摘要
作为一类特殊曲面型金属类零件，弯管广泛应用于我国航空航天、能源传输、汽车制造、医疗器械等行业，弯管复杂的空间形态和滞后的测量手段导致其难以满足精密装配的需求，准确、高效与完备的弯管测量技术成为国内外弯管制造行业亟需解决的热点问题。 针对国内外弯管测量存在的测量精度差效率低的问题，本文对基于双目视觉的弯管测量技术进行了系统研究。根据弯管空间形态复杂多样的特点，本文把弯管测量简化为弯管中心线的空间参数测量，把中心线直线段的长度、弯曲段的弯曲角度和弯曲半径作为测量目标，基于双目立体视觉原理重建弯管中心线的点云数据，处理和拟合弯管中心线点云，计算弯管中心线的空间参数达到测量弯管的目的。基于双目视觉的弯管测量技术研究主要完成了以下几个方面的工作。 (1)弯管测量系统硬件搭建与系统标定 对弯管测量系统的相机、光源和标定板选型，测量系统采用双目相机和背光源实现弯管图像采集，建立双目立体视觉成像模型，采用OpenCV标定方法完成双目相机系统标定，获取相机的投影矩阵、畸变系数以及外参数。利用重投影的方法计算标定误差，双目相机标定平均误差为0.15pixel。 (2)弯管测量系统软件设计 完成了重建弯管中心线点云的系统软件设计，采用中值滤波和双边滤波对弯管图像降噪，采用Canny边缘检测算子和漫水填充方法提取弯管图像兴趣区域，通过边缘腐蚀算法提取弯管中心线，采用OpenCV立体匹配算法获取弯管中心线的视差图，根据双目立体视觉视差原理计算各个匹配点的三维坐标，获得弯管中心线的点云数据。 (3)弯管中心线点云数据处理 对弯管中心线点云进行滤波去噪和排序处理，在空间直线和空间圆的模型基础上实现弯管中心线参数拟合。提出一种基于最小重构误差的弯管拐点检测算法，精确定位弯管中心线直线段和圆弧段分界点，实现了弯管中心线点云整体拟合，计算出弯管中心线的直线段长度、弯曲段的弯曲半径和弯曲角度，通过Pro/E对弯管进行了三维参数化重建。 本文以单折弯和双折弯两种不同形态的弯管为实验对象，基于弯管测量系统重建出弯管中心线点云，并通过弯管中心线点云拟合的方法整体拟合点云数据，计算出弯管中心线直线段长度、弯曲段的弯曲角度和弯曲半径。直线段长度和弯曲段弯曲半径测量结果标准差均在0.1mm左右，弯曲角度测量结果标准差在0.15°以内，完成了弯管参数测量及误差计算。
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