双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法

本技术涉及智能制造，尤其涉及一种双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法。

背景技术：

1、双目激光测量系统利用对位放置于成形工件两侧的激光轮廓仪，获取工件的内外轮廓点云坐标，从而通过点云处理方法获取工件的形状与尺寸参数。双目激光测量系统可以实时监测工件成形时的形状与尺寸演化，有助于监测和调控工件的成形精度和质量，从而降低生产成本并提高生产效率。双目激光测量系统正逐渐应用于复杂工件成形的在线测量。

2、在双目激光测量系统中，两台激光轮廓仪获取的点云坐标是基于各自测量坐标系的。为了统一分析点云数据，获取工件的形状和尺寸参数，常将其中一台激光轮廓仪获取的点云坐标转换到另一台的测量坐标系下。因此，在测量前常用量块的标准厚度标定两台激光轮廓仪测量坐标系的相对位置关系，进而获得两轮廓仪点云坐标间的转换关系。然而，成形中机床的振动会引起激光轮廓仪的空间位置发生变化，点云数据间的相对位置关系也因此发生变化，因而测量前预先标定得到的点云坐标间的转换关系与实际情况存在偏差，进而产生工件形状尺寸的测量误差。

3、另外，激光轮廓仪通过识别经物体表面反射的激光光斑在传感器中的位置，从而获取物体表面的点云坐标。所以获取的点云坐标与外界光照条件有关，即激光轮廓仪具有光照条件敏感性。若标定时与测量时的外界光照条件不同，则获取的物体表面点云坐标不同，从而导致测量前预先标定的两台激光轮廓仪点云坐标转换关系不适用于测量时获取的点云数据，进而产生工件形状尺寸的测量误差。

4、综上所述，机床振动引起的激光轮廓仪空间位置变化和激光轮廓仪的光照条件敏感性会使得预先标定的两轮廓仪点云坐标转换关系与成形中的实际情况有所偏差，从而产生工件形状尺寸的测量误差。

技术实现思路

1、本技术实施例通过提供一种双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法，能够解决现有技术中机床振动引起的激光轮廓仪空间位置变化和激光轮廓仪的光照条件敏感性会使得预先标定的两轮廓仪点云坐标转换关系与成形中的实际情况有所偏差，从而产生工件形状尺寸的测量误差的问题。

2、为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：

3、一种双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法，包括：

4、将工件安装于双目激光测量系统，同时在所述双目激光测量系统上设置量块固定机构并安装量块，以使所述双目激光测量系统的第一激光轮廓仪、第二激光轮廓仪射出的激光分别能够投射至所述量块的两个测量面上并保持投射位置不变；

5、进行循环步骤，直至加工过程结束，获取加工过程中所述工件所有的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集；

6、所述循环步骤包括：在所述工件成形过程中同步分别获取第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪测得的多个点云数据，并将表征所述量块和所述工件的点云数据分离以得到第一激光轮廓仪测得的所述量块的内轮廓点云数据集、所述工件的内轮廓点云数据集，第二激光轮廓仪测得的所述量块的外轮廓点云数据集、所述工件的外轮廓点云数据集；

7、根据所述量块的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集得到所述量块的点云刚性匹配关系；

8、根据所述点云刚性匹配关系得到所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪的测量坐标系位置关系；

9、根据所述测量坐标系位置关系将所述第二激光轮廓仪测得的所述工件的外轮廓点云数据集转换为所述第一激光轮廓仪所在坐标系下的所述工件的外轮廓点云数据集，从所述工件的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集中提取所述工件的形状尺寸。

10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述在所述工件成形过程中同步分别获取第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪测得的多个点云数据，并将表征所述量块和所述工件的点云数据分离以得到第一激光轮廓仪测得的所述量块的内轮廓点云数据集、所述工件的内轮廓点云数据集，第二激光轮廓仪测得的所述量块的外轮廓点云数据集、所述工件的外轮廓点云数据集，包括：

11、在所述工件成形过程中同步分别获取所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪测得的多个点云数据并将多个所述点云数据按x轴坐标值升序的方式分别保存，其中，所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪分别测得的多个所述点云数据均包含工件点云数据、量块点云数据和未识别区域点云数据；

12、求得所述第一激光轮廓仪测得的每个所述点云数据的第一梯度值，以及所述第二激光轮廓仪测得的每个所述点云数据的第二梯度值；

13、第一梯度值最小的点云数据识别为所述量块的边缘点，记作第一边缘点，第一梯度值最大的点云数据识别为所述工件的边缘点，记作第二边缘点，第二梯度值最小的点云数据识别为所述工件的边缘点，记作第三边缘点，第二梯度值最大的点云数据识别为所述量块的边缘点，记作第四边缘点；

14、在所述第一激光轮廓仪测得的所述点云数据中，所述第一边缘点以及小于所述第一边缘点的x轴坐标值的点云数据为所述量块的内轮廓点云数据集，所述第二边缘点以及大于所述第二边缘点的x轴坐标值的点云数据为所述工件的内轮廓点云数据集；在所述第二激光轮廓仪测得的所述点云数据中，所述第三边缘点以及小于所述第三边缘点的x轴坐标值的点云数据为所述工件的外轮廓点云数据集，所述第四边缘点以及大于所述第四边缘点的x轴坐标值的点云数据为所述量块的外轮廓点云数据集。

15、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，求得所述第一激光轮廓仪测得的每个所述点云数据的第一梯度值，以及所述第二激光轮廓仪测得的每个所述点云数据的第二梯度值中，所述第一梯度值和所述第二梯度值计算方式相同，为：

16、连续三个相邻点中，将x轴坐标值最小的点作为第一点，x轴坐标值最大的点作为第二点，计算第二点与第一点的斜率作为中间点的梯度值。

17、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述根据所述点云刚性匹配关系得到所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪的测量坐标系位置关系，包括：

18、根据所述点云刚性匹配关系，基于最近点迭代算法得到所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪的测量坐标系位置关系。

19、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，根据所述点云刚性匹配关系基于下式得到所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪的测量坐标系位置关系：

20、

21、

22、其中，a为所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪的测量坐标系的y轴之间的距离，b为所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪的测量坐标系的x轴之间的距离，u0(xi(0)，yi(0))为第一激光轮廓仪测得的所述量块的内轮廓点云数据集，i为u0(xi(0)，yi(0))中的任意一个点云数据的序号，为第二激光轮廓仪测得的所述量块的外轮廓的点云数据集，m为所述量块的点云数据集的数量，h为所述量块的两个测量面之间的距离。

23、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述点云刚性匹配关系式如下：

24、

25、其中，u0(xi(0)，yi(0))为第一激光轮廓仪测得的所述量块的内轮廓点云数据集，为第二激光轮廓仪测得的所述量块的外轮廓的点云数据集，i为u0(xi(0)，yi(0))中的任意一个点云数据的序号，m为所述量块的点云数据集的数量。

26、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，根据所述测量坐标系位置关系将所述第二激光轮廓仪测得的所述工件的外轮廓点云数据集转换为所述第一激光轮廓仪所在坐标系下的所述工件的外轮廓点云数据集，转换关系如下：

27、

28、

29、其中，u3(xi(3)，yi(3))为所述第二激光轮廓仪测得的所述工件的外轮廓点云数据集，u3(xi(3＇)，yi(3＇))为转换后所述工件在所述第一激光轮廓仪所在坐标系下的外轮廓点云数据集。

30、第二方面，本发明另一实施例提供了一种双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升装置，包括：

31、安装模块，用于将工件安装于双目激光测量系统，同时在所述双目激光测量系统上设置量块固定机构并安装量块，以使所述双目激光测量系统的第一激光轮廓仪、第二激光轮廓仪射出的激光分别能够投射至所述量块的两个测量面上并保持投射位置不变；

32、循环模块，用于进行循环步骤，直至加工过程结束，获取加工过程中所述工件所有的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集；

33、其中，循环模块包括：获取及分离子模块，用于在所述工件成形过程中同步分别获取第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪测得的多个点云数据，并将表征所述量块和所述工件的点云数据分离以得到第一激光轮廓仪测得的所述量块的内轮廓点云数据集、所述工件的内轮廓点云数据集，第二激光轮廓仪测得的所述量块的外轮廓点云数据集、所述工件的外轮廓点云数据集；

34、第一计算子模块，用于根据所述量块的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集得到所述量块的点云刚性匹配关系；

35、第二计算子模块，用于根据所述点云刚性匹配关系得到所述第一激光轮廓仪和所述第二激光轮廓仪的测量坐标系位置关系；

36、转换及提取子模块，用于根据所述测量坐标系位置关系将所述第二激光轮廓仪测得的所述工件的外轮廓点云数据集转换为所述第一激光轮廓仪所在坐标系下的所述工件的外轮廓点云数据集，从所述工件的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集中提取所述工件的形状尺寸。

37、第三方面，本发明又一实施例提供了服务器，包括：存储器和处理器；

38、所述存储器用于存储程序指令；

39、所述处理器用于执行服务器中的程序指令，使得所述服务器执行上述的双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法。

40、第四方面，本发明再一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有可执行指令，计算机执行所述可执行指令时能够实现上述的双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法。

41、本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

42、本发明实施例提供了一种双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法，该方法包括：将工件安装于双目激光测量系统，同时在双目激光测量系统上设置量块固定机构并安装量块，以使双目激光测量系统的第一激光轮廓仪、第二激光轮廓仪射出的激光分别能够投射至量块的两个测量面上并保持投射位置不变。进行循环步骤，直至加工过程结束，获取加工过程中工件所有的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集。循环步骤包括：在工件成形过程中同步分别获取第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪测得的多个点云数据，并将表征量块和工件的点云数据分离以得到第一激光轮廓仪测得的量块的内轮廓点云数据集、工件的内轮廓点云数据集，第二激光轮廓仪测得的量块的外轮廓点云数据集、工件的外轮廓点云数据集。根据量块的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集得到量块的点云刚性匹配关系。根据点云刚性匹配关系得到第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪的测量坐标系位置关系。根据测量坐标系位置关系将第二激光轮廓仪测得的工件的外轮廓点云数据集转换为第一激光轮廓仪所在坐标系下的工件的外轮廓点云数据集，从工件的内轮廓点云数据集和外轮廓点云数据集中提取工件的形状尺寸。

43、本发明实施例提供的双目激光系统在线测量工件成形尺寸的精度提升方法，将量块一直安装于双目激光测量系统上，利用量块的标准厚度标定第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪的位置关系，同步进行测量过程与标定过程，并在整个成形过程中进行循环步骤，从而在成形中实时校准点云坐标转换关系，进而提高双目激光测量系统的精度，这对于实现成形过程中高精度测量具有重要的意义，可以在工业生产中广泛应用。实现了工件成形过程中第一激光轮廓仪和第二激光轮廓仪的点云数据间转换关系的实时校准，可以消除机床振动引起的两台激光轮廓仪空间位置变化导致预先标定的两台激光轮廓仪点云坐标转换关系的偏差，从而提高双目激光测量系统的精度。同时本技术保证了标定过程和测量过程有相同的外界光照条件，可以消除激光轮廓仪的光照条件敏感性导致预先标定的两台激光轮廓仪点云坐标转换关系的偏差，从而提高双目激光测量系统的精度。目前，标定和测量是两个独立的过程，标定需要在测量之前进行，且每次标定都需要拆装量块，步骤繁琐，操作不便。本发明同步进行测量过程与标定过程，量块一次安装后即可进行后续所有的标定，省去了反复拆卸和安装量块的步骤、操作简便。