CN102353326B - 一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法 - Google Patents

一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法，首先将圆形扫描激光投射到待测物体表面上，且圆形扫描激光与待跟踪轨线有两个或两个以上的交点，其中一个交点与待跟踪轨线的起点重合；将待跟踪轨线的起点标记为P0，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为P1；之后，令i＝2；将圆形扫描激光的圆心沿着直线Pi-2Pi-1的方向移动距离si，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为Pi，其中si为线段P0P1长度的1/Ni，Ni∈[2，50]；i逐一递增，实现自动跟踪。本发明采用圆形扫描激光能够保证在测量过程中圆形激光与待测轨线始终存在交点，且圆形激光移动步长可变，能够获得更高的检测效率和可靠性。

Description

一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法
技术领域
本发明涉及自动检测领域，具体涉及一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法。
背景技术
在复合材料的铺放过程中需要对铺放轨迹或带间间隙进行测量与跟踪，在激光、等离子体、电弧/气焊或切割中也需要对焊缝或切割轨线进行测量与跟踪，在机器人导航中同样需要对轨线进行测量与跟踪，因此，轨线自动跟踪技术是一类重要的自动检测技术。目前用于轨线自动测量与跟踪的技术很多，常用的有：机械式、电弧传感式、声学式、电磁式和光学传感式等多种技术，各种技术各有其优缺点，而光学轨线自动检测和跟踪技术具有非接触式特点，它不仅能检测出轨线的中心位置，还能获得轨线的形状和尺寸等特征参数，是目前使用较多、最具发展前途的一种轨线自动检测和跟踪技术。在光学轨线自动检测与跟踪技术中，结构光视觉检测方法能够获取更多的测量信息，因而在轨线位置及尺寸测量中具有独特的优势。主动光视觉传感技术利用结构光法或光学扫描的方法产生一定的激光轨迹并将其作为轨线自动检测手段。常用的检测激光轨迹有：点状激光、单线条激光、双线条激光、五线条激光。点状或线条状激光视觉传感技术在测量曲率半径较小的轨线时可能导致丢失目标轨线的问题，在实际应用中有一定限制。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法。该方法采用圆形扫描激光进行轨线检测，能够获得更高的检测效率和可靠性。
本发明提供了一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法，包括以下步骤：
（1）将圆形扫描激光投射到包含待跟踪轨线的待测物体表面上，且圆形扫描激光与待跟踪轨线有两个或两个以上的交点，其中一个交点与待跟踪轨线的起点重合；将待跟踪轨线的起点标记为P0，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为P1；
（2）令i=2；
（3）将圆形扫描激光的圆心沿着直线Pi-2Pi-1的方向移动距离si，判断圆形扫描激光与待跟踪轨线是否存在交点，若存在，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为Pi，其中，si为线段P0P1长度的1/Ni，Ni∈[2,50]；若不存在，转入步骤（5）；
（4）令i＝i+1，转入步骤（3）；
（5）结束。
本发明所述的轨线自动跟踪方法由于采用圆形扫描激光，因而具有较高的信号处理速度与信噪比，同时不需要激光器具有较高的功率。圆形扫描激光以锥形投射到待测轨线所在物体表面上，能够保证在测量过程中圆形激光与待测轨线始终存在交点，在轨线自动测量中具有明显优势；本发明通过改变点状激光束的圆形扫描半径，使得该方法可以任意改变检测步长，从而适应各种宽度和形状弯曲的轨线检测环境，保证了跟踪过程能够很好的与轨线相适应，可以提高跟踪过程的可靠性。本发明与传统激光三角测量方法相比具有更高的测量效率以及更广的应用范围，可以实现对任意曲率半径的轨线进行自动跟踪。
附图说明
图1是圆形扫描激光产生示意图；
图2是基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪示意图；
图中各标号的含义如下：1为入射激光，2为入射孔，3为旋转圆形空腔，4为反射镜，5为出射孔，6为旋转轴线，7为反射激光，8为待测物体表面。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的方法方案进行详细说明。
将点状激光束经360度旋转扫描后，产生的光束运动轨迹在空间中呈锥形分布、二维平面上呈圆形分布，以下简称为圆形扫描激光。如图1所示，激光器发射入射激光1，经过由入射孔2、反射镜4、出射孔5构成的旋转圆形空腔3，产生圆形扫描激光，其中反射镜4的旋转轴线6与入射激光1重合。若要改变圆形扫描半径只要改变反射镜4的角度即可。
对于复杂的折行弯曲轨线，本发明可以通过选择圆形扫描半径，从而获得需要的轨线检测精度。
本发明所述的基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法，包括以下步骤：
（1）将圆形扫描激光投射到包含待跟踪轨线的待测物体表面8上，如图2所示，移动圆形扫描激光的位置，确保圆形扫描激光与轨线有两个或两个以上的交点，且轨线与圆形扫描激光的第一个交点与轨线的起点重合，并记当前圆形扫描激光的圆心为o1，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，轨线与圆形扫描激光的第一个交点记为P0，轨线与圆形扫描激光的最后一个交点记为P1。
（2）将圆形扫描激光的圆心o1沿着P0P1方向移动距离s2，并记当前圆形扫描激光的圆心为o2，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，将轨线与圆形扫描激光的最后一个交点记为P2；其中，s2为线段P0P1长度的1/N2，N2∈[2,50]，若N2的取值范围为[2,10]时本发明的效果更佳，本实施例中选择N2=2。
（3）将圆形扫描激光的圆心o2沿着P1P2方向移动距离s3，记当前圆形扫描激光的圆心为o3，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，将轨线与圆形扫描激光的最后一个交点记为P3；其中s3为线段P0P1长度的1/N3，N3∈[2,50]，若N3的取值范围为[2,10]时本发明的效果更佳，本实施例中选择N3=3。
（4）将圆形扫描激光的圆心o3沿着P2P3方向移动距离s4，记当前圆形扫描激光的圆心为o4，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，将轨线与圆形扫描激光的最后一个交点记为P4，其中s4为线段P0P1长度的1/N4，N4∈[2,50]，若N4的取值范围为[2,10]时本发明的效果更佳，本实施例中选择N4=3。
（5）按照上述方法逐步移动圆形扫描激光，即可实现对待测轨线的跟踪，若圆形扫描激光与轨线在轨线前进方向无交点时，跟踪过程即结束。

Claims (1)

1.一种基于圆形扫描激光的轨线自动跟踪方法，包括以下步骤：
(1)将圆形扫描激光投射到包含待跟踪轨线的待测物体表面上，且圆形扫描激光与待跟踪轨线有两个或两个以上的交点，其中一个交点与待跟踪轨线的起点重合；将待跟踪轨线的起点标记为P0，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为P1；
(2)令i＝2；
(3)将圆形扫描激光的圆心沿着直线Pi-2Pi-1的方向移动距离si，判断圆形扫描激光与待跟踪轨线是否存在交点，若存在，将圆形扫描激光的360度旋转扫描过程中与待跟踪轨线的交点依次记录，将圆形扫描激光与待跟踪轨线的最后一个交点标记为Pi，其中，si为线段P0P1长度的1/Ni，Ni∈[2，50]；若不存在，转入步骤(5)；
(4)令i＝i+1，转入步骤(3)；
(5)结束。
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