雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法技術方案

本申請公開了一種雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，屬于智能制造領域

【技術實現步驟摘要】
雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法


[0001]本申請涉及智能制造
，尤其涉及一種雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法
。

技術介紹

[0002]雙目激光測量系統利用對位放置于成形工件兩側的激光輪廓儀，獲取工件的內外輪廓點云坐標，從而通過點云處理方法獲取工件的形狀與尺寸參數
。
雙目激光測量系統可以實時監測工件成形時的形狀與尺寸演化，有助于監測和調控工件的成形精度和質量，從而降低生產成本并提高生產效率
。
雙目激光測量系統正逐漸應用于復雜工件成形的在線測量
。
[0003]在雙目激光測量系統中，兩臺激光輪廓儀獲取的點云坐標是基于各自測量坐標系的
。
為了統一分析點云數據，獲取工件的形狀和尺寸參數，常將其中一臺激光輪廓儀獲取的點云坐標轉換到另一臺的測量坐標系下
。
因此，在測量前常用量塊的標準厚度標定兩臺激光輪廓儀測量坐標系的相對位置關系，進而獲得兩輪廓儀點云坐標間的轉換關系
。
然而，成形中機床的振動會引起激光輪廓儀的空間位置發生變化，點云數據間的相對位置關系也因此發生變化，因而測量前預先標定得到的點云坐標間的轉換關系與實際情況存在偏差，進而產生工件形狀尺寸的測量誤差
。
[0004]另外，激光輪廓儀通過識別經物體表面反射的激光光斑在傳感器中的位置，從而獲取物體表面的點云坐標
。
所以獲取的點云坐標與外界光照條件有關，即激光輪廓儀具有光照條件敏感性
>。
若標定時與測量時的外界光照條件不同，則獲取的物體表面點云坐標不同，從而導致測量前預先標定的兩臺激光輪廓儀點云坐標轉換關系不適用于測量時獲取的點云數據，進而產生工件形狀尺寸的測量誤差
。
[0005]綜上所述，機床振動引起的激光輪廓儀空間位置變化和激光輪廓儀的光照條件敏感性會使得預先標定的兩輪廓儀點云坐標轉換關系與成形中的實際情況有所偏差，從而產生工件形狀尺寸的測量誤差
。

技術實現思路

[0006]本申請實施例通過提供一種雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，能夠解決現有技術中機床振動引起的激光輪廓儀空間位置變化和激光輪廓儀的光照條件敏感性會使得預先標定的兩輪廓儀點云坐標轉換關系與成形中的實際情況有所偏差，從而產生工件形狀尺寸的測量誤差的問題
。
[0007]為了實現上述目的，本專利技術實施例的技術方案是：
[0008]一種雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，包括：
[0009]將工件安裝于雙目激光測量系統，同時在所述雙目激光測量系統上設置量塊固定機構并安裝量塊，以使所述雙目激光測量系統的第一激光輪廓儀
、
第二激光輪廓儀射出的激光分別能夠投射至所述量塊的兩個測量面上并保持投射位置不變；
[0010]進行循環步驟，直至加工過程結束，獲取加工過程中所述工件所有的內輪廓點云數據集和外輪廓點云數據集；
[0011]所述循環步驟包括：在所述工件成形過程中同步分別獲取第一激光輪廓儀和第二激光輪廓儀測得的多個點云數據，并將表征所述量塊和所述工件的點云數據分離以得到第一激光輪廓儀測得的所述量塊的內輪廓點云數據集
、
所述工件的內輪廓點云數據集，第二激光輪廓儀測得的所述量塊的外輪廓點云數據集
、
所述工件的外輪廓點云數據集；
[0012]根據所述量塊的內輪廓點云數據集和外輪廓點云數據集得到所述量塊的點云剛性匹配關系；
[0013]根據所述點云剛性匹配關系得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系；
[0014]根據所述測量坐標系位置關系將所述第二激光輪廓儀測得的所述工件的外輪廓點云數據集轉換為所述第一激光輪廓儀所在坐標系下的所述工件的外輪廓點云數據集，從所述工件的內輪廓點云數據集和外輪廓點云數據集中提取所述工件的形狀尺寸
。
[0015]結合第一方面，在一種可能的實現方式中，所述在所述工件成形過程中同步分別獲取第一激光輪廓儀和第二激光輪廓儀測得的多個點云數據，并將表征所述量塊和所述工件的點云數據分離以得到第一激光輪廓儀測得的所述量塊的內輪廓點云數據集
、
所述工件的內輪廓點云數據集，第二激光輪廓儀測得的所述量塊的外輪廓點云數據集
、
所述工件的外輪廓點云數據集，包括：
[0016]在所述工件成形過程中同步分別獲取所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀測得的多個點云數據并將多個所述點云數據按
X
軸坐標值升序的方式分別保存，其中，所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀分別測得的多個所述點云數據均包含工件點云數據
、
量塊點云數據和未識別區域點云數據；
[0017]求得所述第一激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第一梯度值，以及所述第二激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第二梯度值；
[0018]第一梯度值最小的點云數據識別為所述量塊的邊緣點，記作第一邊緣點，第一梯度值最大的點云數據識別為所述工件的邊緣點，記作第二邊緣點，第二梯度值最小的點云數據識別為所述工件的邊緣點，記作第三邊緣點，第二梯度值最大的點云數據識別為所述量塊的邊緣點，記作第四邊緣點；
[0019]在所述第一激光輪廓儀測得的所述點云數據中，所述第一邊緣點以及小于所述第一邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述量塊的內輪廓點云數據集，所述第二邊緣點以及大于所述第二邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述工件的內輪廓點云數據集；在所述第二激光輪廓儀測得的所述點云數據中，所述第三邊緣點以及小于所述第三邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述工件的外輪廓點云數據集，所述第四邊緣點以及大于所述第四邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述量塊的外輪廓點云數據集
。
[0020]結合第一方面，在一種可能的實現方式中，求得所述第一激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第一梯度值，以及所述第二激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第二梯度值中，所述第一梯度值和所述第二梯度值計算方式相同，為：
[0021]連續三個相鄰點中，將
X
軸坐標值最小的點作為第一點，
X
軸坐標值最大的點作為第二點，計算第二點與第一點的斜率作為中間點的梯度值
。
[0022]結合第一方面，在一種可能的實現方式中，所述根據所述點云剛性匹配關系得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系，包括：
[0023]根據所述點云剛性匹配關系，基于最近點迭代算法得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系
。
[0024]結合第一方面，在一種可能的實現方式中，根據所述點云剛性匹配關系基于下式得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系：...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，其特征在于，包括：將工件安裝于雙目激光測量系統，同時在所述雙目激光測量系統上設置量塊固定機構并安裝量塊，以使所述雙目激光測量系統的第一激光輪廓儀
、
第二激光輪廓儀射出的激光分別能夠投射至所述量塊的兩個測量面上并保持投射位置不變；進行循環步驟，直至加工過程結束，獲取加工過程中所述工件所有的內輪廓點云數據集和外輪廓點云數據集；所述循環步驟包括：在所述工件成形過程中同步分別獲取第一激光輪廓儀和第二激光輪廓儀測得的多個點云數據，并將表征所述量塊和所述工件的點云數據分離以得到第一激光輪廓儀測得的所述量塊的內輪廓點云數據集
、
所述工件的內輪廓點云數據集，第二激光輪廓儀測得的所述量塊的外輪廓點云數據集
、
所述工件的外輪廓點云數據集；根據所述量塊的內輪廓點云數據集和外輪廓點云數據集得到所述量塊的點云剛性匹配關系；根據所述點云剛性匹配關系得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系；根據所述測量坐標系位置關系將所述第二激光輪廓儀測得的所述工件的外輪廓點云數據集轉換為所述第一激光輪廓儀所在坐標系下的所述工件的外輪廓點云數據集，從所述工件的內輪廓點云數據集和外輪廓點云數據集中提取所述工件的形狀尺寸
。2.
根據權利要求1所述的雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，其特征在于，所述在所述工件成形過程中同步分別獲取第一激光輪廓儀和第二激光輪廓儀測得的多個點云數據，并將表征所述量塊和所述工件的點云數據分離以得到第一激光輪廓儀測得的所述量塊的內輪廓點云數據集
、
所述工件的內輪廓點云數據集，第二激光輪廓儀測得的所述量塊的外輪廓點云數據集
、
所述工件的外輪廓點云數據集，包括：在所述工件成形過程中同步分別獲取所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀測得的多個點云數據并將多個所述點云數據按
X
軸坐標值升序的方式分別保存，其中，所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀分別測得的多個所述點云數據均包含工件點云數據
、
量塊點云數據和未識別區域點云數據；求得所述第一激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第一梯度值，以及所述第二激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第二梯度值；第一梯度值最小的點云數據識別為所述量塊的邊緣點，記作第一邊緣點，第一梯度值最大的點云數據識別為所述工件的邊緣點，記作第二邊緣點，第二梯度值最小的點云數據識別為所述工件的邊緣點，記作第三邊緣點，第二梯度值最大的點云數據識別為所述量塊的邊緣點，記作第四邊緣點；在所述第一激光輪廓儀測得的所述點云數據中，所述第一邊緣點以及小于所述第一邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述量塊的內輪廓點云數據集，所述第二邊緣點以及大于所述第二邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述工件的內輪廓點云數據集；在所述第二激光輪廓儀測得的所述點云數據中，所述第三邊緣點以及小于所述第三邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述工件的外輪廓點云數據集，所述第四邊緣點以及大于所述第四邊緣點的
X
軸坐標值的點云數據為所述量塊的外輪廓點云數據集
。3.
根據權利要求2所述的雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，其特
征在于，求得所述第一激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第一梯度值，以及所述第二激光輪廓儀測得的每個所述點云數據的第二梯度值中，所述第一梯度值和所述第二梯度值計算方式相同，為：連續三個相鄰點中，將
X
軸坐標值最小的點作為第一點，
X
軸坐標值最大的點作為第二點，計算第二點與第一點的斜率作為中間點的梯度值
。4.
根據權利要求1所述的雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，其特征在于，所述根據所述點云剛性匹配關系得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系，包括：根據所述點云剛性匹配關系，基于最近點迭代算法得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系
。5.
根據權利要求1所述的雙目激光系統在線測量工件成形尺寸的精度提升方法，其特征在于，根據所述點云剛性匹配關系基于下式得到所述第一激光輪廓儀和所述第二激光輪廓儀的測量坐標系位置關系：廓儀的測量坐標系位置關系：其中，
a
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：高鵬飛，李新順，詹梅，李宏偉，樊曉光，閆星港，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：