CN112611344A - 一种自主移动式平面度检测方法、设备及存储介质 - Google Patents

一种自主移动式平面度检测方法、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种自主移动式平面度检测方法、设备及存储介质，该方法包括：根据相机的视场角、相机与待测平面之间的距离，以及水平检测姿态和垂直检测姿态的重叠度，确定水平移动步长和垂直移动步长；按照水平移动步长控制AGV移动导航车在水平方向移动，按照垂直移动步长控制升降滑轨在垂直方向移动，以得到覆盖待测平面上多个标志点的多个测站；在移动到每个测站时，控制旋转平台旋转以使相机处于水平检测姿态或垂直检测姿态，通过相机以水平检测姿态采集第一图像，以垂直检测姿态采集第二图像；基于在每个测站采集的第一图像和第二图像，确定待测平面的平面度。通过本申请，实现了大尺寸检测、非连续面检测、移动在位检测和高精度自主快速检测。

Description

一种自主移动式平面度检测方法、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及计算机领域，尤其涉及一种自主移动式平面度检测方法、设备及存储介质。
背景技术
在大尺寸、非连续面、精密工业检测领域中，目前主要存在检测范围大、自动化程度低、速度较慢、无法实现在位检测和非连续面检测、无法实现自主快速检测、无法实现大尺寸快速自主检测等亟需解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种自主移动式平面度检测方法、设备及存储介质。
第一方面，本申请提供了一种自主移动式平面度检测设备，包括：相机；AGV(Automated Guided Vehicle，简称AGV)移动导航车，设置为在水平方向移动；升降滑轨，设置在AGV移动导航车上，设置为在垂直方向上移动；旋转云台，与升降滑轨相连并随升降滑轨在垂直方向上移动，设置为旋转以使相机处于水平检测姿态或垂直检测姿态；以及控制系统，被配置为：根据相机的视场角ξ×ζ、相机与待测平面之间的距离d，以及水平检测姿态和垂直检测姿态的重叠度θ，确定水平移动步长和垂直移动步长；按照水平移动步长控制AGV移动导航车在水平方向移动，按照垂直移动步长控制升降滑轨在垂直方向移动，以得到覆盖待测平面上多个预设标志点的多个测站；在移动到每个测站时，通过相机以水平检测姿态采集第一图像，并以垂直检测姿态采集第二图像；以及基于在每个测站采集的第一图像和第二图像，确定待测平面的平面度。
其中，水平移动步长为
Figure BDA0002806972570000021
垂直移动步长为
Figure BDA0002806972570000022
在某些实施例中，在水平检测姿态和垂直检测姿态，相机的光线主轴与待测平面的法线之间的夹角为45°。
在某些实施例，基于在每个测站采集的第一图像和第二图像，确定待测平面的平面度，包括：在每个测站采集的第一图像和第二图像上识别预设标志点；使用光束平差方法确定识别得到的预设标志点的三维坐标；根据识别得到的预设标志点的三维坐标，使用最小二乘法确定待测平面的平面度。
在某些实施例中，在每个测站采集的第一图像和第二图像上识别预设标志点，包括：使用Canny边缘检测算子，在每个测站采集的第一图像和第二图像上，提取出符合预定条件的边缘；根据提取出的边缘和包含在边缘内的像素，识别得到预设标志点。
在某些实施例中，预设标志点为定向反光材料制成。
第二方面，本申请提供了一种自主移动式平面度检测方法，包括：根据相机的视场角ξ×ζ、相机与待测平面之间的距离d，以及水平检测姿态和垂直检测姿态的重叠度θ，确定水平移动步长和垂直移动步长；按照水平移动步长控制AGV移动导航车在水平方向移动，按照垂直移动步长控制升降滑轨在垂直方向移动，以得到覆盖待测平面上多个预设标志点的多个测站；在移动到每个测站时，控制旋转平台旋转以使相机处于水平检测姿态或垂直检测姿态，通过相机以水平检测姿态采集第一图像，并以垂直检测姿态采集第二图像；以及基于在每个测站采集的第一图像和第二图像，确定待测平面的平面度。
其中，水平移动步长为
Figure BDA0002806972570000023
垂直移动步长为
Figure BDA0002806972570000031
在某些实施例中，在水平检测姿态和垂直检测姿态，相机的光线主轴与待测平面的法线之间的夹角为45°。
在某些实施例中，基于在每个测站采集的第一图像和第二图像，确定待测平面的平面度，包括：在每个测站采集的第一图像和第二图像上识别预设标志点；使用光束平差方法确定识别得到的预设标志点的三维坐标；根据识别得到的预设标志点的三维坐标，使用最小二乘法确定待测平面的平面度。
在某些实施例中，在每个测站采集的第一图像和第二图像上识别预设标志点，包括：使用Canny边缘检测算子，在每个测站采集的第一图像和第二图像上，提取出符合预定条件的边缘；根据提取出的边缘和包含在边缘内的像素，识别得到预设标志点。
第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有自主移动式平面度检测程序，自主移动式平面度检测程序被处理器执行时实现上述自主移动式平面度检测方法的步骤。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该技术方案，利用AGV移动导航车、升降滑轨、旋转云台、相机，自主路径规划模型，实现大尺寸、非连续面、高精度、自主快速点位测量、变形监测和形面检测。能够实现全方位移动在位检测、速度快效率高、环境适应性强，具有很强的稳健性和可靠性，可以满足大尺寸检测、非连续面检测、移动在位检测和高精度自主快速检测的需求。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的自主移动式平面度检测设备100一种实施方式的硬件结构示意图；
图2为本申请实施例提供的自主移动式平面度检测装置200一种实施方式的结构框图；
图3A为本申请实施例提供的水平检测姿态一种实施方式的示意图；
图3B为本申请实施例提供的垂直检测姿态一种实施方式的示意图；
图4A为本申请实施例提供的单点形式的预设标志点在待测平面上分布的示意图；
图4B为本申请实施例提供的编码点形式的预设标志点在待测平面上分布的示意图；
图5为本申请实施例提供的自主移动式平面度检测方法一种实施方式的流程图；
图6为本申请实施例提供的移动路径的一种实施方式的示意图；
图7A为本申请实施例提供的采集原理的示意图一；
图7B为本申请实施例提供的采集原理的示意图二。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
本申请实施例提供了一种自主移动式平面度检测设备，如图1所示，自主移动式平面度检测设备100包括：相机101；AGV移动导航车102，设置为在水平方向移动；升降滑轨103，设置在AGV移动导航车102上，设置为在垂直方向上移动；旋转云台104，与升降滑轨103相连并随升降滑轨103在垂直方向上移动，设置为旋转以使相机101处于水平检测姿态或垂直检测姿态；以及控制系统，如图1所示，控制系统包括处理器106和存储器105。
在本申请实施例中，控制系统用于控制AGV移动导航车102在水平方向上移动，从而使得相机101移动到水平方向上一个或多个位置。控制系统用于控制升降滑轨103在垂直方向上移动，从而使得相机101移动到垂直方向上一个或多个位置。控制系统用于控制旋转云台104旋转以使相机101处于多种姿态，在本申请实施例中相机的姿态至少包括：水平检测姿态和垂直检测姿态。
在本申请实施例中，AGV移动导航车102可为相关技术中的AGV移动导航车，只要能够实现自主导航的装置都是可行的，本申请实施例对此不做赘述。升降滑轨103可为包括驱动装置的升降滑轨，其结构可参见相关技术，本申请实施例对此不做赘述。旋转云台104可为具有驱动装置的云台，以实现旋转，其结构可参见相关技术，本申请实施例对此不做赘述。
在本申请实施例中，存储器105上存储有自主移动式平面度检测装置的程度代码，自主移动式平面度检测装置被处理器106执行时实现自主移动式平面度检测方法的步骤。如图2所示，自主移动式平面度检测装置200包括：规划模块210，用于根据相机的视场角ξ×ζ、相机与待测平面之间的距离d，以及水平检测姿态和垂直检测姿态的重叠度θ，确定水平移动步长和垂直移动步长；移动模块220，与规划模块210相连，用于按照水平移动步长控制AGV移动导航车102在水平方向移动，按照垂直移动步长控制升降滑轨103在垂直方向移动，以得到覆盖待测平面上多个预设标志点的多个测站；采集模块230，用于在移动到每个测站时，通过相机101以水平检测姿态采集第一图像，并以垂直检测姿态采集第二图像；确定模块240，与采集模块230相连，用于基于在每个测站采集的第一图像和第二图像，确定待测平面的平面度。
在本申请实施例中，采集模块230，用于在移动到每个测站时，通过相机101以水平检测姿态采集第一图像，并以垂直检测姿态采集第二图像，由此消除相机畸变，提高检测的精度。
在本申请实施例中，规划模块210用于按照以下方式确定水平移动步：
Figure BDA0002806972570000061
按照以下方式确定垂直移动步长：
Figure BDA0002806972570000062
通过本申请实施例，以简单高效的方式实现自主移动式平面度检测设备的导航，实现了快速高效地覆盖待测平面上多个预设标志点的多个测站。
在某些实施例中，参考图3A和图3B所示，在水平检测姿态和垂直检测姿态，相机的光线主轴(相机主轴)与待测平面的法线(平面发现)之间的夹角为45°。通过该实施方式，45°检测使得光和影产生良好的相互作用，比例均衡，体现出一种立体效果的自然光，提高性能。
在本申请实施例中，待测平面上设置有预设标志点。在某些实施例中，参考图4A所示，预设标志点均匀分布在待测平面上，称为单点。在另一些实施例中，参考图4B所示，预设标志点为多个点形成多个分组，称为编码点。本申请实施例对此不做限定。在某些实施例中，预设标志点为定向反光材料制成。
在某些实施例，确定模块240，用于在每个测站采集的第一图像和第二图像上识别预设标志点；使用光束平差方法确定识别得到的预设标志点的三维坐标；根据识别得到的预设标志点的三维坐标，使用最小二乘法确定待测平面的平面度。
在某些实施例中，确定模块240，用于使用Canny边缘检测算子，在每个测站采集的第一图像和第二图像上，提取出符合预定条件的边缘；根据提取出的边缘和包含在边缘内的像素，识别得到预设标志点。由此，避免非预设标志点的边缘的影响。
本申请实施例提供了一种自主移动式平面度检测方法，如图5所示，该方法包括步骤S502至步骤S508。
步骤S502，根据相机的视场角、相机与待测平面之间的距离，以及水平检测姿态和垂直检测姿态的重叠度，确定水平移动步长和垂直移动步长。
步骤S504，按照水平移动步长控制AGV移动导航车在水平方向移动，按照垂直移动步长控制升降滑轨在垂直方向移动，以得到覆盖待测平面上多个预设标志点的多个测站。
步骤S506，在移动到每个测站时，控制旋转平台旋转以使相机处于水平检测姿态或垂直检测姿态，通过相机以水平检测姿态采集第一图像，并以垂直检测姿态采集第二图像。
步骤S508，基于在每个测站采集的第一图像和第二图像，确定待测平面的平面度。
在某些实施例中，参考图3A和图3B所示，在水平检测姿态和垂直检测姿态，相机的光线主轴(相机主轴)与待测平面的法线(平面发现)之间的夹角为45°。
在平面度检测过程中，检测网型和检测交会角是视觉检测的重要部分。相机的光线主轴要与待测平面的法线保持45°角，相机采用水平检测姿态(图3A)和垂直检测姿态(图3B)两种方式进行连续性图像信息采集。相机先水平姿态拍摄，水平姿态检测完成后，相机沿主轴旋转90°，相机的光线主轴相对于面板法线仍然成45°角，再对待测平面进行垂直姿态检测。
在步骤S502中，相机的视场角为ξ×ζ。相机在水平检测姿态和垂直检测姿态重叠度采用θ。相机与待测平面之间的距离为d。每一测站，水平移动步长为
Figure BDA0002806972570000081
垂直移动步长为
Figure BDA0002806972570000082
作为一个示例，移动路径如图6所示，但本申请实施例并不限于此，凡是能够覆盖待测平面上的预设标志点的路径都是可行的。
由于待测平面没有足够的特征，布设标志点作为检测的特征点。本申请实施例，设计一种适用于智能化视觉移动平台自主快速检测目标的标志点。针对所设计的标志点(图4A和4B)，采用一种基于边缘的自动识别定位算法。在自动识别标志点基础上，进一步实现自动化定位、自动化匹配和自主快速处理等过程。标志点由一种定向反光材料制作而成，即回光反射标志。标志点的构像是特别清晰而突出的“准二值影像”。
在本申请实施例中以圆形标志点为例，标志点投影后为椭圆图像，标志点识别要提取出符合一定要求的椭圆边缘。经过canny算子处理后的图像含有虚假边缘或者非标志边缘的图像。通过边缘跟踪可以得到标志点图像边缘,但同时也会对虚假边缘进行跟踪,因此需要对跟踪后的边缘和包含在边缘内的像素进行判断，从而实现对标志的识别。
在运动检测的状态下，如图7A和7B所示，相机在不同位置对布设标志点的大尺寸待测平面拍摄，得到待测平面的准二值数字影像，经过计算机数字图像处理、影像匹配、三角测量及平差计算等一系列处理后得到标志点精确的三维坐标(X,Y,Z)。
光束法可以同时求解描述几何场景所有特征点的三维坐标和摄像机参数。采用光束法平差算法实现各测站之间的精确定向。相机在视场内通过在不同位置拍摄所有标志点坐标产生多余检测量，从而解算出相机间的位置和姿态信息，以及标志点的三维坐标。设物方点Pi由j个测站相交而成，则可以列出j个共线条件方程，如方程一下所示：
Figure BDA0002806972570000091
这里，(x0,y0)为像主点。f为主距。Xs,Ys,Zs,
Figure BDA0002806972570000092
ω,κ为像片的外方位元素。a1j,b1j,c1j为像片的三个外方位元素所组成的9个方向余弦，(Δx,Δy)为各像点坐标相对其理论位置坐标(x,y)存在的畸变偏差。
在本申请实施例中，采用最小二乘法进行平面度计算。利用检测的坐标数据拟合出一个理想平面，然后通过标志点到理想平面的距离计算出待测平面的平面度。假设待测平面参考面Γ的方向矢量可用A,B,C表示，且参考面Γ由n个特征点构成，则待测平面参考面Γ的方程如下所示：
Ax+By+Cz+D＝0
从特征点到参考面的每个特征点pi(xi,yi,zi)偏差di可以用方程表示如下：
Figure BDA0002806972570000093
特征点到参考面Γ之间的最大距离(di)max和最小距离(dj)min可由方程(9)获得。通过定义平面度误差，平面度误差Δ可进一步写成如下方程：
Δ＝(di)max-(di)min
计算参考面Γ和平面度误差Δ需要确定四个参数值A,B,C和D。通常采用的方法是最小二乘法。在平面度误差Δ评定过程中，通过连续迭代参考面Γ的法向量来确定参考面Γ的方向。参考面F的法向量方向(A、B、C)是最重要的参数，基准面Γ的特定位置参数D对平面度误差的评定没有影响。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有自主移动式平面度检测程序，自主移动式平面度检测程序被处理器执行时实现上述自主移动式平面度检测方法的步骤。
本申请实施例提出的技术方案，能够智能化、高精度、自主快速检测大尺寸非连续面工业产品。利用AGV移动导航车、升降滑轨、旋转云台、相机和控制系统，应用于大尺寸、非连续面、高精度、自主快速点位测量、变形监测和形面检测。本申请实施例能够实现全方位移动在位检测、速度快效率高、环境适应性强，具有很强的稳健性和可靠性，可以满足大尺寸检测、非连续面检测、移动在位检测和高精度自主快速检测的需求。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种自主移动式平面度检测设备，其特征在于，包括：
相机；
AGV移动导航车，设置为在水平方向移动；
升降滑轨，设置在所述AGV移动导航车上，设置为在垂直方向上移动；
旋转云台，与所述升降滑轨相连并随所述升降滑轨在垂直方向上移动，设置为旋转以使所述相机处于水平检测姿态或垂直检测姿态；以及
控制系统，被配置为：
根据所述相机的视场角ξ×ζ、所述相机与待测平面之间的距离d，以及水平检测姿态和垂直检测姿态的重叠度θ，确定水平移动步长和垂直移动步长，其中，所述水平移动步长为
Figure FDA0002806972560000011
所述垂直移动步长为
Figure FDA0002806972560000012
按照所述水平移动步长控制所述AGV移动导航车在水平方向移动，按照所述垂直移动步长控制所述升降滑轨在垂直方向移动，以得到覆盖所述待测平面上多个预设标志点的多个测站；
在移动到每个所述测站时，通过所述相机以所述水平检测姿态采集第一图像，并以所述垂直检测姿态采集第二图像；以及
基于在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像，确定所述待测平面的平面度。
2.根据权利要求1所述的自主移动式平面度检测设备，其特征在于，在所述水平检测姿态和所述垂直检测姿态，所述相机的光线主轴与所述待测平面的法线之间的夹角为45°。
3.根据权利要求1或2所述的自主移动式平面度检测设备，其特征在于，基于在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像，确定所述待测平面的平面度，包括：
在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像上识别所述预设标志点；
使用光束平差方法确定识别得到的预设标志点的三维坐标；
根据识别得到的预设标志点的三维坐标，使用最小二乘法确定所述待测平面的平面度。
4.根据权利要求3所述的自主移动式平面度检测设备，其特征在于，在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像上识别所述预设标志点，包括：
使用Canny边缘检测算子，在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像上，提取出符合预定条件的边缘；
根据提取出的所述边缘和包含在所述边缘内的像素，识别得到所述预设标志点。
5.根据权利要求1所述的自主移动式平面度检测设备，其特征在于，所述预设标志点由定向反光材料制成。
6.一种自主移动式平面度检测方法，其特征在于，包括：
根据相机的视场角ξ×ζ、所述相机与待测平面之间的距离d，以及水平检测姿态和垂直检测姿态的重叠度θ，确定水平移动步长和垂直移动步长，其中，所述水平移动步长为
Figure FDA0002806972560000021
所述垂直移动步长为
Figure FDA0002806972560000022
按照所述水平移动步长控制AGV移动导航车在水平方向移动，按照所述垂直移动步长控制升降滑轨在垂直方向移动，以得到覆盖所述待测平面上多个预设标志点的多个测站；
在移动到每个所述测站时，控制旋转平台旋转以使所述相机处于水平检测姿态或垂直检测姿态，通过所述相机以所述水平检测姿态采集第一图像，并以所述垂直检测姿态采集第二图像；以及
基于在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像，确定所述待测平面的平面度。
7.根据权利要求6所述的自主移动式平面度检测方法，其特征在于，在所述水平检测姿态和所述垂直检测姿态，所述相机的光线主轴与所述待测平面的法线之间的夹角为45°。
8.根据权利要求6或7所述的自主移动式平面度检测方法，其特征在于，基于在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像，确定所述待测平面的平面度，包括：
在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像上识别所述预设标志点；
使用光束平差方法确定识别得到的预设标志点的三维坐标；
根据识别得到的预设标志点的三维坐标，使用最小二乘法确定所述待测平面的平面度。
9.根据权利要求8所述的自主移动式平面度检测方法，其特征在于，在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像上识别所述预设标志点，包括：
使用Canny边缘检测算子，在每个所述测站采集的所述第一图像和所述第二图像上，提取出符合预定条件的边缘；
根据提取出的所述边缘和包含在所述边缘内的像素，识别得到所述预设标志点。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有自主移动式平面度检测程序，所述自主移动式平面度检测程序被处理器执行时实现如权利要求6至9中任一项所述的自主移动式平面度检测方法的步骤。
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