一种非接触式管类物体的测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种非接触式管类物体的测量方法及系统，该测量方法，包括如下步骤：步骤一：管类物体图形采集；步骤二：管类物体三维模型重建；步骤三：管类物体中心线提取，由所述步骤二中所获得的该管类物体的三维点云数据进行封装对其进行三角面片化并进一步进行实体化，以得到该管类物体的三维实体模型，并从该三维实体模型中提取中心线数据；或者，对所述步骤二中所获得的三维点云数据分段切割，并对其截面上的各点进行圆拟合并得到各个截面圆的圆心，所得的各截面圆的圆心即为该管类物体中心线上一系列的离散点，然后对这些离散点用最小二乘法进行曲线拟合，以提取出中心线数据。

Method and system for measuring non-contact tubular object

The present invention relates to a method and system for measuring non-contact tube objects, the measurement method, which comprises the following steps: step one: tube object acquisition; step two: 3D reconstruction object; step three: tube body center line extraction, encapsulation of the triangle and further the entity of the object by the 3D point tube obtained by the step two in the cloud data, in order to get the 3D model of the tube of the object, and the data from the center line extraction in 3D solid model; or, the three-dimensional point cloud data obtained in the second step the sub cutting, and the the cross section of the points on the circle fitting and the each section of the center of the circle, the circle of each section is the discrete tube center line of a series of objects, then these discrete points with the most The curve is fitted by two small multiplication to extract the centerline data.

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式管类物体的测量方法及系统
本专利技术涉及一种非接触式管类物体的测量方法及系统。
技术介绍
弯管作为工业各领域广泛应用的重要零部件，在车辆、石油、化工、航海、航空和核工业等领域具有重要的用途，其质量的好坏可能直接影响到整台机器或设备是否能够正常安全的运行。因此，在弯管管实际生产中，如何能高效、准确的测量所产弯管的各项参数是否满足设计要求，具有重要的意义。弯管弯曲成形是一个集材料非线性、几何非线性和边界条件非线性于一体的复杂过程，该过程影响因素复杂、成形质量难以控制。目前，在航空、航天等复杂军工产品研制生产中，成形后的弯管测量是保证管路制造质量和实现精确无应力装配的不可缺少的最有效、最直接的手段。弯管的测量难点在于加工后其弯曲角度、拐点位置、每一段的推进量等参数的测量。目前弯管加工厂多依靠人工利用卡尺、量角器等测量器具或三坐标测量仪进行尺寸参数测量。但利用常规测量器具进行测量，不仅工作效率低、测量精度差且多与工人的测量经验有关，而三坐标测量仪虽然技术发展较成熟、测量精度较高但其实质是测量被测件表面一系列点集的三维坐标，因此其测量工作量大、效率也较低，且其设备价格往往较高。近年来，随着机器视觉技术及图像获取技术的飞速发展，许多新的产品应运而生，相比于传统的测量手段，视觉测量具有非接触、精度高及快速方便等优点，因此可以大大提高检测精度和速度，从而提高生产效率。如中国专利申请号“201410292927.7”公开了《一种三维弯管多相机视觉检测方法及其系统》，其方案如下：该三维弯管多相机视觉检测方法包括下述步骤：步骤S1，多相机标定；步骤S2，弯管图像采集；步骤S3，弯管边缘识别；步骤S4，弯管二维中心线检测；步骤S5，弯管三维中心线重建；步骤S6，弯管参数计算。通过上述操作步骤，其为加工后弯管的尺寸检测提供了一种快速、准确的量测方法，不仅操作方便，自动化程度高，而且测量结果准确、可靠。简而言之，该方法为根据二维图像获取弯管的边缘线然后的到中心线，再根据给定的直径得到弯管图像。但是，该方法存在如下问题：该方法仅能得出弯管图像的数据及该图像的中心线，但无法得出弯管的实际状况；另外，该方法由于需要先得到二位图像，再得到中心线，所以，耗时较长。其方法尤其对于管类物体表面存在形变时，二维中心线提取误差较大，且其需要先提取二维中心线再拟合三维中心线，计算复杂，误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供非接触式管类物体的测量方法，其可以直接得出管类物体的中心线，相比传统测量方法可大幅度提高测量速度和精度。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种非接触式管类物体的测量方法，包括如下步骤：步骤一：管类物体图形采集，利用相机拍摄管类物体在同一位姿上的照片；步骤二：管类物体三维模型重建，根据双目视觉三角测量原理通过采集到的管类物体图形得到整个管类物体的表面的点云三维信息以形成该管类物体的三维点云数据；步骤三：管类物体中心线提取，通过第一模块测量方式或第二模块测量方式提取管类物体的中心线；所述第一模块测量方式为：由所述步骤二中所获得的该管类物体的三维点云数据进行封装对其进行三角面片化并进一步进行实体化，以得到该管类物体的三维实体模型，并从该三维实体模型中提取中心线数据；所述第二模块测量方式为：对所述步骤二中所获得的三维点云数据分段切割，并对其截面上的各点进行圆拟合并得到各个截面圆的圆心，所得的各截面圆的圆心即为该管类物体中心线上一系列的离散点，然后对这些离散点用最小二乘法进行曲线拟合，以提取出中心线数据。进一步的：在所述步骤一前还包括，多个相机标定，通过在测量视场中布置标志点来标定多个相机的内部参数和外部参数。进一步的：在所述步骤一中，多个相机同步拍摄该管类物体在同一位姿上的照片。进一步的：在所述步骤三中，在进行分段切割时，管类物体的拐点及靠近管类物体的拐点的区域的分段间隔小于管类物体的直线部位的分段间隔。进一步的：在所述步骤三中，当采用所述第二模块测量方式获得管类物体的中心线数据后，再对各个截面圆所得的半径求取其平均值，利用所得的中心线数据及半径值进行扫略式三维实体重建，以得到该管类物体的三维实体模型。进一步的：在所述非接触式管类物体的测量方法还包括：将某一管类物体所获得的中心线数据、三维实体模型及三维点云数据标记为标准数据保存；设定偏差值参数；对其他管类物体采用第二模块测量方式测量，以获得该其他管类物体的中心线数据、三维实体模型及三维点云数据，将该其他管类物体的中心线数据、三维实体模型及三维点云数据标记为比对数据；将比对数据与标准数据进行对比，并参考设定偏差参数进行比对分析；若比对数据与标准数据的偏差值在偏差参数的范围内，则该其他管类物体被判定为合格；若比对数据与标准数据的偏差值在偏差参数的范围外，则该其他管类物体被判定为不合格。进一步的：当该其他管类物体被判定为合格时，则将该判定结果标定为一种特定的颜色；当该其他管类物体被判定为不合格时，则将该判定结果标定为另一种特定的颜色。进一步的：可同时对至少两根管类物体采用第二模块测量方式进行测量。进一步的：在所述步骤二与步骤三之间包括：选择第一模块测量方式或第二模块测量方式。本专利技术还提供了一种非接触式管类物体的测量系统，采用上述非接触式管类物体的测量方法。本专利技术的有益效果在于：由于本专利技术的非接触式管类物体的测量方法利用标定好的多个相机拍摄管类物体在同一位姿上的照片，根据双目视觉三角测量原理通过采集到的管类物体图形得到整个管类物体的表面的点云三维信息以形成该管类物体的三维点云数据，然后通过第一模块测量方式或第二模块测量方式提取管类物体的中心线，从而可以直接得出管类物体的中心线，相比传统测量方法可大幅度提高测量速度和精度。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1为本专利技术一实施例所示的非接触式管类物体的测量方法的流程图；图2为通过本专利技术的非接触式管类物体的测量方法所得到的中心线拟合效果图；图3为通过本专利技术的非接触式管类物体的测量方法所得到的三维重建效果图；图4为通过本专利技术的非接触式管类物体的测量方法所得到的拐点识别图；图5为通过本专利技术的非接触式管类物体的测量方法所得到的与标准件对比偏差柱状图；图6为通过本专利技术的非接触式管类物体的测量方法所得到的计算参数效果图；图7为通过本专利技术的非接触式管类物体的测量方法所得到的同时测量两根或多根弯管结果图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。请参见图1，本专利技术一较佳实施例所示的一种非接触式管类物体的测量方法用于非接触式管类物体的测量系统，该系统用于非接触式管类物体的测量设备。所述测量设备包括主体框架、布置在主体框架内的多个相机、导光板及多个LED白光光源，该主体框架包括用以放置被测量物(在本实施例中为管类物体)的测量视场，多个相机布置在测量视场内，多个相机位于测量视场的上方。导光板位于测量视场的后侧，多个LED白光光源均匀布置于主体框架的导光板后侧，从而使测量视场形成一个光照均匀的空间，使得拍摄到的管类物体的图像不会产生阴影。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非接触式管类物体的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：步骤一：管类物体图形采集，利用相机拍摄管类物体在同一位姿上的照片；步骤二：管类物体三维模型重建，根据双目视觉三角测量原理通过采集到的管类物体图形得到整个管类物体的表面的点云三维信息以形成该管类物体的三维点云数据；步骤三：管类物体中心线提取，通过第一模块测量方式或第二模块测量方式提取管类物体的中心线；所述第一模块测量方式为：由所述步骤二中所获得的该管类物体的三维点云数据进行封装对其进行三角面片化并进一步进行实体化，以得到该管类物体的三维实体模型，并从该三维实体模型中提取中心线数据；所述第二模块测量方式为：对所述步骤二中所获得的三维点云数据分段切割，并对其截面上的各点进行圆拟合并得到各个截面圆的圆心，所得的各截面圆的圆心即为该管类物体中心线上一系列的离散点，然后对这些离散点用最小二乘法进行曲线拟合，以提取出中心线数据。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式管类物体的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：步骤一：管类物体图形采集，利用相机拍摄管类物体在同一位姿上的照片；步骤二：管类物体三维模型重建，根据双目视觉三角测量原理通过采集到的管类物体图形得到整个管类物体的表面的点云三维信息以形成该管类物体的三维点云数据；步骤三：管类物体中心线提取，通过第一模块测量方式或第二模块测量方式提取管类物体的中心线；所述第一模块测量方式为：由所述步骤二中所获得的该管类物体的三维点云数据进行封装对其进行三角面片化并进一步进行实体化，以得到该管类物体的三维实体模型，并从该三维实体模型中提取中心线数据；所述第二模块测量方式为：对所述步骤二中所获得的三维点云数据分段切割，并对其截面上的各点进行圆拟合并得到各个截面圆的圆心，所得的各截面圆的圆心即为该管类物体中心线上一系列的离散点，然后对这些离散点用最小二乘法进行曲线拟合，以提取出中心线数据。2.如权利要求1所述的非接触式管类物体的测量方法，其特征在于，在所述步骤一前还包括，多个相机标定，通过在测量视场中布置标志点来标定多个相机的内部参数和外部参数。3.如权利要求1或2所述的非接触式管类物体的测量方法，其特征在于，在所述步骤一中，多个相机同步拍摄该管类物体在同一位姿上的照片。4.如权利要求1所述的非接触式管类物体的测量方法，其特征在于，在所述步骤三中，在进行分段切割时，管类物体的拐点及靠近管类物体的拐点的区域的分段间隔小于管类物体的直线部位的分段间隔。5.如权利要求1所述的非接触式管类物体的测量方法，其特征在于，在所述步骤三中，当采用所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建立，刘小波，刘志国，黄众众，王明尧，邢渊博，
申请(专利权)人：苏州西博三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32