申请/专利权人：中国船舶集团有限公司第七一六研究所;江苏杰瑞科技集团有限责任公司

申请日：2021-12-13

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN114427839B

主分类号：G01B11/08

分类号：G01B11/08;G01B11/06;G01B11/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2022.12.02#著录事项变更;2022.05.20#实质审查的生效;2022.05.03#公开

摘要：本发明公开了一种于线结构光的圆柱体直径及凸起高度的测量方法及系统，包括步骤：将圆柱体工件固定，开启线激光器，调整线结构光与圆柱体中心线垂直；采集圆柱体工件多个位置的圆弧轮廓数据；基于当前位置的圆弧轮廓数据，采用剔除凸起噪声的二次圆拟合处理方法确定表面凸起高度；重复上述获取多个位置的二次圆拟合数据及对应的表面凸起高度，基于多个位置的二次圆拟合数据获取最小包围圆的直径作为圆柱体直径；测量结束，关闭线激光器。本发明可以快速实现圆柱体直径和凸起高度的同步测量，提高了测量精度。

主权项：1.一种基于线结构光的圆柱体直径及表面凸起的测量方法，其特征在于：包括步骤：步骤1，将圆柱体工件固定，开启线激光器，调整线结构光与圆柱体中心线垂直；步骤2，采集圆柱体工件多个位置的圆弧轮廓数据；步骤3，基于当前位置的圆弧轮廓数据，采用剔除凸起噪声的二次圆拟合处理方法确定表面凸起高度；步骤4，重复步骤2-步骤3获取多个位置的二次圆拟合数据及对应的表面凸起高度，基于多个位置的二次圆拟合数据获取最小包围圆的直径作为圆柱体直径；步骤5，测量结束，关闭线激光器；所述步骤3具体包括以下步骤：采用中值滤波法对圆弧轮廓数据进行滤波处理；对滤波处理后的圆弧轮廓数据进行一次圆拟合；剔除凸起噪声干扰进行二次圆拟合；基于二次拟合圆确定圆柱体表面凸起高度；所述采用中值滤波法对圆弧轮廓数据进行滤波处理具体为:令滤波窗口长度L＝2*N+1，获取窗口内的样本为：{xi-N,yi-N,...,xi,yi,...,xi+N,yi+N}其中x，y为点坐标，对这L个坐标点数据进行从大到小的顺序排列，将中值定义为中值滤波的输出值：yi＝Med{ysi-N,...,ysi,...,ysi+N}重复上述步骤对圆弧轮廓数据中各点依次进行中值滤波处理，得到滤波处理后的圆弧轮廓数据为：Profile＝{x1,y1,x2,y2,x3,y3...xn,yn}对滤波处理后的圆弧轮廓数据进行一次圆拟合具体为：令圆曲线方程为：x2+y2+ax+by+c＝0圆心坐标、圆半径与a,b,c的关系为： 令点到圆心的距离为di，设定误差为点到圆心的距离减去半径，建立目标函数为： 因目标函数S没有解析解，采用近似的目标函数S'为： 目标函数S'对a,b,c分别求偏导，得到矩阵： 进行矩阵运算，确定a,b,c的值，进而求解一次拟合圆心坐标Center0xo,yo和圆直径D0；所述剔除凸起噪声干扰进行二次圆拟合具体为：将一次拟合圆心坐标Center0xo,yo及圆直径D0作为初始条件，设定最大迭代次数和偏差阈值作为运算结束条件；采用平均绝对误差圆拟合方法拟合圆并迭代，当满足条件运算结束条件，获取剔除凸起噪声干扰的二次拟合圆心位置坐标Centerxc,yc和直径D，二次拟合圆为：Circle＝{xi,yi|xi-xc2+yi-yc2＝D22}；步骤4中所述基于二次圆拟合数据获取最小包围圆的直径作为圆柱体直径具体为：将多个位置的二次圆拟合数据的先后顺序打乱并重新组合成一组数据ProfileC＝{x1,y1,x2,y2,...,xm,ym}；确定ProfileC＝{x1,y1,x2,y2,...,xm,ym}所有点的最小外接圆直径即为圆柱体直径；所述确定ProfileC＝{x1,y1,x2,y2,...,xm,ym}所有点的最小外接圆直径具体为：步骤4-1，选取前三点计算其最小外接圆D1，若三点共线，舍弃第三个坐标点，同时，向下继续新增一个坐标点，直至找到三个未共线的坐标点P1、P2、Pk，得出第一个最小外接圆D1，令圆Dt＝D1，Pi＝P1；步骤4-2，遍历所有点是否位于圆Dt内部，若所有点均位于圆Dt内部，则令最小外接圆Dout＝Dt，执行步骤4-6；否则，获取第一个位于圆Dt外的点Pj执行步骤4-3；步骤4-3，以PiPj为直径重新设定圆Dt，遍历所有点是否位于圆Dt内，若所有点均位于圆Dt内部，则令最小外接圆Dout＝Dt，执行步骤4-6；否则获取第一个位于圆Dt外的点Pm，执行步骤4-4；步骤4-4，以PmPj为直径重新设定圆Dt，遍历所有点是否位于圆Dt内，若所有点均位于圆Dt内部，则令最小外接圆Dout＝Dt，执行步骤4-6；否则获取第一个位于圆Dt外的点Pn，执行步骤4-5；步骤4-5，获取Pj、Pm、Pn三点的最小外接圆Dt，令Pi＝Pj，重复步骤4-2；步骤4-6，获取所有点的最小外接圆Dout。

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