【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及飛機裝配，尤其涉及一種快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、手工裝配作為飛機裝配的重要環(huán)節(jié)，依舊以較為傳統(tǒng)的方式進行，極大地限制了航空制造業(yè)發(fā)展。由于手工裝配自身局限性，以及傳統(tǒng)紙質(zhì)裝配工藝文件直觀性差等問題，工人需要反復(fù)查閱裝配工藝卡以及在工件表面做標記，極大地擾亂了裝配節(jié)奏，約束了裝配效率；且容易導(dǎo)致錯裝、漏裝，影響裝配質(zhì)量。基于空間增強現(xiàn)實的輔助裝配系統(tǒng)是解決人工作業(yè)效率低、易出錯的重要途徑，根據(jù)投影器件不同，通常分為激光掃描類和投影成像類兩種。投影成像類設(shè)備通常采用普通的dlp、3lcd或lcd投影儀作為投影設(shè)備，投影內(nèi)容豐富，投影頻率高，采用立體視覺算法實現(xiàn)將虛擬工藝信息準確投影在空間對應(yīng)位置上。投影成像類設(shè)備通常采用視覺傳感器，通過輪廓匹配、特征匹配、點云匹配等方式動態(tài)獲取工件的相對位姿，但是對于尺寸較大或表面紋理不豐富的工件，定位精度較差，同時也不能引入現(xiàn)場高精度測量設(shè)備的測量數(shù)據(jù)。
2、因此，專利技術(shù)人提供了一種快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)及方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、(1)要解決的技術(shù)問題
2、本申請?zhí)峁┝艘环N快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)及方法，要解決的技術(shù)問題是：對尺寸較大或表面紋理不豐富的工件，現(xiàn)有方法并不能實現(xiàn)準確地定位，并且不能結(jié)合激光跟蹤儀、攝影測量設(shè)備等裝配現(xiàn)場常用的高精度測量設(shè)備的測量數(shù)據(jù)，影響定位精度。
3、(2)技術(shù)方案
4、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，包括
5、信息編輯模塊用于根據(jù)裝配工藝流程編排各工序所需的虛擬工藝信息，生成引導(dǎo)信息集文件；
6、快速定位模塊用于根據(jù)相機拍攝的光學(xué)投影系統(tǒng)移動前后的被投影工件圖像，通過深度學(xué)習(xí)模板匹配的方法確定預(yù)設(shè)的靶球標記基準點在移動后相機圖像中的二維坐標，以及通過結(jié)構(gòu)光方法確定相機圖像中的靶球標記基準點在投影儀圖像中的對應(yīng)點，并結(jié)合測量設(shè)備得到的靶球三維坐標的測量數(shù)據(jù)，確定被投影工件相對于投影儀空間坐標系的位姿信息；
7、投影操作模塊用于根據(jù)引導(dǎo)信息集文件以及位姿信息，通過三維空間投影算法生成工序引導(dǎo)圖像；
8、投影儀用于將工序引導(dǎo)圖像投影在被投影工件表面。
9、進一步地，光學(xué)投影系統(tǒng)，還包括系統(tǒng)標定模塊；系統(tǒng)標定模塊用于對投影儀的內(nèi)部參數(shù)進行標定。
10、進一步地，系統(tǒng)標定模塊具體用于：控制投影儀對棋盤格光學(xué)標定板投影結(jié)構(gòu)光條紋，并控制相機拍攝每次投影結(jié)構(gòu)光條紋的圖像；對相機圖像中光學(xué)標定板角點進行識別，根據(jù)相機記錄的圖像序列，解碼出光學(xué)標定板角點在投影儀圖像中的像點坐標，通過標定算法計算出投影儀內(nèi)參。
11、進一步地，快速定位模塊具體用于：通過深度學(xué)習(xí)模板匹配算法對移動前后圖像中的幾何特征進行識別匹配，并根據(jù)匹配結(jié)果計算圖像間單應(yīng)性矩陣，進而在移動后圖像中映射出預(yù)設(shè)的靶球范圍框。
12、進一步地，快速定位模塊還具體用于：對靶球范圍框內(nèi)圖像進行超分辨率處理，再進行圖像處理，依據(jù)標記圖案形式計算出靶球標記基準點的坐標并還原到原始尺寸下，從而計算出靶球標記基準點在相機圖像中的二維坐標。
13、進一步地，快速定位模塊還具體用于：采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)建立相機-投影儀二維圖像坐標系對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)對應(yīng)關(guān)系計算出相機圖像中靶球標記基準點在投影儀圖像中的對應(yīng)點。
14、進一步地，快速定位模塊還具體用于：根據(jù)靶球標記基準點在投影儀圖像中的二維坐標，以及靶球標記基準點三維坐標的測量數(shù)據(jù)，通過pnp算法求解出被投影工件相對于投影儀空間坐標系的位姿信息。
15、進一步地，投影操作模塊具體用于：將虛擬工藝信息離散成三維點集，根據(jù)被投影工件相對于投影儀空間坐標系的位姿矩陣、投影儀的內(nèi)部參數(shù)以及三維點集，通過三維空間投影算法生成工序引導(dǎo)圖像。
16、進一步地，投影操作模塊還具體用于實現(xiàn)操作者與光學(xué)投影系統(tǒng)的交互。
17、第二方面，本申請?zhí)峁┝艘环N快速匹配定位的光學(xué)投影方法，基于如上所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：
18、信息編輯模塊根據(jù)裝配工藝流程編排各工序所需的虛擬工藝信息，生成引導(dǎo)信息集文件；
19、快速定位模塊根據(jù)相機拍攝的光學(xué)投影系統(tǒng)移動前后的被投影工件圖像，通過深度學(xué)習(xí)模板匹配的方法確定預(yù)設(shè)的靶球標記基準點在移動后相機圖像中的二維坐標，以及通過結(jié)構(gòu)光方法確定相機圖像中的靶球標記基準點在投影儀圖像中的對應(yīng)點，并結(jié)合測量設(shè)備得到的靶球三維坐標的測量數(shù)據(jù)，確定被投影工件相對于投影儀空間坐標系的位姿信息；
20、投影操作模塊根據(jù)引導(dǎo)信息集文件以及位姿信息，通過三維空間投影算法生成工序引導(dǎo)圖像；
21、投影儀將工序引導(dǎo)圖像投影在被投影工件表面。
22、(3)有益效果
23、本申請的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：
24、本申請第一方面提供的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，采用深度學(xué)習(xí)模板匹配算法對移動前后圖像中幾何特征識別匹配，進而實現(xiàn)對圖像中靶標范圍框動態(tài)追蹤和范圍框內(nèi)靶標中心點識別，采用這種二次定位的方法實現(xiàn)對尺寸較大或表面紋理不豐富的工件快速定位，既滿足使用效率要求，也滿足定位精度要求。系統(tǒng)可以引入裝配現(xiàn)場常用的高精度測量設(shè)備的測量數(shù)據(jù)，并可以轉(zhuǎn)換到同一坐標系下，進而實現(xiàn)多套系統(tǒng)聯(lián)合使用，滿足不同尺寸工件的投影輔助裝配需求。
25、可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以參見上述第一方面中的相關(guān)描述，在此不再贅述。
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1.一種快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，包括投影儀、相機、信息編輯模塊、快速定位模塊以及投影操作模塊；
2.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，還包括系統(tǒng)標定模塊；所述系統(tǒng)標定模塊用于對所述投影儀的內(nèi)部參數(shù)進行標定。
3.如權(quán)利要求2所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)標定模塊具體用于：控制所述投影儀對棋盤格光學(xué)標定板投影結(jié)構(gòu)光條紋，并控制相機拍攝每次投影結(jié)構(gòu)光條紋的圖像；對相機圖像中光學(xué)標定板角點進行識別，根據(jù)相機記錄的圖像序列，解碼出光學(xué)標定板角點在投影儀圖像中的像點坐標，通過標定算法計算出投影儀內(nèi)參。
4.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述快速定位模塊具體用于：通過深度學(xué)習(xí)模板匹配算法對移動前后圖像中的幾何特征進行識別匹配，并根據(jù)匹配結(jié)果計算圖像間單應(yīng)性矩陣，進而在移動后圖像中映射出預(yù)設(shè)的靶球范圍框。
5.如權(quán)利要求4所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述快速定位模塊還具體用于：對所述靶球范圍框內(nèi)圖像進行超分辨率處理，再進行圖像處理，依據(jù)標
6.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述快速定位模塊還具體用于：采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)建立相機-投影儀二維圖像坐標系對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系計算出相機圖像中所述靶球標記基準點在投影儀圖像中的對應(yīng)點。
7.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述快速定位模塊還具體用于：根據(jù)所述靶球標記基準點在投影儀圖像中的二維坐標，以及所述靶球標記基準點三維坐標的測量數(shù)據(jù)，通過PNP算法求解出被投影工件相對于投影儀空間坐標系的位姿信息。
8.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述投影操作模塊具體用于：將所述虛擬工藝信息離散成三維點集，根據(jù)被投影工件相對于投影儀空間坐標系的位姿矩陣、投影儀的內(nèi)部參數(shù)以及所述三維點集，通過三維空間投影算法生成所述工序引導(dǎo)圖像。
9.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述投影操作模塊還具體用于實現(xiàn)操作者與所述光學(xué)投影系統(tǒng)的交互。
10.一種快速匹配定位的光學(xué)投影方法，其特征在于，基于如權(quán)利要求1至9任一項所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，包括投影儀、相機、信息編輯模塊、快速定位模塊以及投影操作模塊；
2.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，還包括系統(tǒng)標定模塊；所述系統(tǒng)標定模塊用于對所述投影儀的內(nèi)部參數(shù)進行標定。
3.如權(quán)利要求2所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)標定模塊具體用于：控制所述投影儀對棋盤格光學(xué)標定板投影結(jié)構(gòu)光條紋，并控制相機拍攝每次投影結(jié)構(gòu)光條紋的圖像；對相機圖像中光學(xué)標定板角點進行識別，根據(jù)相機記錄的圖像序列，解碼出光學(xué)標定板角點在投影儀圖像中的像點坐標，通過標定算法計算出投影儀內(nèi)參。
4.如權(quán)利要求1所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述快速定位模塊具體用于：通過深度學(xué)習(xí)模板匹配算法對移動前后圖像中的幾何特征進行識別匹配，并根據(jù)匹配結(jié)果計算圖像間單應(yīng)性矩陣，進而在移動后圖像中映射出預(yù)設(shè)的靶球范圍框。
5.如權(quán)利要求4所述的快速匹配定位的光學(xué)投影系統(tǒng)，其特征在于，所述快速定位模塊還具體用于：對所述靶球范圍框內(nèi)圖像進行超分辨率處理，再進行圖像處理，依據(jù)標記圖案形式計算出所述靶球標記基準點的坐標并還原到原始尺寸下，從而計算出...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：穆欣偉，劉諾石，鄭秀楠，張瑞天，秦玉波，鄒方，
申請(專利權(quán))人：中國航空制造技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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