CN104143213B - 一种基于视觉检测的导管自动识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于视觉检测的导管自动识别方法,包括步骤如下:利用多目视觉检测仪器获得导管实物的检测几何数据;对导管样件库中的导管三维理论模型进行几何解析,得到导管的管形几何数据;对导管模型的管形几何数据进行遍历,分别与导管实物的检测几何数据进行匹配,根据容差参数自动获得匹配目标;确定与导管实物对应的管路样件库中的导管模型的标识信息,并将该标识信息粘贴到导管实物上完成导管实物的识别。本发明使得生产现场的操作工人可以根据多目视觉检测结果直接获取导管实物零件的管理信息,并生成条码附着在管路实物零件上,大大减轻了管路实物零件的识别难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于视觉检测的导管自动识别方法,属于机械工程技术领域。
背景技术
管路系统是航天器推进系统、热控系统、环控生保系统的重要组成部分,各系统的贮箱、阀门、推力器等零部件由管路连接成高气密环境实现系统主体功能,所以航天器管路性能的好坏,将直接影响航天器的功能、可靠性和寿命。
航天器管路系统一般由导管和管路连接件组成,导管必须服从航天器内零部件、设备仪器的布局,在零部件及设备仪器之间缝隙中穿行,并满足焊接和定位的空间位置要求,因此形状各异。导管研制过程中需要经历弯制、清洗、焊装等过程,清洗时因为导管有严格的多余物控制要求,必须将标识移除。导管批量清洗后,在管路走向相似、相距较近的情况下,面对数十条甚至上百条的曲线复杂导管安装时,因为没有明确的标识区分,完全依靠操作者记忆并不能保证导管组件的信息正确,存在出现管路连接发生差错的可能性。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供了一种基于视觉检测的导管自动识别方法,解决了现有技术中针对生产现场中管路实物零件识别困难的问题。
本发明技术解决方案是:一种基于视觉检测的导管自动识别方法包括步骤如下:
(1)利用多目视觉检测仪器获得导管实物的检测几何数据,并进入步骤(3);
(2)对导管样件库中的导管三维理论模型进行几何解析,得到导管的管形几何数据,并进入步骤(3);
(3)对步骤(2)中得到的管形几何数据进行遍历,分别与步骤(1)中得到的检测几何数据进行匹配,根据容差参数自动获得匹配目标,并存入列表List4中;
(4)确定列表List4中与导管实物对应的管路样件库中的导管模型的标识信息,并将该标识信息粘贴到导管实物上完成导管实物的识别。
所述步骤(2)中对导管样件库中的导管三维理论模型进行几何解析,得到导管的管形几何数据的具体方法步骤包括:
所述的管形几何数据包括导管的起点坐标、终点坐标、拐点坐标以及弯曲半径;
(2a)获取导管三维理论模型中导管几何模型所有面的列表;所述的几何模型的面包括平面、圆柱面和圆环面;
(2b)判断面列表中平面的数量是否等于2,若等于,则存在两个平面分别为导管的起点S和终点G所在的平面,并获取两个平面P1和P2的平面方程,进入步骤(2c);若平面数量不等于2,则返回错误信息,并进入步骤(2k);
(2c)从面列表中获得与两个平面相交的圆柱面C1和C2,得到两个圆柱面中心线L1和L2的直线方程;
(2d)利用L1和L2的直线方程以及P1和P2的平面方程求得起点S与终点G的坐标,并将起点S与终点G放入列表List0中;其中起点S与终点G为两个圆柱面的中心线L1和L2与两平面P1和P2的交点;
(2e)以平面P1或P2为起点,根据面列表中所有面的几何相交关系获得面列表中所有圆环面与圆柱面的连接顺序,并将连接顺序存入列表List1;
(2f)从List1中顺序选取所有圆柱面,构成列表List2,并根据List2所有圆柱面的排列顺序依次求得两两圆柱面中心线的交点,将交点坐标插入列表List0中,最终得到List0={S,p1,p2...pn,G},其中n为所有圆柱面的两两中心线的交点的个数,所有交点p1,p2...pn即为拐点;
(2g)从List1中顺序选取所有圆环面,构成列表List3,并求得各圆环面的弯曲半径;弯曲半径的求解方法具体如下:
(2ga)确定与圆环面相连的两个圆柱面的中心线所在的平面;
(2gb)求得步骤(2ga)中所确定的平面与圆环面的两个交线;
(2gc)测量步骤(2gb)两条交线的半径,两条交线半径的平均值即为弯曲半径;
(2h)解析结束。
所述步骤(3)中的容差参数包括角度容差、直段长度容差、终点偏离容差、弯曲半径容差;所述角度容差中的角度指两个相交圆柱面中心线的夹角;所述直段长度指圆柱面中心线的长度;
所述根据容差参数允许的范围自动获得匹配目标的方法包括步骤如下:
(3a)判断导管实物的两个圆柱面中心线的夹角与导管样件库中导管模型的中心线夹角的角度差是否小于角度容差,若小于容差值,则进入步骤(3b),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f),;
(3b)判断满足步骤(3a)条件的导管实物的圆柱面中心线长度与导管样件库中的导管模型的圆柱面中心线长度之差是否小于直段长度容差,若小于容差值,则进入步骤(3c),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3c)判断满足步骤(3b)条件的导管实物与导管样件库中模型起点相同时,终点的偏移值是否小于终点偏离容差,若小于容差值,则进入步骤(3d),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3d)判断满足步骤(3c)条件的导管实物的弯曲半径与导管样件库中模型的弯曲半径之差是否小于弯曲半径容差,若小于容差值,则进入步骤(3e),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3e)将满足条件(3d)的导管样件库中的导管模型的标识信息放入列表List4中;
(3f)遍历结束。
所述步骤(3)对所有导管实物重复(3a)-(3e)的匹配过程,并将所有满足条件的结果放入列表List4中;
所述步骤(4)中若列表List4中存在多个满足条件的导管,则选择各项几何数据容差最小的导管,作为匹配搜索的最终结果。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
(1)本发明首先通过多目视觉检测仪器对导管实物零件进行三维模型重构,并将导管样件库中的理论模型进行几何解析,在此基础之上通过几何数据匹配获得导管实物零件的管理信息,通过本发明,使得生产现场的操作工人可以根据多目视觉检测结果直接获取导管实物零件的管理信息,并生成条码附着在管路实物零件上,大大减轻了管路实物零件的管理难度,提高了工作效率,节省了工作成本,这是目前管路识别系统中没有的方法。
(2)本发明通过起点、终点和拐点的形式表达导管形状,通过数学表达式完成导管描述,可以实现导管检测数据和导管三维模型理论数据之间的精确比对,并且可以动态设定比对容差,根据设定容差和比对结果确定匹配结果。
附图说明
图1为本发明方法流程图;
图2为本发明圆柱面中心线相交示意图;
图3为本发明弯曲半径确定示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1表示本发明一种基于视觉检测的导管自动识别方法包括步骤如下:
(1)利用多目视觉检测仪器(例如德国AICON公司的Tubeinspect)获得导管实物的检测几何数据,并进入步骤(3);
利用多目视觉检测仪器获得导管实物零件的检测模型方法为:
(1a)将导管实物进行正确摆放,保证导管的每个部位均能够被多目视觉测量仪器中的两个或两个以上摄像头拍摄到;
(1b)根据步骤(1a)中多目视觉测量仪器拍摄的图像以及摄像头的摆放位置,对摄像头拍摄的图像进行坐标转换,然后根据导管图像,并结合投影原理对导管实物进行几何重构,获取导管外径、弯曲半径等管形数据;
(1c)根据导管外径、弯曲半径等管形数据获取基准坐标系(基准坐标系是为了说明导管起点、终点以及拐点的位置,而选取的参照系。需要特别指出的是,获得检测几何数据时选择的导管基准坐标系,应与导管三维理论模型几何解析时所选取的坐标系一致),并得到在基准坐标系下导管的起点、终点以及各个拐点的几何坐标,拐点为导管两两相邻直线段中心线延长相交形成的交点;
(1d)将导管的起点、终点以及各个拐点的几何坐标保存在XML文件中,同时根据测量结果,通过圆弧扫掠的方法重构导管实物零件的几何模型,将几何模型以中性文件(sat)格式保存,(sat)格式文件用于在CAD系统中显示导管几何模型。
(2)对导管样件库中的导管三维理论模型进行几何解析(导管样件库指用于存储设计的导管三维理论模型的数据库,在航天用的导管设计完成后,将导管的三维理论模型进行存储,步骤(1)中的导管实物是根据这些模型制作完成的),得到导管的管形几何数据,并进入步骤(3);
对导管样件库中的导管三维理论模型进行几何解析,得到导管的管形几何数据的具体方法步骤包括:
管形几何数据包括导管的起点坐标、终点坐标、拐点坐标以及弯曲半径;
(2a)对导管三维理论模型进行几何要素解析,获得导管几何模型所有面的列表;(首先获取导管三维理论模型中的所有几何要素,包含构成导管几何特征的所有点、线、面,然后在所有几何要素中选择三维模型中面的几何要素,将获取的面组成面列表。面的类型主要包括平面、圆柱面、圆锥面、圆环面、曲面。具体到导管,构成导管几何特征的面类型包括平面、圆柱面和圆环面)。
(2b)判断面列表中平面的数量是否等于2,若等于,则存在两个平面分别为导管的起点S和终点G所在的平面,并获取两个平面P1和P2的平面方程(平面方程均可用三元一次方程表达,例如平面P1:Ax+By+Cz+D=0),进入步骤(2c);若平面数量不等于2,则返回错误信息,并进入步骤(2k);
(2c)从面列表中获得与两个平面相交的圆柱面C1和C2,得到两个圆柱面中心线L1和L2的直线方程;
(2d)利用L1和L2的直线方程以及P1和P2的平面方程求得起点S与终点G的坐标,并将起点S与终点G放入列表List0中;其中起点S与终点G为两个圆柱面的中心线L1和L2与两平面P1和P2的交点(已知中心线方程和平面方程,能够求出交点的坐标解,如直线方程的一般表达:和平面方程(Ax+By+Cz+D=0),求出交点的坐标解);
(2e)以平面P1或P2为起点,根据面列表中所有面的几何相交关系获得面列表中所有圆环面与圆柱面的连接顺序(圆柱面一定是连接圆环面的,两者顺序交次连接),并将连接顺序存入列表List1;列表List1如表1所示:
表1列表List1表示形式
顺序号 | 面名称 | 面类型 |
1 | 平面P1 | 平面 |
2 | 圆柱面1(与平面P1相交) | 圆柱面 |
3 | 圆环面1(与圆柱面1相交) | 圆环面 |
4 | 圆柱面2(与圆环面1相交) | 圆柱面 |
5 | 圆环面2(与圆柱面2相交) | 圆环面 |
6 | 圆柱面3(与圆环面2相交) | 圆柱面 |
… | … | … |
n | 圆环面m(与圆柱面m相交) | 圆环面 |
… | … | … |
k | 平面P2 | 平面 |
(2f)从List1中顺序选取所有圆柱面,构成列表List2,并根据List2所有圆柱面的排列顺序依次求得两两圆柱面中心线的交点,将交点坐标插入列表List0中,最终得到List0={S,p1,p2...pn,G},其中n为所有圆柱面的两两中心线的交点的个数,所有交点p1,p2...pn即为拐点;例如:如图2所示(2f1)选择List2中的第1个和第2个圆柱面,计算两个圆柱面中心线的交点p1,并将p0插入列表List0中,位于起点S后;(2f2)选择List2中的第2和第3个圆柱面,计算两个圆柱面中心线的交点p1,并将p2插入列表List0中,位于p0后;(2f3)依次计算List2中所有相邻圆柱面中心线的交点,并分别将其插入List0中;
(2g)从List1中顺序选取所有圆环面,构成列表List3,并求得各圆环面的弯曲半径;弯曲半径的求解方法具体如下:
(2ga)确定与圆环面相连的两个圆柱面的中心线所在的平面;
(2gb)求得步骤(2ga)中所确定的平面与圆环面的两个交线;
(2gc)测量步骤(2gb)两条交线的半径,两条交线半径的平均值即为弯曲半径;如图3所示为例:首先由圆柱面中心线1和圆柱面中心线2确定中心线1与中心线2所成平面;求圆环面与上述平面的两条交线,两条交线为圆弧线;两条圆弧线的半径分别为R0和R1,则弯曲半径R=(R0+R1)/2。
(2h)解析结束。
(3)对步骤(2)中得到的管形几何数据进行遍历,分别与步骤(1)中得到的检测几何数据进行匹配,根据容差参数自动获得匹配目标,并存入列表List4中;
容差参数包括角度容差、直段长度容差、终点偏离容差、弯曲半径容差;所述角度容差中的角度指两个相交圆柱面中心线的夹角;所述直段长度指圆柱面中心线的长度;
根据容差参数允许的范围自动获得匹配目标的方法包括步骤如下:
(3a)判断导管实物的两个圆柱面中心线的夹角与导管样件库中导管模型的中心线夹角的角度差是否小于角度容差,若小于容差值,则进入步骤(3b),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f),;
(3b)判断满足步骤(3a)条件的导管实物的圆柱面中心线长度与导管样件库中的导管模型的圆柱面中心线长度之差是否小于直段长度容差,若小于容差值,则进入步骤(3c),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3c)判断满足步骤(3b)条件的导管实物与导管样件库中模型起点相同时,终点的偏移值是否小于终点偏离容差,若小于容差值,则进入步骤(3d),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3d)判断满足步骤(3c)条件的导管实物的弯曲半径与导管样件库中模型的弯曲半径之差是否小于弯曲半径容差,若小于容差值,则进入步骤(3e),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3e)将满足条件(3d)的导管样件库中的导管模型的标识信息放入列表List4中;
(3f)遍历结束。
对所有导管实物重复(3a)-(3e)的匹配过程,并将所有满足条件的结果放入列表List4中;
(4)确定列表List4中与导管实物对应的管路样件库中的导管模型的标识信息,并将该标识信息粘贴到导管实物上完成导管实物的识别。若列表List4中存在多个满足条件的导管,则选择各项几何数据容差最小的导管,作为匹配搜索的最终结果。
本发明经过工程实践,效果良好,能够准确地完成导管的识别和标识,如表2所示:
本发明未公开的部分均属于本领域的公知技术。
Claims (3)
1.一种基于视觉检测的导管自动识别方法,其特征在于包括步骤如下:
(1)利用多目视觉检测仪器获得导管实物的检测几何数据,并进入步骤(3);
(2)对导管样件库中的导管三维理论模型进行几何解析,得到导管的管形几何数据,并进入步骤(3),得到导管的管形几何数据的具体方法步骤包括:
所述的管形几何数据包括导管的起点坐标、终点坐标、拐点坐标以及弯曲半径;
(2a)获取导管三维理论模型中导管几何模型所有面的列表;所述的几何模型的面包括平面、圆柱面和圆环面;
(2b)判断面列表中平面的数量是否等于2,若等于,则存在两个平面分别为导管的起点S和终点G所在的平面,并获取两个平面P1和P2的平面方程,进入步骤(2c);若平面数量不等于2,则返回错误信息,并进入步骤(2a);
(2c)从面列表中获得与两个平面相交的圆柱面C1和C2,得到两个圆柱面中心线L1和L2的直线方程;
(2d)利用L1和L2的直线方程以及P1和P2的平面方程求得起点S与终点G的坐标,并将起点S与终点G放入列表List0中;其中起点S与终点G为两个圆柱面的中心线L1和L2与两平面P1和P2的交点;
(2e)以平面P1或P2为起点,根据面列表中所有面的几何相交关系获得面列表中所有圆环面与圆柱面的连接顺序,并将连接顺序存入列表List1;
(2f)从List1中顺序选取所有圆柱面,构成列表List2,并根据List2所有圆柱面的排列顺序依次求得两两圆柱面中心线的交点,将交点坐标插入列表List0中,最终得到List0={S,p1,p2…pn,G},其中n为所有圆柱面的两两中心线的交点的个数,所有交点p1,p2…pn即为拐点;
(2g)从List1中顺序选取所有圆环面,构成列表List3,并求得各圆环面的弯曲半径;弯曲半径的求解方法具体如下:
(2ga)确定与圆环面相连的两个圆柱面的中心线所在的平面;
(2gb)求得步骤(2ga)中所确定的平面与圆环面的两个交线;
(2gc)测量步骤(2gb)两条交线的半径,两条交线半径的平均值即为弯曲半径;
(2h)解析结束;
(3)对步骤(2)中得到的管形几何数据进行遍历,分别与步骤(1)中得到的检测几何数据进行匹配,根据容差参数自动获得匹配目标,并存入列表List4中;
(4)确定列表List4中与导管实物对应的管路样件库中的导管模型的标识信息,并将该标识信息粘贴到导管实物上完成导管实物的识别。
2.如权利要求1所述的一种基于视觉检测的导管自动识别方法,其特征在于:所述步骤(3)中的容差参数包括角度容差、直段长度容差、终点偏离容差、弯曲半径容差;所述角度容差中的角度指两个相交圆柱面中心线的夹角;所述直段长度指圆柱面中心线的长度;
所述根据容差参数允许的范围自动获得匹配目标的方法包括步骤如下:
(3a)判断导管实物的两个圆柱面中心线的夹角与导管样件库中导管模型的中心线夹角的角度差是否小于角度容差,若小于容差值,则进入步骤(3b),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f),;
(3b)判断满足步骤(3a)条件的导管实物的圆柱面中心线长度与导管样件库中的导管模型的圆柱面中心线长度之差是否小于直段长度容差,若小于容差值,则进入步骤(3c),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3c)判断满足步骤(3b)条件的导管实物与导管样件库中模型起点相同时,终点的偏移值是否小于终点偏离容差,若小于容差值,则进入步骤(3d),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3d)判断满足步骤(3c)条件的导管实物的弯曲半径与导管样件库中模型的弯曲半径之差是否小于弯曲半径容差,若小于容差值,则进入步骤(3e),否则判断导管样件库中没有与导管实物匹配的结果,并进入步骤(3f);
(3e)将满足条件(3d)的导管样件库中的导管模型的标识信息放入列表List4中;
(3f)遍历结束;
所述步骤(3)对所有导管实物重复(3a)-(3e)的匹配过程,并将所有满足条件的结果放入列表List4中。
3.如权利要求1所述的一种基于视觉检测的导管自动识别方法,其特征在于:所述步骤(4)中若列表List4中存在多个满足条件的导管,则选择各项几何数据容差最小的导管,作为匹配搜索的最终结果。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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