面向大型零部件的三维形面高精度测量方法

刘巍; 高鹏; 张洋; 杨帆; 李晓东; 兰志广; 贾振元; 高航

doi:10.3788/IRLA201746.0317003

面向大型零部件的三维形面高精度测量方法

doi: 10.3788/IRLA201746.0317003

1.
大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024

基金项目:

973计划项目（2014CB46504）;国家自然科学基金（51375075，51227004）;辽宁省自然科学基金（2014028010）;国家自然科学基金创新研究群体项目（51321004）

详细信息

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

中图分类号: TP853.1;TP751.1

High-precision measurement method for 3D shape of large-scale parts

1.
College of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China

摘要: 目前，辅助激光视觉测量法已广泛应用于大型零部件的三维形面测量。针对该方法在测量过程中普遍存在的轮廓边界信息获取不准确的问题，提出一种面向大型零部件的三维形面测量方法以获得精确的形面信息和轮廓边界信息。首先，根据光条图像序列采集特性，基于时间流的光条自适应定位方法实现了光条所在区域的实时定位；其次，提出了一种基于光条几何特征突变的边界提取方法，获取光条处的被测物边界行（列）坐标位置；然后，利用光条区域内快速提取的光条中心结果，确定准确的边界特征点坐标，并仅保留边界特征点以内的有效光条中心点；最后，对所提取的有效光条中心进行了三维重建，结合光条扫描实现了整个形面的三维快速测量。实验验证结果表明：该方法可实现被测物三维形面信息的高精度快速测量，同时获取精确的轮廓边界信息，其测量精度达到0.06 mm，且大大减小运算量，满足大型零部件的快速高精度测量要求。
- 视觉测量 /
- 光条定位 /
- 边界提取 /
- 三维测量
Abstract: The measurement method based on laser-aided machine vision has been widely used in 3D shape measurement for large-scale components and parts at present. To solve the problem of the inaccurate extraction for components boundaries, a high-precision method of 3D shape measurement for large-scale parts was proposed in this paper. Firstly, an adaptive light stripe locating method based on time flow was proposed according to the sequence of acquiring images, by which the region of the light stripe can be located in real time. Next, a boundary detection method based on light stripe mutations was presented to acquire the row or column coordinates of the object boundaries in the light stripe. Then the coordinates of the boundaries can be determined precisely combined with the extraction results of light stripe centers. And the effective light stripe centers for measurement within the two determined boundary feature points can be retained. At last, the extracted light stripe centers were matched and reconstructed to accomplish 3D shape measurement. Experiment results show that the measurement accuracy of this method reaches 0.06 mm and precise boundary information of objects can be acquired. The cost of computation is also reduced greatly. Thus, the proposed method can satisfy the measurement requirements of high precision and rapid speed.
- vision measurement /
- location of light stripe /
- boundary extraction /
- 3D shape measurement

[1]	Fu Shuai, Zhang Liyan, Ye Nan, et al. Light pen based on-site vision measurement system for large workpieces[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2015, 36(2):430-438. (in Chinese)富帅, 张丽艳, 叶南, 等. 面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统[J]. 仪器仪表学报, 2015, 36(2):430-438.
[2]	Zhao Sihong, Lu Yabing, Chen Xiaoxu, et al. Realization of real-time automatic target reporting system for simulant airborneweapon attacking over ground[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(S1):78-82. (in Chinese)赵思宏, 陆亚兵, 陈晓旭, 等. 航空武器对地模拟攻击实时自动报靶系统的实现[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(S1):78-82.
[3]	Li Hui, Zhang Linxuan, Xiao Tianyuan, et al. Real-time control for CPS of digital airplane assembly with robust H-infinity theory[J]. Tsinghua Science and Technology, 2015, 20(4):376-384.
[4]	Bai Suqin, Shi Jinlong, Qian Qiang, et al. 3D measurement of large steel plates based on the integration of computer vision and laser technology[J]. Journal of Optoelctronics.Laser, 2015(3):581-585. (in Chinese)白素琴, 史金龙, 钱强, 等. 视觉与激光相融合的大尺度钢板三维测量[J]. 光电子激光, 2015(3):581-585.
[5]	Gao Yuhan, An Zhiyong, Wang Jinsong, et al. Precision measurement technology of 3D surfaces[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(11):2261-2264. (in Chinese)高蠫含, 安志勇, 王劲松, 等. 三维面型精密测量技术[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(11):2261-2264.
[6]	Zhou Na, An Zhiyong, Li Yonghao. Large-sized three-dimensional profile measurement technology based on laser radar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(12):2465-2468. (in Chinese)周娜, 安志勇, 李咏豪. 采用激光雷达的三维形貌测量技术[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(12):2465-2468.
[7]	Cai Huaiyu, Feng Zhaodong, Huang Zhanhua. Centerline extraction of structured light stripe based on principal component analysis[J]. Chinese Journal of Lasers, 2015(3):1-6. (in Chinese)蔡怀宇, 冯召东, 黄战华. 基于主成分分析的结构光条纹中心提取方法[J]. 中国激光, 2015(3):1-6.
[8]	Nakia H, Iwai D, Sato K. 3D shape measurement using fixed camera and handheld laser scanner[J]. Ipsj Sig Notes Cvim, 2008, 1536-1539.
[9]	Ruben U, Julio M, Daniel F G. Fast and robust laser stripe extraction for 3D reconstruction in industrial environments[J]. Machine Vision and Applications, 2012, 23:179-796.
[10]	Zhang Yixin, Wang Shun, Zhang Xuping. Defocused blur image restoration in large scale 3D vision measurement[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2010, 31(12):2748-2753. (in Chinese)张益昕, 王顺, 张旭苹. 大尺度三维视觉测量中的离焦模糊图像恢复[J]. 仪器仪表学报, 2010, 31(12):2748-2753.
[11]	Feng Ping, Wei Zhenzhong. Light probe based large FOV 3D vision measurement system[J]. Opt Precision Eng, 2013, 21(9):2217-2224. (in Chinese)冯萍, 魏振忠. 光笔式大视场三维视觉测量系统[J].光学精密工程, 2013, 21(9):2217-2224.
[12]	Sun Lina. Research on the methods of sub-pixel extraction and tracking of laser curve in inspection system of vehicle profile[D]. Changchun:Jilin University, 2015:39-55. (in Chinese)孙丽娜. 汽车形貌检测系统的光条亚像素提取及跟踪方法的研究[D]. 长春:吉林大学, 2015:39-55.

[1]	刘峰, 郭英华, 王霖, 高裴裴, 张月桐. 二维主动位姿引导的单目空间姿态测量方法 . 红外与激光工程, 2024, 53(2): 20211026-1-20211026-11. doi: 10.3788/IRLA20211026
[2]	何信欣, 刘斌, 王春柳, 吴冠豪. 用于高反表面测量的分块平滑自适应条纹投影方法 . 红外与激光工程, 2023, 52(5): 20220825-1-20220825-14. doi: 10.3788/IRLA20220825
[3]	朱坡, 张宗华, 高楠, 高峰, 王张颖. 彩色高反光物体表面三维形貌测量技术 . 红外与激光工程, 2023, 52(7): 20220761-1-20220761-7. doi: 10.3788/IRLA20220761
[4]	杨静雯, 张宗华, 付莉娜, 李雁玲, 高楠, 高峰. 利用抖动算法扩展深度范围的三维形貌测量术 . 红外与激光工程, 2023, 52(8): 20230059-1-20230059-10. doi: 10.3788/IRLA20230059
[5]	黄喆, 燕庆德, 李倩, 程二静, 沈小玲, 徐叶倩. 面向直线顶管机的双屏视觉标靶标定方法与精度评价 . 红外与激光工程, 2022, 51(9): 20210933-1-20210933-8. doi: 10.3788/IRLA20210933
[6]	雷鹏, 胡金春, 朱煜, 杜胜武. 傅氏级数和多项式结合的图像灰度建模及位移测量 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210123-1-20210123-8. doi: 10.3788/IRLA20210123
[7]	左超, 张晓磊, 胡岩, 尹维, 沈德同, 钟锦鑫, 郑晶, 陈钱. 3D真的来了吗？— 三维结构光传感器漫谈 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0303001-0303001-45. doi: 10.3788/IRLA202049.0303001
[8]	姜宏志, 李宇曦, 赵慧洁. 单像素成像在三维测量中的应用 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0303017-0303017-9. doi: 10.3788/IRLA202049.0303017
[9]	伏燕军, 韩勇华, 陈元, 张鹏飞, 桂建楠, 钟可君, 黄采敏. 基于相位编码的三维测量技术研究进展 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0303010-0303010-15. doi: 10.3788/IRLA202049.0303010
[10]	李红梅, 曹益平, 王亚品, 王璐, 李城梦, 安海华, 徐财. 基于灰度拓展复合光栅的单帧三维测量方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(6): 20200034-1-20200034-8. doi: 10.3788/IRLA20200034
[11]	张钊, 韩博文, 于浩天, 张毅, 郑东亮, 韩静. 多阶段深度学习单帧条纹投影三维测量方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(6): 20200023-1-20200023-8. doi: 10.3788/IRLA20200023
[12]	赵洋, 傅佳安, 于浩天, 韩静, 郑东亮. 深度学习精确相位获取的离焦投影三维测量 . 红外与激光工程, 2020, 49(7): 20200012-1-20200012-8. doi: 10.3788/IRLA20200012
[13]	毕超, 郝雪, 刘孟晨, 房建国. 基于视觉测量的回转轴线标定方法研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0413004-0413004-8. doi: 10.3788/IRLA202049.0413004
[14]	宋晓凤, 李居朋, 陈后金, 李丰, 万成凯. 多场景下结构光三维测量激光中心线提取方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0113004-0113004(8). doi: 10.3788/IRLA202049.0113004
[15]	薛珊, 吕南方, 沈雨鹰, 刘正彬, 郭建波. 基于激光三维点云的机械工件识别方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 442002-0442002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0442002
[16]	刘巍, 张洋, 高鹏, 杨帆, 兰志广, 李晓东, 贾振元, 高航. 结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1017010-1017010(8). doi: 10.3788/IRLA201778.1017010
[17]	李彪, 吴海涛, 张建成, 伏燕军. 正弦脉冲宽度调制条纹结合相位编码条纹的三维测量方法 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 617006-0617006(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0617006
[18]	吴斌, 邢秀奎, 张云昊. 微细管道内壁缺陷柔性在线测量技术研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2944-2951.
[19]	张晓龙, 尹仕斌, 任永杰, 郭寅, 杨凌辉, 王一. 基于全局空间控制的高精度柔性视觉测量系统研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(9): 2805-2812.
[20]	王颖, 张瑞. 管道内表面圆结构光视觉三维测量系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 891-896.

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面向大型零部件的三维形面高精度测量方法

doi: 10.3788/IRLA201746.0317003

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

High-precision measurement method for 3D shape of large-scale parts

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面向大型零部件的三维形面高精度测量方法

doi: 10.3788/IRLA201746.0317003

1. 大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

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High-precision measurement method for 3D shape of large-scale parts

1. College of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China

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面向大型零部件的三维形面高精度测量方法

doi: 10.3788/IRLA201746.0317003

1. 大连理工大学 机械工程学院,辽宁 大连 116024

作者简介: 刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

English Abstract

High-precision measurement method for 3D shape of large-scale parts

1. College of Mechanical Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China

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作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn

1. 大连理工大学机械工程学院,辽宁大连 116024

作者简介:
刘巍(1979-),男,教授,博士生导师,博士,主要从事视觉测量、光学精密测量等方面的研究。Email:lw2007@dlut.edu.cn