CN114777668A - 一种桌面式弯管测量方法及装置 - Google Patents

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CN114777668A CN202210384012.3A CN202210384012A CN114777668A CN 114777668 A CN114777668 A CN 114777668A CN 202210384012 A CN202210384012 A CN 202210384012A CN 114777668 A CN114777668 A CN 114777668A
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Abstract

本发明提供一种桌面式弯管测量方法及装置，方法包括：对双目相机单元进行标定得到相机标定结果并建立相机坐标系；所述双目相机单元固定在桌面式测量台的上方；对手柄进行标定并建立手柄坐标系；所述手柄的壳体上设置反光标记点，所述手柄竖直固定在所述桌面桌面式测量台上，用于沿水平方向固定所述待测弯管；利用所述手柄夹持所述待测弯管的各个位置，采用所述双目相机单元获取各个位置的所述手柄的所述反光标记点的坐标；利用所述手柄坐标系与所述相机系坐标系之间的坐标转换关系获得所述待测弯管的轴线方向及轴线中心点位置，重建所述待测弯管的管型。采用非接触式测量的方式，降低了实际操作难度；保证了测量精度。

Description

一种桌面式弯管测量方法及装置
技术领域
本发明涉及弯管测量技术领域，尤其涉及一种桌面式弯管测量方法及装置。
背景技术
随着近些年机械行业的不断发展，关节臂技术逐渐成熟。尤其是仿照人体关节结构，通过角度基准代替了长度基准。通常由几根固定长度的臂通过绕互相垂直轴线转动的关节互相连接，在实施测量的一节转轴上装有进行探测的仪器或装置。目前这种测量解决方案广泛应用在航空航天、汽车制造、重型机械、轨道交通、产品检具制造、零部件加工等多个行业。
而管件作为制造类行业使用较多的配件，其测量精度和效率对生产效率往往起到了决定性作用，因此管件的测量方案是近些年的热门研究方向。其中，对于含管路配件的弯管测量，应用较为广泛的当属关节臂外加激光扫描探头的方案。通过选择合适自由度的关节臂设备，对不同的复杂管件进行测量。测量过程中，移动关节臂位置保证激光探头在管件外侧，管路两侧激光探头向管路投射调制激光。同时，传输、解算该位置处获取到的激光数据，从而间接该位置处的管路特征数据；沿管路方向持续移动关节臂，采集各处激光数据，最终重建管路。
现有技术的方法虽然一定程度上解决了当前含管路配件的弯管测量问题，但实际应用中，由于该类非接触式测量方法是通过解算调制激光数据，从而间接获取管路的空间位置。测量过程中，激光探头距离管路的距离、探头的投射位置都会影响最终的测量结果。因此这种方案虽较为成熟，但其实际测量精度有待提升，且技术操作要求高。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明为了解决现有的问题，提供一种带有管路配件的桌面式弯管测量方法及装置。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
一种桌面式弯管测量方法，包括如下步骤：S1：对双目相机单元进行标定得到相机标定结果并建立相机坐标系；所述双目相机单元固定在桌面式测量台的上方；S2：对手柄进行标定并建立手柄坐标系；所述手柄的壳体上设置反光标记点，所述手柄竖直固定在所述桌面桌面式测量台上，用于沿水平方向固定待测弯管；S3：利用所述手柄夹持所述待测弯管的各个位置，采用所述双目相机单元获取各个位置的所述手柄的所述反光标记点的坐标；S4：利用所述手柄坐标系与所述相机系坐标系之间的坐标转换关系获得所述待测弯管的轴线方向及轴线中心点位置，重建所述待测弯管的管型。
优选地，采用带有标志点的标定板通过识别标志点使用光束平差法对所述双目相机单元进行标定。
优选地，对所述手柄进行标定包括如下步骤：S21：利用近景摄影测量原理，拍摄所述手柄上所有的反光标记点，利用标记点识别方法求解各个所述反光标记点的空间坐标，将获取到的所有标记点坐标集合并定义第一张图片中任意位置为坐标系原点，建立标志点坐标系；在所述标志点坐标系下，建立所述反光标记点的坐标点集，记作{Q}；S22：采用所述手柄夹持固定好的一段无折弯段的光滑管件进行测量，采用所述双目相机单元多次拍摄得到所述反光标志点的集合{Pi}，求解得到的各{Pi}和{Q}的转换关系Ri、Ti，输出各{Pi}在所述标志点坐标系下的点坐标集{Si}：
Si＝Rqi*Pi+Tqi
匹配各{Si}中的空间位置相近或相同标志点定义为同一标志点，对所述同一标志点的多组空间坐标进行均值化处理得到标志点坐标系下最终的标志点坐标集{S}，其中i是正整数；其中，根据预先设置的评判标准确定所述空间位置相近的标志点，具体包括：对于需要进行标志点匹配的两个坐标点集合{S1}、{S2}；在两个点集中寻找可组成全等三角形的点，所述坐标点集合{S1}、{S2}中对应三个点分别为a、b、c和a’、b’、c’；若全等三角形周围存在一点x满足：点x到a、b、c的距离分别为d1、d2、d3；点i到a’、b’、c’的距离分别为d1’、d2’、d3’，且满足：
Figure BDA0003592972360000021
则该点i满足匹配条件；基于两个全等三角形寻找所有满足匹配条件的点i，以{S1}作为筛查点源，在{S2}中寻找其他对应点，如果满足：
Figure BDA0003592972360000031
则证明匹配成功；其中，m为找出满足匹配条件的点个数，n为{S1}的所有点个数，r为预先设置的筛查系数；S23：利用最终的标志点坐标集{S}拟合求解出所述无折弯段的光滑管件的管路中心轴线；S24：依据所述管路中心轴线建立所述手柄坐标系。
优选地，求解得到的各{Pi}和{Q}的转换关系Ri、Ti包括如下步骤：采用所述手柄夹持所述光滑管件并沿所述光滑管件轴线方向顺时针转动所述手柄；在转动过程中采集所述手柄的多幅图像，且两张相邻的图像，至少存在相同的5-15个所述反光标志点；转动360°为一次旋转，旋转3-5次为一个测量周期，在一个测量周期内获取到的所述相机坐标系下所述手柄上的所述反光标记点的坐标集{Pi}；利用奇异值分解法匹配一个测量周期内每次旋转所得到的标志点坐标集{Pi}与{Q}，求解{Pi}与{Q}的转换关系：旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti。
优选地，步骤S224中求解{Pi}与{Q}的转换关系：旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti，具体如下：求解矩阵质心：计矩阵Pi、Q各自的质心为
Figure BDA0003592972360000032
则：
Figure BDA0003592972360000033
平移矩阵：
将矩阵Pi、Q分别相对于各自质心位置做平移，新矩阵为Pi’、Q’，则：
Figure BDA0003592972360000034
奇异值分解：
利用矩阵Pi、Q构造矩阵M，并对其进行SVD分解：
Figure BDA0003592972360000035
解算Rqi、Tqi
Figure BDA0003592972360000041
优选地，利用最终的标志点坐标集{S}拟合求解出所述无折弯段的光滑管件的管路中心轴线包括如下步骤：S231：光滑管件的管路作为一个圆柱，求解圆柱底面圆圆心：所述手柄侧面的所有点应在同一平面内，设手柄侧面的所有点位置到所述平面的距离为所述手柄的侧平面P1，具体解算过程如下,设定平面P1为：
Ax+By+Cz+D＝0
选取点集{S}中空间位置在所述手柄侧面的一点坐标S侧1(x侧1，y侧1，z侧1)，该点到所述平面P1的距离为：
Figure BDA0003592972360000042
故侧面任一标志点均可表示为：
Figure BDA0003592972360000043
基于最小二乘法原理可知，要保证各点到平面距离最优，平面P1要满足：
z＝a0x+a1y+a2
其中：
Figure BDA0003592972360000044
对所述手柄侧面所有标志点满足s标准差最小：
Figure BDA0003592972360000045
联立以上条件，解得到平面P1为：
A0x+B0y+C0z+D＝0
设定所述圆柱底面圆所在的球面为Q1，则球面Q1与平面P1相交所得圆，即为圆柱底面圆，假设Q1为：
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝R2
球面Q1与平面P1相交有4个标志点，代入如上公式，求得所述圆柱底面圆圆心o0(x0,y0,z0)，半径r，即圆柱底面圆O1可表示为：
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝r2；
S232：求解圆柱槽轴线L1，同时所述圆柱槽轴线为所述手柄所夹持所述光滑管件的中心轴线：
由几何关系可知：
P1⊥P2
与拟合P1平面同理，同样使用最小二乘法，利用手柄正面的所有标志点，拟合平面P2，则P2为：
A1x+B1y+C1z+D＝0
联立式上式得：
Figure BDA0003592972360000051
设过所述圆柱底面圆圆心的轴线向量为：
Figure BDA0003592972360000052
则：
Figure BDA0003592972360000053
由于所述圆柱的几何特征即为圆柱面上的点到其轴线的距离恒等于半径，故：
设定圆柱中心轴线为：
Figure BDA0003592972360000054
则联立上式，求得轴线L1，所述圆柱中心轴线同样也是所述手柄夹持所述光滑管路的中心轴线方程：
A2x+B2y+C2z+D＝0。
优选地，步骤S24中依据所述管路中心轴线建立所述手柄坐标系包括：由所述手柄几何结构可知，所述圆柱中心轴线L1为所述手柄的圆柱槽中心轴线，定义手柄圆柱底面圆圆心为手柄坐标系原点o(0,0,0)，管路中心轴线方向为Z轴正向，利用右手定则，xoy面为圆柱底面圆面，直角坐标系应满足：
Figure BDA0003592972360000055
而参考上式和手柄坐标系原点o(0,0,0)，可知手柄坐标系满足：
Figure BDA0003592972360000061
优选地，利用所述手柄夹持所述待测弯管的各个位置，采用所述双目相机单元获取各个位置的所述手柄的所述反光标记点的坐标包括如下步骤：
设手柄夹持所述待测弯管的某一位置时，所述双目相机单元获取到的标志点集合V1，利用拟合管路轴线原理可知，圆柱中轴线向量即为管路中轴线向量，设轴线为
Figure BDA0003592972360000062
Figure BDA0003592972360000063
联立上式，求得：
Figure BDA0003592972360000064
其中，
Figure BDA0003592972360000065
为
Figure BDA0003592972360000066
在相机坐标系下的向量，
Figure BDA0003592972360000067
为
Figure BDA0003592972360000068
在相机坐标系下的向量，
Figure BDA0003592972360000069
为
Figure BDA00035929723600000610
在相机坐标系下的向量；
基于空间圆心求解原理，使用标志点集合V1，解得相机坐标系下所述手柄圆柱底面圆的圆点o1(x1,y1,z1),其与手柄坐标系设定原点o(0,0,0)，存在一组R1、T1满足：
o＝R1*o1+T1
求解得到R0、T0，即为该测量位置处，相机坐标系与手柄坐标系之间的转换关系；
由此可知，
Figure BDA00035929723600000611
组成一个集合U，以及
Figure BDA00035929723600000612
组成一个集合W。该测量位置处轴线向量应也满足该坐标转换关系，即：
W＝R1*U+T1
代入R1、T1，求解得到相机坐标系下的向量
Figure BDA00035929723600000613
利用以上原理，依次求解各个测量位置处相机坐标系下圆心oj(xj,yj,zj)和
Figure BDA00035929723600000614
即为各测量位置处管路轴线的方向及位置坐标；
其中，j表示测量的所有位置。
优选地，管路重建包括如下步骤：采用所述手柄不断接触所述待测弯管的各个位置，获取、解算所述待测弯管各段管路轴线位置坐标及方向：当所述手柄夹持所述待测弯管中间位置时，所述手柄两侧所述圆柱底面圆未闭合；当夹持所述待测弯管端头位置时，则靠近所述待测弯管端面一侧的圆柱底面圆会闭合；同时，获取所述圆柱底面圆上端面的管路轴线位置及圆心位置；利用几何关系，求解所述待测弯管各段轴线交点，即为所述待测弯管的折弯点；各段轴线的平面内夹角记作所述待测弯管的折弯角，轴线的异面夹角记作所述待测弯管的旋转角；结合获取到的所述管路轴线位置及所述圆心位置，确定所述待测弯管的工艺数值完成所述待测弯管数字化重建。
本发明还提供一种测量装置，用于如上任一所述的桌面式弯管测量方法，包括：桌面式测量台，用于固定双目相机单元和手柄；所述双目相机固定在所述桌面式测量台的上方；所述手柄竖直固定在所述桌面桌面式测量台上，用于沿水平方向固定待测弯管，包括测量头，所述测量头的外侧壳体上设置反光标记点，内侧是用于夹持所述待测弯管的圆柱空心槽并设置有感应带
本发明的有益效果为：提供一种带有管路配件的桌面式弯管测量方法及装置，通过设置反光标记点的标记手柄接触待测弯管的不同位置，接触-锁存标记点坐标，利用手柄坐标系与相机系坐标系之间的坐标转换关系，求解得到管路特征数据，重建管型。本发明的方法相较之前的机械臂测量方法，改变了管路特征获取方式；通过解算手柄特征，可获取到管路的轴线方向及轴线中心点位置，这种非接触式测量的方式，降低了实际操作难度；同时，保证了测量精度，适用于所有弯管，尤其含管路配件的弯管。
附图说明
图1是本发明实施例中一种桌面式弯管测量方法的示意图。
图2是本发明实施例中一种桌面式弯管测量方法的流程示意图。
图3是本发明实施例中一种测量装置示意图。
图4是本发明实施例中一种标定板摆放示意图。
图5是本发明实施例中一种手柄的结构示意图。
图6是本发明实施例中一种对所述手柄进行标定的示意图。
图7是本发明实施例中一种相近标志点的评判示意图。
图8是本发明实施例中一种标定手柄测量示意图。
图9是本发明实施例中一种最小二乘拟合管路轴线的示意图。
图10是本发明实施例中一种求解出所述无折弯段的光滑管件的管路中心轴线的方法示意图。
图11是本发明实施例中一种建立手柄坐标系示意图。
图12是本发明实施例中一种管路测量示意图。
图13是本发明实施例中一种管路重建过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本发明还提供一种桌面式弯管测量方法，包括如下步骤：
S1：对双目相机单元进行标定得到相机标定结果并建立相机坐标系；所述双目相机单元固定在桌面式测量台的上方；
S2：对手柄进行标定并建立手柄坐标系；所述手柄的壳体上设置反光标记点，所述手柄竖直固定在所述桌面桌面式测量台上，用于沿水平方向固定待测弯管；
S3：利用所述手柄夹持所述待测弯管的各个位置，采用所述双目相机单元获取各个位置的所述手柄的所述反光标记点的坐标；
S4：利用所述手柄坐标系与所述相机系坐标系之间的坐标转换关系获得所述待测弯管的轴线方向及轴线中心点位置，重建所述待测弯管的管型。
本发明针对当前技术瓶颈，提出了基于双目视觉系统的接触式测量方法。本发明的方法通过设置反光标记点的标记手柄接触待测弯管的不同位置，接触-锁存标记点坐标，利用手柄坐标系与相机系坐标系之间的坐标转换关系，求解得到管路特征数据，重建管型。本发明的方法相较之前的机械臂测量方法，改变了管路特征获取方式；通过解算手柄特征，可获取到管路的轴线方向及轴线中心点位置，这种非接触式测量的方式，降低了实际操作难度；同时，保证了测量精度。
如图2所示，是本发明一种实施例中一种桌面式弯管测量方法的流程示意图。
本发明的方法可以适用于所有弯管的测量，尤其是针对带有管路配件的中断管路测量，具体测量可分为以下几个步骤：
在步骤S1中，优选地，采用带有标志点的标定板通过识别标志点使用光束平差法对所述双目相机单元进行标定。对双目相机单元进行标定得到相机标定结果并建立相机坐标系包括：
如图3所示，是本发明的实施例中一种测量装置的示意图，本发明选用的是双目相机系统，桌面式测量台，用于固定双目相机单元和手柄；在一种具体的实施例中，利用机械结构固定双目相机在桌面式测量台的上方，调整相机夹角及距离桌面式测量台高度至合适位置。手柄竖直固定在桌面桌面式测量台上，用于沿水平方向固定待测弯管。
如图4所示，是本发明的实施例中一种标定板摆放示意图，在一种具体的实施例中，选用400*300尺寸的标定板，基于标记点识别技术，使用光束平差法进行相机系统标定。
利用标定好的相机系统，可以建立相机坐标系，后期对待测弯管进行测量，利用SVD奇异值分解法，确定相机坐标系与手柄坐标系间转换关系，最终确定待测管路在相机坐标系下的位置关系。
在步骤S2中所采用的手柄，包括：测量头，所述测量头的外侧壳体上设置反光标记点，内侧是用于夹持所述待测弯管的圆柱空心槽并设置有感应带3。其中反光标记点在后续整个标定、测量过程中起到空间位置识别、匹配的功能；圆柱空心槽用于测量中固定管件。
如图5所示，是本发明的实施例中一种手柄的结构示意图，可见，手柄还包括按钮指示区，按钮指示区包括电源键1和触发建2，手柄使用时，首先按下电源键，待电源键亮起绿灯，即可正常工作。正式开始工作前，手指按压侧面测量环，开启手柄测头。待管件完全进入测头的圆柱槽内，手指放开测量环。此时，按压触发键，通过蓝牙传输此刻相机所拍摄到的手柄上的反光标志点图像，进而解算管件该位置处的空间坐标。
在一种具体的实施例中，本手柄主要用于管路测量测量中获取待测弯管管路的轴线位置坐标，其工作原理如下：
手柄内部存在集中控制电路，按压外部电源键，传输电流信号，设备通电；
手柄通电成功，键显示绿灯，手柄为待机状态。表示手柄可随时进入工作状态；
待机状态，手柄前侧圆柱槽闭合；手柄底部测量环内部为弹力结构；按压开启圆柱槽；释放测量环，圆柱槽闭合；此功能是为夹持管壁设置；
手柄内部控制电路同时控制台式工作站及双目测量系统。按压触发键，控制电路分别向工作站及双目测量系统发送信号。双目系统接收到触发信号后，拍摄当前时刻测量空间图像；工作站接收到传输信号，储存相机所拍摄到的图像信息。
在一种具体的实施例中，手柄上侧圆柱槽两端装置有感应带3，其由压力传感器做成，具体尺寸和规格为既定规格要求。一般待测管路为开放式端面，管身是封闭材料组成的管壁。当手柄在夹持管身时，触发机制只传输当前测量位置的标志点坐标；正常使用手柄过程中，相机拍摄到的感应带附近的标志点坐标，确定管路端面的位置；而遇端面时，基于已知的手柄结构，传输标志点坐标的同时，解算、传输端面圆心的坐标。
在本发明的一种实施例中，手柄还包括测量环，在一种具体的实施例中，手柄底部的测量环内部为弹力结构。
如图6所示，对所述手柄进行标定包括如下步骤：
S21：利用近景摄影测量原理，拍摄所述手柄上所有的反光标记点，利用标记点识别方法求解各个所述反光标记点的空间坐标，将获取到的所有标记点坐标集合并定义第一张图片中任意位置为坐标系原点，建立标志点坐标系；在所述标志点坐标系下，建立所述反光标记点的坐标点集，记作{Q}；
S22：采用所述手柄夹持固定好的一段无折弯段的光滑管件进行测量，采用所述双目相机单元多次拍摄得到所述反光标志点的集合{Pi}，求解得到的各{Pi}和{Q}的转换关系Ri、Ti，输出各{Pi}在所述标志点坐标系下的点坐标集{Si}：
Si＝Rqi*Pi+Tqi
匹配各{Si}中的空间位置相近或相同标志点定义为同一标志点，对所述同一标志点的多组空间坐标进行均值化处理得到标志点坐标系下最终的标志点坐标集{S}，其中i是正整数；
S23：利用最终的标志点坐标集{S}拟合求解出所述无折弯段的光滑管件的管路中心轴线；
S24：依据所述管路中心轴线建立所述手柄坐标系。
如图7所示，在步骤S22中，匹配各{Si}中的空间位置相近标志点定义为同一标志点，根据预先设置的评判标准确定所述空间位置相近的标志点，具体包括：
对于需要进行标志点匹配的两个坐标点集合{S1}、{S2}；
在两个点集中寻找可组成全等三角形的点，所述坐标点集合{S1}、{S2}中对应三个点分别为a、b、c和a’、b’、c’；
若全等三角形周围存在一点x满足：点x到a、b、c的距离分别为d1、d2、d3；点i到a’、b’、c’的距离分别为d1’、d2’、d3’，且满足：
Figure BDA0003592972360000111
则该点i满足匹配条件；
基于两个全等三角形寻找所有满足匹配条件的点i；以{S1}作为筛查点源，在{S2}中寻找其他对应点，如果满足：
Figure BDA0003592972360000112
则证明匹配成功；
其中，m为找出满足匹配条件的点个数，n为{S1}的所有点个数，r为预先设置的筛查系数；在一种优选的实施例中，r取0.6。
在本发明的一种实施例中，两个全等三角形的各个边长偏差小于0.5mm。
在一种具体的实施例中，求解得到的各{Pi}和{Q}的转换关系Ri、Ti包括如下步骤：
采用所述手柄夹持所述光滑管件并沿所述光滑管件轴线方向顺时针转动所述手柄；在转动过程中采集所述手柄的多幅图像，且两张相邻的图像，至少存在相同的5-15个所述反光标志点；
转动360°为一次旋转，旋转3-5次为一个测量周期，在一个测量周期内获取到的所述相机坐标系下所述手柄上的所述反光标记点的坐标集{Pi}；
利用奇异值分解法匹配一个测量周期内每次旋转所得到的标志点坐标集{Pi}与{Q}，求解{Pi}与{Q}的转换关系：旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti。
如下对标定流程详细说明：
(1)建立标记点集
利用近景摄影测量原理，拍摄手柄上所有的反光标记点，利用标记点识别技术，求解各点的空间坐标，将获取到的所有标记点坐标集合，并定义第一张图片中任意位置为坐标系原点，建立标志点坐标系。该坐标系下，手柄上所有标记点组成的坐标点集，记作{Q}。
手柄上所有点集合最终是个类似长方体的立体形态，无准确定义的话，则不够明确点集合中各点实际位置。以第一张建立坐标原点，定义了标志点的顺序，建立了成为有序的标志点集。
此处没有任意一张随意抽中一张做原点，是防止后续在管件测量时，点集合{Pi}和{Q}无法对应。本发明中必须保证后续的手柄上点集合都是以第一张上的一个位置作为坐标圆点。
(2)对标记点进行匹配，具体说明如下：
如图8所示，是本发明实施例中一种标定手柄测量示意图，抗震平台上竖直固定台钳4，利用台钳4结构沿水平方向固定一段无折弯段的光滑管件(此处不局限于管件，只要是表面光滑，无明显凹凸，圆柱体结构即可)。本发明将抗震平台用于弯管测量可以提高测量精准度。
进一步如图8所示，手柄5夹持管件，手握手柄把手区，沿管件轴线方向，顺时针转动手柄。固定15°-30°，手柄触发相机拍摄一次，获取该位置处手柄图像。转动360°，记完成一次旋转步骤。单角度拍摄时，为了保证相邻图像可进行图像拼接，需保证两张相邻的图像至少存在5-15个公共标志点，一般旋转3-5次，为一个周期。单次旋转完成，获取到的相机坐标系下手柄上标志点坐标集，通过识别公共标志点拼接图像，得到手柄标志点集合{Pi}，其中，i代表第1、2、3…次旋转；利用SVD原理，匹配一个测量周期内，每次旋转所得到的标志点坐标集{Pi}与{Q}。求解各个{Pi}与{Q}的转换关系：旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti。
SVD(奇异值分解法)原理，该原理用于求解两组矩阵间的旋转矩阵(R)、平移矩阵(T)关系。在本发明中求解的是，相机坐标系下手柄上标志点集{Pi}和手柄在自身坐标系下的坐标集{Q}，两坐标集之间的矩阵转换关系。
在本发明的一种实施例中，步骤S224中求解{Pi}与{Q}的转换关系：旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti，具体如下：
求解矩阵质心：
计矩阵Pi、Q各自的质心为
Figure BDA0003592972360000131
则：
Figure BDA0003592972360000132
平移矩阵：
将矩阵Pi、Q分别相对于各自质心位置做平移，新矩阵为Pi’、Q’，则：
Figure BDA0003592972360000133
奇异值分解：
利用矩阵Pi、Q构造矩阵M，并对其进行SVD分解：
Figure BDA0003592972360000134
解算Rqi、Tqi
Figure BDA0003592972360000135
利用以上矩阵转换关系求解得到的各{Pi}和{Q}的转换关系Ri、Ti，输出各{Pi}在标志点坐标系下的点坐标集{Si}，即：
Si＝Rqi*Pi+Tqi
匹配各{Si}中的空间位置相近或相同标志点，定义为同一标志点，对同一标志点的多组空间坐标进行均值化处理，得到标志点坐标系下，最终的标志点坐标集{S}。
在一种具体的实施例中，假定标定阶段共计旋转5次手柄，记坐标集{S}中某一点坐标为s0(x0,y0,z0)，各{Si}中对应s0的点坐标分别为：s1(x1,y1,z1)、s2(x2,y2,z2)、s3(x3,y3,z3)、s4(x4,y4,z4)、s5(x5,y5,z5)，则：
Figure BDA0003592972360000141
(3)拟合待测弯管的管路轴线
如图9所示，是本发明实施例中一种最小二乘拟合管路轴线的示意图。
如图10所示，利用最终的标志点坐标集{S}拟合求解出所述无折弯段的光滑管件的管路中心轴线包括如下步骤：
S231：光滑管件的管路作为一个圆柱，求解圆柱底面圆圆心：
所述手柄侧面的所有点应在同一平面内，设手柄侧面的所有点位置到所述平面的距离为所述手柄的侧平面P1，具体解算过程如下,设定平面P1为：
Ax+By+Cz+D＝0 (6)
选取点集{S}中空间位置在所述手柄侧面的一点坐标S侧1(x侧1，y侧1，z侧1)，该点到所述平面P1的距离为：
Figure BDA0003592972360000142
故侧面任一标志点均可表示为：
Figure BDA0003592972360000143
基于最小二乘法原理可知，要保证各点到平面距离最优，平面P1要满足：
z＝a0x+a1y+a2 (9)
其中：
Figure BDA0003592972360000151
对所述手柄侧面所有标志点满足s标准差最小：
Figure BDA0003592972360000152
联立以上条件，解得到平面P1为：
A0x+B0y+C0z+D＝0 (11)
设定所述圆柱底面圆所在的球面为Q1，则球面Q1与平面P1相交所得圆，即为圆柱底面圆，假设Q1为：
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝R2
由图9可知，球面Q1与平面P1相交有4个标志点。代入(11)-(12)，求得所述圆柱底面圆圆心o0(x0,y0,z0)，半径r，即圆柱底面圆O1可表示为：
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝r2；
S232：求解圆柱槽轴线L1，同时所述圆柱槽轴线为所述手柄所夹持所述光滑管件的中心轴线：
由几何关系可知：
P1⊥P2 (14)
与拟合P1平面同理，同样使用最小二乘法，利用手柄正面的所有标志点，拟合平面P2，则P2为：
A1x+B1y+C1z+D＝0 (15)
联立式(11)、(14)、(15)，得：
Figure BDA0003592972360000153
设过圆柱底面圆圆心的轴线向量为：
Figure BDA0003592972360000154
则：
Figure BDA0003592972360000161
由于圆柱的几何特征即为圆柱面上的点到其轴线的距离恒等于半径，故：
设定圆柱中心轴线为：
Figure BDA0003592972360000162
则联立(16)-(19)，求得轴线L1，该圆柱中心轴线同样也是手柄夹持管路的中心轴线方程：
A2x+B2y+C2z+D＝0 (20)
4)坐标系建立
由标记手柄几何结构可知，轴线L1为手柄的圆柱槽中心轴线，定义手柄圆柱底面圆圆心为手柄坐标系原点o(0,0,0)；
如图11所示，以中段管路中心轴线方向为Z轴正向，利用右手定则，xoy面为圆柱底面圆面。该直角坐标系应满足：
Figure BDA0003592972360000163
而参考式(21)和手柄坐标系原点o(0,0,0)，可知手柄坐标系满足：
Figure BDA0003592972360000164
在步骤S3中，完成对相机系统和手柄系统的标定工作后，即可正式开始对管路进行测量工作。如图8所示，因弯管管路中带有中断法兰孔(本发明以中断法兰为例，但不局限于此种中断结构)，无法直接用双目视觉系统重建管路，夹钳固定弯管管路，手柄夹持弯管管路不同位置，双目系统获取各个位置处手柄上各标志点坐标。具体如下图8所示。
设手柄夹持管路的某一位置时，相机获取到的标志点集合V1。利用3)拟合管路轴线原理可知，圆柱中轴线向量即为管路中轴线向量，设轴线为
Figure BDA0003592972360000165
Figure BDA0003592972360000166
联立式(21)和(23)，求得：
Figure BDA0003592972360000167
其中
Figure BDA0003592972360000171
为
Figure BDA0003592972360000172
在相机坐标系下的向量，
Figure BDA0003592972360000173
为
Figure BDA0003592972360000174
在相机坐标系下的向量，
Figure BDA0003592972360000175
为
Figure BDA0003592972360000176
在相机坐标系下的向量
基于(3)中空间圆心求解原理，使用标志点集合V1，解得相机坐标系下手柄圆柱底面圆的圆点o1(x1,y1,z1),其与手柄坐标系设定原点o(0,0,0)，存在一组R1、T1满足：
o＝R1*o1+T1 (25)
将两坐标代入式(25)，求解得到R0、T0，即为该测量位置处，相机坐标系与手柄坐标系之间的转换关系。
由此可知，
Figure BDA0003592972360000177
组成一个集合U，以及
Figure BDA0003592972360000178
组成一个集合W。该测量位置处轴线向量应也满足该坐标转换关系，即：
W＝R1*U+T1 (26)
代入R1、T1，求解得到相机坐标系下的向量
Figure BDA0003592972360000179
如图12所示，是本发明实施例中一种管路测量示意图，采用手柄5测量待测弯管，其中，待测弯管上带有中断法兰孔(本发明以中断法兰为例，但不局限于此种中断结构)。
利用以上原理，依次求解图12中各个测量位置处相机坐标系下圆心oj(xj,yj,zj)和
Figure BDA00035929723600001710
(其中j表示测量的所有位置)。即为各测量位置处管路轴线的方向及位置坐标。
在步骤S4中，采用如前所述的测量方法，不断接触管件各个位置，获取、解算各段管路轴线位置坐标及方向。手柄正常夹持管路中间位置，两侧圆柱底面圆未闭合；当夹持管路端头位置时，则靠近管路端面一侧的圆柱底面圆会闭合。同时，该底面圆上感应带会自动将端面附件的管路轴线位置及端面圆心位置一并锁存、传输给后端。
利用几何关系，求解各段轴线交点，即为管路的折弯点。各轴线的平面内夹角记作管路的折弯角，轴线的异面夹角记作管路的旋转角。结合获取到的端面位置坐标，确定了管路的工艺PRB数值，即完成管路数字化重建工作。
具体描述如下：
a.求解折弯点坐标
如图13所示，折弯点c1和c5坐标即为求解得到的管路两端面端点坐标，同时也是手柄在夹持管路端面位置时圆柱底面圆圆心坐标：
c1＝o1(x1,y1,z1)
c5＝o6(x6,y6,z6)
其中点o2(x2,y2,z2)和
Figure BDA0003592972360000181
所在直线l2为：
Figure BDA0003592972360000182
其中点o3(x3,y3,z3)和
Figure BDA0003592972360000183
所在直线为l3：
Figure BDA0003592972360000184
联立式(27)-(28)可知，c2为两直线交点，即解得：c2(a2,b2,c2)依此原理，可依次求出C3(a3,b3,c3)、C4(a4,b4,c4)，至此便可确定所有折弯点坐标。
b.求解折弯角
如图13所示，其中中θ1、θ2、θ3为管路的折弯角，由几何关系可知：
Figure BDA0003592972360000185
故：
Figure BDA0003592972360000186
依此原理，解得θ1、θ2、θ3。
c.求解旋转角
由于中断管路加工工艺的影响，中断管路中件各段之间很难保证在同一个平面内，为更准确地表述管件地空间位置，则用旋转角表征管件各段之间的空间位置。
由前述步骤可知，相邻两端管件可拟合在同一平面内，即该平面法向量与相邻两端管件的轴线向量垂直。
设折弯点c1、c2、c3所在平面为B1，则该平面法向量为：
Figure BDA0003592972360000187
即该向量垂直于相邻的
Figure BDA0003592972360000188
故：
Figure BDA0003592972360000189
联立(31)-(32),解的
Figure BDA0003592972360000191
依次原理，可解出管路上相邻段组成的平面法向量，利用平面夹角同时也为平面法向量夹角的关系，求解管路各段的空间平面法向量，基于以下向量夹角关系，便求得管路上各旋转平面的夹角，即为旋转角：
因折弯点c1、c2、c3所在的旋转平面法向量为
Figure BDA0003592972360000192
折弯点c2、c3、c4所在的旋转平面法向量可求得：
Figure BDA0003592972360000193
则旋转角γ1可表示为：
Figure BDA0003592972360000194
依次原理，可求得管路上所有旋转角。
至此，完成管件上包含折弯点坐标、折弯角以及旋转角的解算工作，可据此完成后续管路重建工作。
本发明的方法相较之前的机械臂测量方法，改变了管路特征获取方式，采用接触式测量的方式，降低了实际操作难度；同时，保证了测量精度。以下为针对本发明进行的一组实验数据比对，其中测量值为本发明测量方法解算角度值，而计量值则是现有机械臂接触式测量结果：
表1 本发明测量精度验证
检测项目 测量值1 计量值 偏差1
旋转角1 163.7148° 163.775° 0.0602°
旋转角2 -156.1870° -156.189° -0.0020°
折弯角1 88.2947° 88.291° -0.0037°
折弯角2 66.5311° 66.486° -0.0451°
折弯角3 59.3396° 59.330° -0.0096°
表2机械臂测量精度验证
Figure BDA0003592972360000195
Figure BDA0003592972360000201
由表1和表2可知，本发明测量精度和目前技术成熟的机械臂操作测量精度基本在一个量级，甚至一些角度精度优于机械臂测量精度。
需要注意的是，为保证数据准确性，本验证实验中所有测量值都是经过10次测量取平均值后表示的。
本申请实施例还提供一种控制装置，包括处理器和用于存储计算机程序的存储介质；其中，处理器用于执行所述计算机程序时至少执行如上所述的方法。
本申请实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序被执行时至少执行如上所述的方法。
本申请实施例还提供一种处理器，所述处理器执行计算机程序，至少执行如上所述的方法。
所述存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备、或者它们的组合来实现。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，FerromagneticRandomAccess Memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static RandomAccess Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous StaticRandomAccess Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic RandomAccess Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic RandomAccess Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous DynamicRandomAccess Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAMEnhanced SynchronousDynamic RandomAccess Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，Sync LinkDynamic RandomAccess Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct RambusRandomAccess Memory)。本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例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中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。
本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种桌面式弯管测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对双目相机单元进行标定得到相机标定结果并建立相机坐标系；所述双目相机单元固定在桌面式测量台的上方；
S2：对手柄进行标定并建立手柄坐标系；所述手柄的壳体上设置反光标记点，所述手柄竖直固定在所述桌面桌面式测量台上，用于沿水平方向固定待测弯管；
S3：利用所述手柄夹持所述待测弯管的各个位置，采用所述双目相机单元获取各个位置的所述手柄的所述反光标记点的坐标；
S4：利用所述手柄坐标系与所述相机系坐标系之间的坐标转换关系获得所述待测弯管的轴线方向及轴线中心点位置，重建所述待测弯管的管型。
2.如权利要求1所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，采用带有标志点的标定板通过识别标志点使用光束平差法对所述双目相机单元进行标定。
3.如权利要求1所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，对所述手柄进行标定包括如下步骤：
S21：利用近景摄影测量原理，拍摄所述手柄上所有的反光标记点，利用标记点识别方法求解各个所述反光标记点的空间坐标，将获取到的所有标记点坐标集合并定义第一张图片中任意位置为坐标系原点，建立标志点坐标系；在所述标志点坐标系下，建立所述反光标记点的坐标点集，记作{Q}；
S22：采用所述手柄夹持固定好的一段无折弯段的光滑管件进行测量，采用所述双目相机单元多次拍摄得到所述反光标志点的集合{Pi}，求解得到的各{Pi}和{Q}的转换关系Ri、Ti，输出各{Pi}在所述标志点坐标系下的点坐标集{Si}：
Si＝Rqi*Pi+Tqi
匹配各{Si}中的空间位置相近或相同标志点定义为同一标志点，对所述同一标志点的多组空间坐标进行均值化处理得到标志点坐标系下最终的标志点坐标集{S}，其中i是正整数；其中，根据预先设置的评判标准确定所述空间位置相近的标志点，具体包括：
对于需要进行标志点匹配的两个坐标点集合{S1}、{S2}；
在两个点集中寻找可组成全等三角形的点，所述坐标点集合{S1}、{S2}中对应三个点分别为a、b、c和a’、b’、c’；
若全等三角形周围存在一点x满足：点x到a、b、c的距离分别为d1、d2、d3；点i到a’、b’、c’的距离分别为d1’、d2’、d3’，且满足：
Figure FDA0003592972350000021
则该点i满足匹配条件；
基于两个全等三角形寻找所有满足匹配条件的点i，以{S1}作为筛查点源，在{S2}中寻找其他对应点，如果满足：
Figure FDA0003592972350000022
则证明匹配成功；
其中，m为找出满足匹配条件的点个数，n为{S1}的所有点个数，r为预先设置的筛查系数；
S23：利用最终的标志点坐标集{S}拟合求解出所述无折弯段的光滑管件的管路中心轴线；
S24：依据所述管路中心轴线建立所述手柄坐标系。
4.如权利要求3所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，求解得到的各{Pi}和{Q}的转换关系Ri、Ti包括如下步骤：
采用所述手柄夹持所述光滑管件并沿所述光滑管件轴线方向顺时针转动所述手柄；在转动过程中采集所述手柄的多幅图像，且两张相邻的图像，至少存在相同的5-15个所述反光标志点；
转动360°为一次旋转，旋转3-5次为一个测量周期，在一个测量周期内获取到的所述相机坐标系下所述手柄上的所述反光标记点的坐标集{Pi}；
利用奇异值分解法匹配一个测量周期内每次旋转所得到的标志点坐标集{Pi}与{Q}，求解{Pi}与{Q}的转换关系：旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti。
5.如权利要求4所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，步骤S224中求解{Pi}与{Q}的转换关系：旋转矩阵Ri和平移矩阵Ti，具体如下：
求解矩阵质心：
计矩阵Pi、Q各自的质心为
Figure FDA0003592972350000023
则：
Figure FDA0003592972350000031
平移矩阵：
将矩阵Pi、Q分别相对于各自质心位置做平移，新矩阵为Pi’、Q’，则：
Figure FDA0003592972350000032
奇异值分解：
利用矩阵Pi、Q构造矩阵M，并对其进行SVD分解：
Figure FDA0003592972350000033
解算Rqi、Tqi
Figure FDA0003592972350000034
6.如权利要求5所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，利用最终的标志点坐标集{S}拟合求解出所述无折弯段的光滑管件的管路中心轴线包括如下步骤：
S231：光滑管件的管路作为一个圆柱，求解圆柱底面圆圆心：
所述手柄侧面的所有点应在同一平面内，设手柄侧面的所有点位置到所述平面的距离为所述手柄的侧平面P1，具体解算过程如下，设定平面P1为：
Ax+By+Cz+D＝0
选取点集{S}中空间位置在所述手柄侧面的一点坐标S侧1(x侧1，y侧1，z侧1)，该点到所述平面P1的距离为：
Figure FDA0003592972350000035
故侧面任一标志点均可表示为：
Figure FDA0003592972350000036
基于最小二乘法原理可知，要保证各点到平面距离最优，平面P1要满足：
z＝a0x+a1y+a2
其中：
Figure FDA0003592972350000041
对所述手柄侧面所有标志点满足s标准差最小：
Figure FDA0003592972350000042
联立以上条件，解得到平面P1为：
A0x+B0y+C0z+D＝0
设定所述圆柱底面圆所在的球面为Q1，则球面Q1与平面P1相交所得圆，即为圆柱底面圆，假设Q1为：
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝R2
球面Q1与平面P1相交有4个标志点，代入如上公式，求得所述圆柱底面圆圆心o0(x0，y0，z0)，半径r，即圆柱底面圆O1可表示为：
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝r2；
S232：求解圆柱槽轴线L1，同时所述圆柱槽轴线为所述手柄所夹持所述光滑管件的中心轴线：
由几何关系可知：
P1⊥P2
与拟合P1平面同理，同样使用最小二乘法，利用手柄正面的所有标志点，拟合平面P2，则P2为：
A1x+B1y+C1z+D＝0
联立式上式得：
Figure FDA0003592972350000043
设过所述圆柱底面圆圆心的轴线向量为：
Figure FDA0003592972350000044
则：
Figure FDA0003592972350000045
由于所述圆柱的几何特征即为圆柱面上的点到其轴线的距离恒等于半径，故：
设定圆柱中心轴线为：
Figure FDA0003592972350000051
则联立上式，求得轴线L1，所述圆柱中心轴线同样也是所述手柄夹持所述光滑管路的中心轴线方程：
A2x+B2y+C2z+D＝0。
7.如权利要求6所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，步骤S24中依据所述管路中心轴线建立所述手柄坐标系包括：
由所述手柄几何结构可知，所述圆柱中心轴线L1为所述手柄的圆柱槽中心轴线，定义手柄圆柱底面圆圆心为手柄坐标系原点o(0,0,0)，管路中心轴线方向为Z轴正向，利用右手定则，xoy面为圆柱底面圆面，直角坐标系应满足：
Figure FDA0003592972350000052
而参考上式和手柄坐标系原点o(0,0,0)，可知手柄坐标系满足：
Figure FDA0003592972350000053
8.如权利要求7所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，利用所述手柄夹持所述待测弯管的各个位置，采用所述双目相机单元获取各个位置的所述手柄的所述反光标记点的坐标包括如下步骤：
设手柄夹持所述待测弯管的某一位置时，轴线向量，设轴线为
Figure FDA0003592972350000054
Figure FDA0003592972350000055
联立上式，求得：
Figure FDA0003592972350000056
其中，
Figure FDA0003592972350000057
为
Figure FDA0003592972350000058
在相机坐标系下的向量，
Figure FDA0003592972350000059
为
Figure FDA00035929723500000510
在相机坐标系下的向量，
Figure FDA00035929723500000511
为
Figure FDA00035929723500000512
在相机坐标系下的向量；
基于空间圆心求解原理，使用标志点集合V1，解得相机坐标系下所述手柄圆柱底面圆的圆点o1(x1，y1，z1)，其与手柄坐标系设定原点o(0，0，0)，存在一组R1、T1满足：
o＝R1*o1+T1
求解得到R0、T0，即为该测量位置处，相机坐标系与手柄坐标系之间的转换关系；
由此可知，
Figure FDA0003592972350000061
组成一个集合U，以及
Figure FDA0003592972350000062
组成一个集合W。该测量位置处轴线向量应也满足该坐标转换关系，即：
W＝R1*U+T1
代入R1、T1，求解得到相机坐标系下的向量
Figure FDA0003592972350000063
利用以上原理，依次求解各个测量位置处相机坐标系下圆心oj(xj，yj，zj)和
Figure FDA0003592972350000064
即为各测量位置处管路轴线的方向及位置坐标；
其中，j表示测量的所有位置。
9.如权利要求8所述的桌面式弯管测量方法，其特征在于，管路重建包括如下步骤：
采用所述手柄不断接触所述待测弯管的各个位置，获取、解算所述待测弯管各段管路轴线位置坐标及方向：当所述手柄夹持所述待测弯管中间位置时，所述手柄两侧所述圆柱底面圆未闭合；当夹持所述待测弯管端头位置时，则靠近所述待测弯管端面一侧的圆柱底面圆会闭合；同时，获取所述圆柱底面圆上端面的管路轴线位置及圆心位置；
利用几何关系，求解所述待测弯管各段轴线交点，即为所述待测弯管的折弯点；各段轴线的平面内夹角记作所述待测弯管的折弯角，轴线的异面夹角记作所述待测弯管的旋转角；结合获取到的所述管路轴线位置及所述圆心位置，确定所述待测弯管的工艺数值完成所述待测弯管数字化重建。
10.一种测量装置，其特征在于，用于如权利要求1-9任一所述的桌面式弯管测量方法，包括：
桌面式测量台，用于固定双目相机单元和手柄；
所述双目相机固定在所述桌面式测量台的上方；
所述手柄竖直固定在所述桌面桌面式测量台上，用于沿水平方向固定待测弯管，包括测量头，所述测量头的外侧壳体上设置反光标记点，内侧是用于夹持所述待测弯管的圆柱空心槽并设置有感应带。
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