【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机视觉，尤其涉及一种面向机器人喷涂生产线的工件在线三维重建方法及装置。
技术介绍
1、喷涂作为一种常用的表面加工工艺被广泛应用于汽车、船舶和航空航天等领域。随着自动化技术的快速发展，机器人喷涂展现出涂层厚度均匀性好、重复定位精度高、适用性广、效率高等优点，同时它将工人从有毒、易燃和易爆的工作环境中解放出来。在机器人自动喷涂过程中，获得工件的三维模型是重要的先决条件，它是喷涂轨迹规划和姿态估计的标准指南。对于多种类、小批量的喷涂工件，很少提供三维模型，即使提供模型也因工件在喷涂输送线的姿态随机变化，需要实时建模才能解决模型与真实工件之间偏差。其中基于点云的模型重建因在数据准确、适应性和实时性等方面具有显著优势被广泛应用于机器人喷涂，然而，对于结构复杂的工件，其结构之间会相互遮挡，导致点云大量缺失，环境光、工件反光等问题均会导致点云质量下降，使待喷涂面点云不够完整，进而导致了建模精度降低甚至无法完成模型重建。
2、故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，旨在解决机器人喷涂生产线中工件模型点云缺失造成模型无法生成的问题。
2、基于相同目的，本专利技术还提供一种面向机器人喷涂生产线的工件三维重建装置。
3、技术方案：本专利技术公开的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法可采用以下技术方案：
4、一种面向机器人
5、s1、基于实体特征建模方法构建待喷涂工件的实体特征模板，定义实体特征模板构建所需的骨架线、截面形状，以及定义各骨架线的空间位置序列和连接关系；
6、s2、对激光相机的内外参数和畸变系数进行标定得到激光相机标定结果，对图像采集的激光平面进行标定得到激光平面标定结果，获得激光投射平面与相机成像平面之间的几何关系；用灰度重心法提取激光条纹中心线，获得中心线上点的二维像素坐标；代入激光相机标定结果和激光平面标定结果，计算激光条纹中心线上的点在相机坐标系中的对应空间坐标；对喷涂输送线运动方向进行方向向量标定，通过激光条纹图像采集间隔内喷涂输送线运动的位移进行各中心线点云的位姿变换，通过线点云拼接获得包含工件的场景点云；
7、s3、将包含工件的场景点云进行背景和噪声去除，以及挂钩点云分割，获得工件点云；
8、s4、将工件点云进行边界提取和直线拟合，将拟合直线投影至相机坐标系，获得拟合直线与坐标轴的交点，根据步骤s1中的骨架线的空间位置序列和连接关系提取实体特征骨架线对应的拟合直线，再将提取的拟合直线与邻接拟合直线延长求交点，完成骨架线序列点提取；将实体特征模板的骨架线序列点与相邻平行拟合直线投影至相机坐标系，通过计算坐标轴投影点距离获得实体特征的截面参数；
9、s5、根据步骤s4中提取的骨架线和截面参数进行对应实体特征的重建，通过布尔运算将多个实体特征融合，获得工件三维模型。
10、进一步的，步骤s2中，
11、使用相机的内外参数标定图像像素点与实际场景点之间的对应关系为公式1：
12、
13、式中：u、v为像平面坐标系上的点坐标；fx、fy为相机尺度因子；u0、v0表示相机主点坐标；(xw,yw,zw,1)为标定板坐标系的其次坐标值；min、mout分别为相机内外参数矩阵；r为相机外参矩阵的旋转分量；t为相机外参矩阵的平移分量；
14、其中，3d线激光相机的畸变模型为公式2：
15、
16、式中：(u,v)为理想像素坐标；(up,vp)为畸变后的像素坐标；k1、k2是径向畸变参数；k3、k4是切向畸变参数；
17、对图像采集的激光平面进行标定，获得激光投射平面与相机成像平面之间的几何关系；
18、激光平面在相机坐标系下的方程为公式3：
19、a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)＝1；
20、代入相机和光平面的标定结果，联立式公式1和公式3，计算激光条纹中心线上的点在相机坐标系中的对应空间坐标:
21、
22、对喷涂输送线运动方向进行方向向量标定，标定输送链方向向量为：
23、
24、式中：(xstart,ystart,zstart)为开始标定时标定板坐标系中某角点i的坐标；(xend,yend,zend)为标定板沿输送链运动一段位移后的同一角点坐标；cosθxi、cosθyi、cosθzi是第i组方向向量在相机坐标系下的投影；
25、选择m组角点进行优化，优化目标函数与优化约束条件满足式：
26、
27、式中：cosθx、cosθy、cosθz为优化后方向向量在相机坐标系的投影；
28、使用输送链运动方向向量的标定结果，按下式变换各线点云的位姿，拼接位姿变换后的线点云获得场景点云：
29、
30、进一步的，步骤s3中，使用ransac算法拟合背景点云所在平面，获得背景点云所在平面的法向量nb；沿nb方向lb距离交换背景点云平面的质心，获得远距离平面，其点法式平面方程为：
31、a(x-x0)+b(y-y0)+c(z-z0)＝0
32、式中，(a,b,c)为法向量nb，(x0,y0,z0)为交换后的质心；
33、将工件点云上边界的方向向量dm与工件点云上边界的法向量为nm叉乘，获得上表面的法向量nm：
34、nu＝dm×nm
35、将工件上边界的点与法向量构造点法式吊钩分割面方程：
36、a′(x-x0′)+b′(y-y0′)+c′(z-z0′)＝0
37、式中，(a′,b′,c′)为上表面法向量nu，(x0′,y0′,z0′)为工件上边界的任意一个点。进一步的，步骤s4中，使用pca算法获得工件点云的主平面，将工件点云投影至主平面而获得投影点云，用以增强局部点云密度；进一步使用alpha shapes算法将投影点云进行内外边界提取，再通过ransac算法对边界点云进行直线拟合。
38、进一步的，步骤s5中，使用open cascade的模型构建是通过创建和操作模型图元和特征类来完成的，首先基于特征截面形状和构建参数分别创建对应实体特征的直线图元，然后将多段直线图元封闭为平面图元，其次根据提取的骨架线将平面图元按照拉伸和扫掠的方式完成实体特征构建，最后使用union布尔运算将多个实体特征合并，完成工件三维模型重建。
39、对应上述方法，本专利技术还提供面向机器人喷涂生产线的工件三维重建装置的技术方案：
40、一种面向机器人喷涂生产线的工件三维重建装置，包括：
41、实体特征模板单元，用以基于实体特征建模方法构建待喷涂工件的实体特征模板，定义实体特征模板构建所需的骨架线、截面本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤S2中，
3.根据权利要求1所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤S3中，使用RANSAC算法拟合背景点云所在平面，获得背景点云所在平面的法向量nb；沿nb方向Lb距离交换背景点云平面的质心，获得远距离平面，其点法式平面方程为：
4.根据权利要求3所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤S4中，使用PCA算法获得工件点云的主平面，将工件点云投影至主平面而获得投影点云，用以增强局部点云密度；进一步使用Alpha Shapes算法将投影点云进行内外边界提取，再通过RANSAC算法对边界点云进行直线拟合。
5.根据权利要求4所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤S5中，使用Open CASCADE的模型构建是通过创建和操作模型图元和特征类来完成的，首先基于特征截面形状和构建参数分别创建对应实体特征的直线图元，然后将多
6.一种面向机器人喷涂生产线的工件三维重建装置，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建装置，其特征在于，场景点云生成单元中，使用相机的内外参数标定图像像素点与实际场景点之间的对应关系为公式1：
8.根据权利要求1或2所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建装置，其特征在于，工件点云分割单元中，使用RANSAC算法拟合背景点云所在平面，获得背景点云所在平面的法向量nb；沿nb方向Lb距离交换背景点云平面的质心，获得远距离平面，其点法式平面方程为：
9.根据权利要求1或2所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建装置，其特征在于，特征提取单元中，使用PCA算法获得工件点云的主平面，将工件点云投影至主平面而获得投影点云，用以增强局部点云密度；进一步使用Alpha Shapes算法将投影点云进行内外边界提取，再通过RANSAC算法对边界点云进行直线拟合。
10.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至权利要求5任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤s2中，
3.根据权利要求1所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤s3中，使用ransac算法拟合背景点云所在平面，获得背景点云所在平面的法向量nb；沿nb方向lb距离交换背景点云平面的质心，获得远距离平面，其点法式平面方程为：
4.根据权利要求3所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤s4中，使用pca算法获得工件点云的主平面，将工件点云投影至主平面而获得投影点云，用以增强局部点云密度；进一步使用alpha shapes算法将投影点云进行内外边界提取，再通过ransac算法对边界点云进行直线拟合。
5.根据权利要求4所述的面向机器人喷涂生产线的工件三维重建方法，其特征在于，步骤s5中，使用open cascade的模型构建是通过创建和操作模型图元和特征类来完成的，首先基于特征截面形状和构建参数分别创建对应实体特征的直线图元，然后将多段直线图元封闭为平面图元，其次根据提取的骨架线将平面图元按照拉伸和扫掠的方式完成实体特征构建，最后使用...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜星星，姜少华，刘玉朝，朱士英，王化明，沈颖，罗钦耀，刘海洋，
申请(专利权)人：宝应帆洋船舶电器配件制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。