【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锻造技术，具体涉及工件锻造过程中的三维建模和数据监测技术，尤其是一种锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法。
技术介绍
1、自由锻造涉及高温、高冲击等极端条件，工艺过程复杂多变，难以通过简单的、标准的自动化手段实现全面控制。需要对锻件成型过程中的形状、尺寸、热场等因素进行实时监控，以保证在锻造过程的准确性，从而实现高度灵活和精确的操作。现有在自由锻造领域针对铸锻件成型过程中的形状、尺寸检测通常是通过锻压机一侧的标尺进行预估，这对操作人员的经验与注意力提出了很高的要求，在完成指定工艺工序后还需利用卡尺进行尺寸复核，此种生产流程的缺点在于成型过程中的尺寸监测主要依赖与人工，具有不稳定性，出现误差时大时小的情况，另一方面，工艺完成后的尺寸复核虽然数据精确，但是不能及时反映成型过程，更不能指导生产过程，出现问题只能增加工序修正，降低了生产效率。
2、随着视觉检测和三维模型重建技术的发展，将其应用在锻造过程中，主要存在如下问题需要考虑：
3、准确性：虽然基于视觉的尺寸检测与形状检测算法已相对成熟，但是主要针对的是电子相关产品、汽车生产等具备高度自动化的生产领域，同时在流程生产过程中具有良好的检测环境，大大提高了检测精度。而在自由锻造领域，受到部署方式、光照纹理及高温、热辐射等环境因素的影响，使得传统的尺寸测量与三维重建技术受到很大的限制。
4、实时性：针对三维结构重建在不考虑实时性的前提下，通过结构光、倾斜摄影等技术可进行精度较高的三维场景复原，在热锻件成型过程中，由于对实时性的要求较高，
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术针对工件锻造过程的成型参数实时监测问题，提供一种锻件成型过程中的实时检测系统及其三维重构方法。
2、技术方案：一种锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，步骤包括：
3、s1、构建检测系统，该系统通过双目相机标定实现实时监测锻件成型过程的尺寸，通过热成像设备检测空间内温度场变化，利用锻件的锻造高温特性，通过温度信息提取锻件的目标轮廓；
4、s2、基于目标特征对齐算法将步骤s1中通过双目相机提取的轮廓和通过热成像提取的轮廓进行数据融合和拟合操作，实现锻件成型过程中锻件尺寸的计算；
5、s3、锻件的三维结构复原，具体是以锻件主体的方向为x方向，横截面所在的方向为y方向，从x方向视角的轮廓依据梯度变化进行锻件模型切片，在y方向视角的轮廓进行横截面形状复原，将锻件模型切片通过横截面信息进行三维结构重构，并将切片重组构建锻件整体三维结构。
6、进一步地，步骤s1对于双目相机标定的步骤包括：
7、s11、通过双目相机标定建立相机成像几何模型，获取相机内参和外参以建立单目相机的畸变模型，其中还包括畸变系数的获取以及立体校正；
8、s12：利用所述相机内参和外参，通过bouguet极线校正算法进行立体校正进行立体校正以消除物理畸变，提高测量和定位的精度；
9、s13：对校正后的图像进行算法预处理，包括采用对比度增强、边缘锐化、图像滤波和/或限制对比度自适应直方图均衡化在内的算法来降低后续提取目标区域的难度；
10、s14：从预处理后的图像中提取锻件轮廓，并分离出包括夹具在内的非目标区域。
11、步骤s1对于热成像设备检测到的空间内温度场数据进行如下处理：
12、基于fsrcnn算法对热成像的温场图像进行超分辨率处理，提高图像的感知质量；
13、通过如下公式度量重建图像和真实高分辨率图像之间的像素差异：
14、
15、其中，mse表示均方误差，n表示图像中的像素总数，hr表示真实高分辨率图像，sr表示超分辨重建算法输出的图像；
16、根据锻件的铸造温度设定对用温度阈值，通过阈值分割提取锻件的温度轮廓。
17、进一步地，步骤s2通过surf算子进行锻件轮廓的特征提取，然后对融合后的轮廓进行边缘拟合，去除异常点，提高轮廓的平滑性和准确性，随后，根据轮廓计算锻件成型过程中的锻压尺寸。
18、进一步地，步骤s3包括：
19、设定检测步长，计算梯度变化结合采样点斜率，进行模型切片，梯度计算公式包括：
20、水平方向梯度变化：
21、gx＝|f(x2,y)-f(x1,y)|
22、垂直方向梯度变化：
23、gy＝|f(x,y2)-f(x,y1)|
24、梯度向量模：
25、
26、将x方向的模型切片与y方向的横截面信息进行匹配和融合，构建锻件的整体三维结构，然后对三维结构进行后处理，包括平滑处理、孔洞填充以优化最终的三维模型。
27、本专利技术还提供一种锻件成型过程中的实时检测系统以实现上述方法中的测量和数据采集，包括：
28、双目相机，用于锻件进行成型过程的尺寸测量；
29、热成像设备，用于监测锻件及周围环境的温度场变化；
30、激光测距传感器，用于锻件所处空间位置校准和测量；
31、标定板，用于双目相机的标定，确保测量精度；
32、计算机，用于执行上述的一种锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法。
33、进一步地，所述的双目相机和热成像设备对准、且视觉角度包含锻件区间，激光测距传感器用于对双目相机和热成像设备进行辅助校准和采集数据的验证。
34、有益效果：本专利技术所提供的一种锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，通过在锻件加工过程的两个水平方向，设立检测点，采用双目相机+热成像+激光测距传感器的检测方案对过程进行实时检测，能够通过计算机视觉技术对铸锻件在成型过程中的尺寸形状，进行实时检测，同时在三维引擎中动态重构锻件模型。有效的避免了传统生产流程中的尺寸测量的滞后性，同时通过三维重建技术对成型过程进行完整复原，指导操作人员进行相关工艺操作，也为后续的无人锻造系统提供实时生产数据的基础。
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1.一种锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤S1对于双目相机标定的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤S1对于热成像设备检测到的空间内温度场数据进行如下处理：
4.根据权利要求1所述的锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤S3通过SURF算子进行锻件轮廓的特征提取，然后对融合后的轮廓进行边缘拟合，去除异常点，提高轮廓的平滑性和准确性，随后，根据轮廓计算锻件成型过程中的锻压尺寸。
5.根据权利要求1所述的锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤S4包括：
6.一种锻件成型过程中的实时检测系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的锻件成型过程中的实时检测系统，其特征在于，所述的双目相机和热成像设备对准、且视觉角度包含锻件区间，激光测距传感器用于对双目相机和热成像设备进行辅助校准和采集数据的验证。
【技术特征摘要】
1.一种锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤s1对于双目相机标定的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤s1对于热成像设备检测到的空间内温度场数据进行如下处理：
4.根据权利要求1所述的锻件成型过程中的实时检测与三维重构方法，其特征在于，步骤s3通过surf算子进行锻件轮廓的特征提取，然后对...
【专利技术属性】
技术研发人员：段晓磊，邓烜堃，谢云，冯靖宇，高浚译，李自奇，
申请(专利权)人：兰州兰石爱特互联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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