球面拟合算法，使用标准球或标准量块对两套系统进行坐标系归一化标定，为板件双面点云的快速配准奠定基础；通过两套条纹投影测量系统对板件双面点云进行采集，并结合PCA算法进行方向修正，使得板面点云垂直于Z轴方向；借助辅助靶标的标定结果，准确实现两片点云的配准对齐；基于网格划分结合并行计算的方法，同时采用网格内点云质心点于所有平面方程间最小距离来表征两片点云间距离。本发明专利技术所述的方法，由于在双系统坐标系归一化、双面点云配准对齐、点云厚度快速计算等环节采用了创新性方法，兼具鲁棒性与效率。兼具鲁棒性与效率。兼具鲁棒性与效率。

【技术实现步骤摘要】
一种板件厚度检测方法及装置


[0001]本专利技术属于光学测量
，具体涉及一种板件厚度检测方法及装置。

技术介绍

[0002]板件属一类被广泛应用的工业零部件，比如，各类金属原材料通常会被轧制成板材，再作为后续产品制造的原材料；轮船、汽车、火箭等运载工具上具有大量的壳体，也属一种板件；大部分换热器的热交换载体也是板状结构。板件通常厚度不会太厚，但横截面分布较大，这给其厚度测量带来了挑战。板件的厚度直接影响其强度等使用性能，因而需要进行有效测量及监测。但前尚缺少高效的检测手段。因此需要探索先进的技术手段来检测板件厚度，以助提高板件，尤其是薄壁板件的可靠性。
[0003]CN109360267A公开了一种薄物体快速三维重建方法，该方法通过深度相机采集深度图像和彩色图像，并识别标记点以得到变换矩阵。该专利技术具有操作简便的优点，但其测量范围较小，最低测量厚度仅为2mm。
[0004]CN111833401A公开了一种基于双面点云信息的快速测距方法及其系统，该专利技术通过点云端点进行粗配准，并通过形状差进行精配准，最后结合采样点的距离信息计算两片点云的距离分布。具有仅依赖三维点云信息进行配准并测量的优点，但是只适用于板件两表面形状相同，特别是表面为平面的板件厚度测量，并不适用于复杂曲面的厚度测量，且测量效率不高。

技术实现思路

[0005]针对现有板件厚度全局测量方法，特别是表面呈现为复杂曲面的板件测量方法的不足，本专利技术提出一种鲁棒、高效且适用范围广的板件厚度快速检测方法及装置。r/>[0006]为达到上述目的，本专利技术所述一种板件厚度检测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：将左条纹投影测量系统S
L
和右条纹投影测量系统S
R
分别布置在被测板件的两侧，并对左条纹投影测量系统S
L
和右条纹投影测量系统S
R
进行坐标系归一化标定；
[0008]步骤2：左条纹投影测量系统S
L
和右条纹投影测量系统S
R
分别从板件两面采集经过方向修正的被测板件表面点云模型P
Lc
和点云模型P
Rc
；
[0009]步骤3：结合步骤1的坐标系归一化标定结果，对步骤2所得的被测板件表面点云模型P
Lc
和被测板件表面点云模型P
Rc
进行精配准，得到点云模型P
L
和点云模型P
R
；
[0010]步骤4：对步骤3得到的点云模型P
L
和点云模型P
R
进行单层正交网格划分，得到多个空间网格，将所有点云数据填入空间网格，并对空间网格编号；
[0011]步骤5：并行对空间网格内点云进行平面拟合，计算同一空间网格内点云模型P
L
和点云模型P
R
间距离，得到被测板件不同区域厚度。
[0012]进一步地，步骤1中，采用标准球或标准量块进行辅助标定，通过球心坐标或平面法向量计算得到齐次旋转平移矩阵[R T]1。
[0013]进一步地，步骤1中，通过球面拟合算法提取用以标定的球面点云模型或平面点云
模型，计算其球心坐标或平面法向量。
[0014]进一步地，步骤2中，对左条纹投影测量系统或右条纹投影测量系统采集到的被测板件表面点云模型进行主成分分析，计算得到的方向修正旋转平移方案为：
[0015][0016]其中，P
Lc
为左条纹投影测量系统所测量点云P
Lo
经过方向修正后的结果；P
Rc
为右条纹投影测量系统所测量点云P
Ro
经过方向修正后的结果；[R T]2为主成分分析结果最小特征值所对应特征向量旋转至Z轴方向向量D
z
＝(0,0,1)的齐次旋转平移矩阵。
[0017]进一步地，步骤3中，基于步骤1的归一化标定结果，对点云模型P
Lc
和点云模型P
Rc
进行精配准，其中对点云模型P
Lc
和点云模型P
Rc
进行配准的旋转平移方案为：
[0018][0019]其中，[R T]1为齐次旋转平移矩阵，P
L
为经过配准之后左条纹投影测量系统测量的点云模型；P
R
为经过配准之后右条纹投影测量系统测量的点云模型。
[0020]进一步地，步骤4中，经过划分单层正交网格后，每个空间网格中包含点云p
l
(i,j)和p
r
(i,j)，计算每个点p
l
＝(x
l
,y
l
,z
l
)、p
r
＝(x
r
,y
r
,z
r
)落入的空间网格索引号(i,j)公式为：
[0021][0022]其中，p
l
表示经过配准之后左条纹投影测量系统测量的点云模型P
L
中的点；p
r
表示经过配准之后右条纹投影测量系统测量的点云模型P
R
中的点；i为在X轴上的索引号；j为在Y轴上的索引号；w为网格宽度；p
l
(i,j)为P
L
划分到网格(i,j)中的点云；p
r
(i,j)为P
R
划分到网格(i,j)中的点云；(x0,y0)为坐标原点。
[0023]进一步地，步骤5中，通过平面拟合算法提取并拟合点云p
l
(i,j)及其网格邻域p
l
(i
‑
1,j
‑
1)、p
l
(i
‑
1,j)、p
l
(i
‑
1,j+1)、p
l
(i,j
‑
1)、p
l
(i
‑
1,j+1)、p
l
(i+1,j
‑
1)、p
l
(i+1,j)、p
l
(i+1,j+1)的平面方程A
l
x+B
l
y+C
l
z+D
l
＝0，两片点云间距离d(m,n)的计算公式为：
[0024][0025]其中，m＝i
‑
1,i,i+1；n＝j
‑
1,j,j+1；(x
c
,y
c
,z
c
)表示p
r
(i,j)的质心；
[0026]或拟合点云p
r
(i,j)及其网格邻域的平面方程，求取点云p
l
(i,j)的质心与所有平
面方程间最小距离来表征两片点云间距离。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种板件厚度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将左条纹投影测量系统S
L
和右条纹投影测量系统S
R
分别布置在被测板件的两侧，并对左条纹投影测量系统S
L
和右条纹投影测量系统S
R
进行坐标系归一化标定；步骤2：左条纹投影测量系统S
L
和右条纹投影测量系统S
R
分别从板件两面采集经过方向修正的被测板件表面点云模型P
Lc
和点云模型P
Rc
；步骤3：结合步骤1的坐标系归一化标定结果，对步骤2所得的被测板件表面点云模型P
Lc
和被测板件表面点云模型P
Rc
进行精配准，得到点云模型P
L
和点云模型P
R
；步骤4：对步骤3得到的点云模型P
L
和点云模型P
R
进行单层正交网格划分，得到多个空间网格，将所有点云数据填入空间网格，并对空间网格编号；步骤5：并行对空间网格内点云进行平面拟合，计算同一空间网格内点云模型P
L
和点云模型P
R
间距离，得到被测板件不同区域厚度。2.根据权利要求1所述的一种板件厚度检测方法，其特征在于，所述步骤1中，采用标准球或标准量块进行辅助标定，通过球心坐标或平面法向量计算得到齐次旋转平移矩阵[R T]1。3.根据权利要求2所述的一种板件厚度检测方法，其特征在于，所述步骤1中，通过球面拟合算法提取用以标定的球面点云模型或平面点云模型，计算其球心坐标或平面法向量。4.根据权利要求1所述的一种板件厚度检测方法，其特征在于，所述步骤2中，对左条纹投影测量系统或右条纹投影测量系统采集到的被测板件表面点云模型进行主成分分析，计算得到的方向修正旋转平移方案为：其中，P
Lc
为左条纹投影测量系统所测量点云P
Lo
经过方向修正后的结果；P
Rc
为右条纹投影测量系统所测量点云P
Ro
经过方向修正后的结果；[R T]2为主成分分析结果最小特征值所对应特征向量旋转至Z轴方向向量D
z
＝(0,0,1)的齐次旋转平移矩阵。5.根据权利要求1所述的一种板件厚度检测方法，其特征在于，所述步骤3中，基于步骤1的归一化标定结果，对点云模型P
Lc
和点云模型P
Rc
进行精配准，其中对点云模型P
Lc
和点云模型P
Rc
进行配准的旋转平移方案为：其中，[R T]1为齐次旋转平移矩阵，P
L
为经过配准之后左条纹投影测量系统测量的点云模型；P
R
为经过配准之后右条纹投影测量系统测量的点云模型。6.根据权利要求1所述的一种板件厚度检测方法，其特征在于，所述步骤4中，经过划分单层正交网格后，每个空间网格中包含点云p
l
(i,j)和p
r
(i,j)，计算每个点p
l
＝(x
l
,y
l
,z
l
)、p
r
＝(x
r
,y
r
,z
r
)落入...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，张天宇，张春伟，鲍勍慷，刘发恒，李旭锋，李健，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：