加工中心工件在机三维检测系统的光平面标定


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在当前制造加工领域,对工件实现在机三维检测是及时发现工件加工质量问题有效的手段,在保证加工精度和降低废品率等方面都有重要的意义。作为非接触检测的代表技术,线结构光三维视觉具有成本低、实时性强、激光图像易于提取、测量的信息量大等优点线结构光视觉传感器主要由摄像机和线激光投射器构成,根据摄像机和激光器之间的相对位置关系,由激光三角法原理获取被测工件的三维形面信息。

线结构光视觉传感器的参数标定包括两部分,分别为摄像机参数的标定和光平面方程的标定。摄像机标定的研究开展较早,方法繁多且较为成熟[4 n而关于光平面方程的标定,主要有拉丝标定法[5]和齿形靶标定法W、徐光佑等和Huynhm先后分别提出的基于交比不变性的标定方法,以及魏振忠等[9]提出的双重交比不变法,而以上方法都需要精密的三维立体靶标辅助标定,过程繁琐,不适合现场标定。,为此一些学者提出了基于平面靶标的光平面标定方法心12],尽管这些方法适合现场标定,但在光平面参数求解的过程中会涉及到多次摄像机外参数求解,增加了标定的复杂度。为方便、快速地得到光平面参数,韩建栋等™提出了_种光平面快速标定方法,该方法将三点透视模型( P3P) [14]引入标定过程,扩宽了线结构光的应用领域。洪磊等[15]通过计算成像平面与靶标平面之间的单应性矩阵,实现了光平面方程的标定。陈天飞等™提出了基于共面靶标的线结构光传感器光平面标定方法。邝泳聪等[17]基于线纹尺通过设计平面耙标特征点的提取算法和建立亚像素物象索引表,实现了线结构光传感器的直接标定。解则晓等™针对结构光自扫描测量系统参数标定问题,提出了基于共面法的高精度标定方法,通过获取共面光条中心点求解光平面方程。

在实际的加工周期中,为实现工件快速的形面检测和实时的加工质量反馈,减少与参数标定等相关的加工辅助时间,需要线结构光传感器在保证标定和检测精度的同时,标定过程具有灵活性和效率高的特点。

因此文中在总结归纳以上光平面标定方法的基础上,结合实际的加工检测需求,基于同心圆平面靶标,提出了将三点透视模型与交比不变原理相结合,在加工中心下实现光平面参数的标定方法。该方法适用于加工现场空间小的区域标定,灵活方便,实时性强。

1线结构光传感器的数学模型

 

加工中心工件在机三维检测系统示意如图1所示,其中非接触检测部分主要由线结构光传感器构成,实现对工件在粗加工及半精加工阶段的在机检测。

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结束语:

为缩短加工中心工件的在机检测时间,提高线结构光传感器标定的效率和灵活性,文中基于同心圆平面靶标,将三点透视模型与交比不变原理相结合,实现了线结构光平面参数模型的简易标定,通过实验分析并验证了该方法的可行性。该标定方法操作过程灵活方便、标定算法简单,满足了工件加工后在机检测的现场快速标定需要。文中旨在保证粗加工及半精加工等工序中的检测精度同时,力求解决实际检测过程中线结构传感器标定的效率和灵活性问题,而如何有效地减小影响线结构光传感器检测精度的误差,尚需进一步研究。

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