一种工件平行度检测方法、装置、计算机设备及存储介质

1.本发明涉及工件检测技术领域，特别涉及一种工件平行度检测方法、装置、计算机设备及存储介质。


背景技术：

2.现有技术中，对于大型工件的平行度检测方法一般有以下三种：
3.1、水平仪检测法：将被检测工件放置在水平面上，使用水平仪进行检测，计算出工件的平行度误差。
4.2、三点法检测法：将被检测工件放置在三个点上，测量三个点的高度差，计算出工件的平行度误差。
5.3、激光测量法：使用激光对被检测工件进行测量，以测量被检测工件各个点的高度，进而计算出工件的平行度误差。
6.但是上述各种方法均有一定的缺陷，例如三种方法都需要专业的设备和技术人员进行操作，且操作难度较大，而且对测量环境也有一定的要求。同时，由于需要人工操作，也相应地存在测量速度慢而导致效率低下的问题，还有，操作者的技术水平和操作经验也会影响检测结果的准确性。


技术实现要素：

7.本发明实施例提供了一种工件平行度检测方法、装置、计算机设备及存储介质，旨在提高工件的检测效率和精度。
8.第一方面，本发明实施例提供了一种工件平行度检测方法，包括：
9.通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；
10.针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光栅图案转换为数字信号，形成图像序列；
11.基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；
12.基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。
13.第二方面，本发明实施例提供了一种工件平行度检测装置，包括：
14.图案投射单元，用于通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；
15.图案捕获单元，用于针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光栅图案转换为数字信号，形成图像序列；
16.数据提取单元，用于基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；
17.数据比对单元，用于基于所述三维点云数据获取所述目标工件的尺寸数据，根据所述尺寸数据与预设标准尺寸数据进行比对。
18.第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所
述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的工件平行度检测方法。
19.第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的工件平行度检测方法。
20.本发明实施例提供了一种工件平行度检测方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括：通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光栅图案转换为数字信号，形成图像序列；基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。本发明实施例结合三维机器视觉对目标工件进行检测，具有高精度、快速、自动化、灵活性等优点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例提供的一种工件平行度检测方法的流程示意图；
23.图2为本发明实施例提供的一种工件平行度检测方法的子流程示意图；
24.图3为本发明实施例提供的一种工件平行度检测装置的示意性框图；
25.图4为本发明实施例提供的一种工件平行度检测装置的子示意性框图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
28.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
29.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
30.下面请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种工件平行度检测方法的流程示意图，具体包括：步骤s101～s104。
31.s101、通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；
32.s102、针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光
栅图案转换为数字信号，形成图像序列；
33.s103、基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；
34.s104、基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。
35.本实施例中，首先通过3d传感器向目标工件投射光栅图像，然后由面阵相机捕获该光栅图像，由此得到相应的图像序列，接着通过三维重建技术将图像序列转换为三维点云模型，从而根据三维点云模型中的点云数据准确提取到目标工件的平行度数据，进而根据该平行度数据判断目标工件的平行度是否符合预设标准。
36.本实施例的目的是提供一种对于新型的大型复杂工件检测与测量的解决方案，而3d传感器的迅猛发展以及普及本实施例创造了必要条件。传统的大型复杂工件检测与测量系统的痛点是精度与速度不能兼顾。如大行程固定式的三坐标测量方法虽然精度高、稳定性好，但是其实时性不够，检测效率也低。又比如线激光测量仪具有较高灵活性，但是由于其是线阵扫描，因此检测速度较慢，即同样是检测效率低。而本实施例将基于结构光视觉的3d传感器与工业机器人结合起来对大型复杂工件进行检测与测量，兼备了精度高、速度快且检测范围广的优点。此外，本实施例的另一大亮点就是可根据工件的3d模型来自动对检测的点位进行轨迹规划，从而缩短机械臂走点位的时间，进一步提高检测效率。
37.总的来说，与现有技术相比，本实施例具有以下优势：
38.高精度：本实施例采用光学测量，可以获得高分辨率的图像，从而实现更加精准的平行度测量，其检测精度可达0.01毫米。
39.高效率：本实施例采用自动化检测方式，整个检测过程仅需数秒钟，相比传统机械测量方法可以大大提高检测效率。
40.自动化：本实施例采用数字图像处理技术和计算机视觉算法，能够实现对工件平行度的自动化检测，减少了人工干预，提高了检测结果的准确性和稳定性。
41.灵活性：本实施例可以适用于不同类型、不同材质的工件，且不受工件大小和形状的限制，具有较高的灵活性和通用性。
42.综上所述，本实施例具有高精度、快速、自动化、灵活性等优点，可广泛应用于机械加工、汽车制造，具有很高的实用价值和市场前景。
43.在一实施例中，如图2所示，所述步骤s101包括：步骤s201～s203。
44.s201、通过六自由度运动平台带动3d传感器运转至所述目标工件的当前点位；
45.s202、控制3d传感器对当前点位进行光栅图案投射；
46.s203、在完成对当前点位的投射后，通过六自由度运动平台带动3d传感器运转至所述目标工件的下一点位，依次类推，直至完成对所述目标工件所有点位的投射。
47.本实施例利用六自由度运动平台的机械臂按照给定路径与点位带动3d传感器与面阵相机进行投射与捕获操作。例如在当前点位投射和捕获完成后，则通过六自由度运动平台带动运转至下一点位执行相应的操作。当所有点位的拍照工作都执行完毕，六自由度运动平台机械臂回到home点(即初始位置)，然后执行算法线程，对若干个点位构成的数据计算工件各处的平行度，并将数据存入数据库。若出现平行度偏差较大时，则可以直接显示出该工件存在误差，从而达到及时反馈的效果。
48.还需说明的是，六自由度运动平台是指一台工业机器人六轴末端设有安装法兰，
所述的3d传感器则安装在法兰上。六自由度运动平台主要是做两个部分的工作，其一是带着3d传感器在其运动范围内对工件进行多角度的测量；其二是发送到达点位信号以激活3d传感器进行工作，并在接收到拍摄完成信号后开始运动到下一个点位。
49.在一实施例中，所述步骤s103包括：
50.获取所述图像序列中的光栅图案信息；其中，所述光栅图案信息包括光栅图案中的像素点；
51.将所述像素点在所述光栅图案中的位置与对应的二进制码值进行匹配，得到当前角度的二进制编码；
52.将所有角度的二进制编码汇总为所述三维点云数据。
53.本实施例中，所述的3d传感器包括了面阵相机与光栅投射器的3d点云获取设备，此设备的主要工作是用于投射格雷码编码的光栅，而面阵相机则是用于捕获投射图案并将图案回传。3d传感器的投射器会向目标工件投射格雷码编码光栅，格雷码是一种二进制编码，其中相邻的两个代码只有一位二进制数不同。这种编码的主要优点是，只要发生一个位移，就只会有一个代码位的变化，因此可以更精确地测量位移。将格雷码光栅投射到被测物体表面上，可以形成一个光栅图案。通过面阵相机捕捉光栅图案，并将其转换为数字信号，形成一个图像序列。然后对图像序列进行处理，提取出相应的光栅图案信息。在这里，根据格雷码光栅的编码规则，将每个像素点在光栅图案中所处的位置与其对应的二进制码值进行匹配，便可以得到目标物体表面在光栅图案中所对应的二进制编码。而通过将不同投影角度的光栅图案进行比较和计算，则可以得到目标工件表面在三维空间中的坐标和形状信息。
54.在一些可选实施例中，所述根据所述三维点云数据对所述目标工件的不同点位进行连线，并得到连线后的尺寸数据之前，包括：
55.对所述三维点云数据依次进行降采样、滤波以及图案识别处理，得到所述目标工件上不同点位的尺寸数据。
56.通过对三维点数数据进行数据处理以及图像识别等操作，可以提高获取尺寸数据的精度，从而进一步提高最终的检测准确度。比如说，在进行数据滤波时，具体可以采用中位值滤波法、算术平均滤波法又或者限幅滤波法等。
57.在一实施例中，所述步骤s104包括：
58.根据所述三维点云数据对所述目标工件的不同点位进行连线，并得到连线后的尺寸数据；
59.结合连线后的尺寸数据获取所述目标工件的多个平行度数据，并将每一平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。
60.进一步的，所述步骤s104还包括：
61.若所述平行度数据与预设标准平行度数据相同，则保留并存储所述平行度数据；
62.若所述平行度数据与预设标准平行度数据相同，则计算所述平行度数据与预设标准平行度数据的数据误差；
63.判断所述数据误差是否在预设误差范围内；
64.若判定所述数据误差在预设误差范围内，则保留并存储对应的平行度数据；
65.若判定所述数据误差未在预设误差范围内，则发出预警。
66.本实施例中，通过对目标工件的不同点位进行连线来得到目标工件不同角度的平行度数据，然后将各个角度的平行度数据与预设标准平行度数据进行比较，从而确定目标工件是否合格。具体的，在进行比较时，如果每一角度的平行度数据与预设标准平行度数据均相同，那么便可以认定目标工件符合生产标准；如果存在任一角度或者多个角度的平行度数据与预设标准平度数据不相同，则此时可以首先认为目标工件存在生产误差，然后进一步获取该生产误差并将其与预设的误差范围进行比较，以确定目标工件的误差是否在可接受范围内。如果目标工件的误差在预设误差范围内，则可以认定目标工件合格，反之亦然。
67.在一些优选实施例中，所述步骤s104还包括：
68.采用多线程的方式同时将所述目标工件上的每一平行度数据分别与预设标准平行度数据进行比对。
69.多线程(multithreading)，是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程，进而提升整体处理性能。本实施例通过多线程的方式对各平行度数据同时进行比对，可以进一步提高检测效率。
70.图3为本发明实施例提供的一种工件平行度检测装置300的示意性框图，该装置300包括：
71.图案投射单元301，用于通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；
72.图案捕获单元302，用于针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光栅图案转换为数字信号，形成图像序列；
73.数据提取单元303，用于基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；
74.数据比对单元304，用于基于所述三维点云数据获取所述目标工件的尺寸数据，根据所述尺寸数据与预设标准尺寸数据进行比对。
75.在一实施例中，如图4所示，所述图案投射单元301包括：
76.第一运转单元401，用于通过六自由度运动平台带动3d传感器运转至所述目标工件的当前点位；
77.投射控制单元402，用于控制3d传感器对当前点位进行光栅图案投射；
78.第二运转单元403，用于在完成对当前点位的投射后，通过六自由度运动平台带动3d传感器运转至所述目标工件的下一点位，依次类推，直至完成对所述目标工件所有点位的投射。
79.在一实施例中，所述数据提取单元303包括
80.信息获取单元，用于获取所述图像序列中的光栅图案信息；其中，所述光栅图案信息包括光栅图案中的像素点；
81.位置匹配单元，用于将所述像素点在所述光栅图案中的位置与对应的二进制码值进行匹配，得到当前角度的二进制编码；
82.编码汇总单元，用于将所有角度的二进制编码汇总为所述三维点云数据。
83.在一实施例中，所述数据比对单元304，包括：
84.点位连线单元，用于根据所述三维点云数据对所述目标工件的不同点位进行连
线，并得到连线后的尺寸数据；
85.第一比对单元，用于结合连线后的尺寸数据获取所述目标工件的多个平行度数据，并将每一平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。
86.在一实施例中，所述数据比对单元304还包括：
87.第一存储单元，用于若所述平行度数据与预设标准平行度数据相同，则保留并存储所述平行度数据；
88.误差计算单元，用于若所述平行度数据与预设标准平行度数据相同，则计算所述平行度数据与预设标准平行度数据的数据误差；
89.误差判断单元，用于判断所述数据误差是否在预设误差范围内；
90.第二存储单元，用于若判定所述数据误差在预设误差范围内，则保留并存储对应的平行度数据；
91.预警单元，用于若判定所述数据误差未在预设误差范围内，则发出预警。
92.在一实施例中，所述数据比对单元304还包括：
93.数据处理单元，用于对所述三维点云数据依次进行降采样、滤波以及图案识别处理，得到所述目标工件上不同点位的尺寸数据。
94.在一实施例中，所述数据比对单元304还包括：
95.第二比对单元，用于采用多线程的方式同时将所述目标工件上的每一平行度数据分别与预设标准平行度数据进行比对。
96.由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
97.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
98.本发明实施例还提供了一种计算机设备，可以包括存储器和处理器，存储器中存有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机程序时，可以实现上述实施例所提供的步骤。当然计算机设备还可以包括各种网络接口，电源等组件。
99.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。
100.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排
除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

技术特征：
1.一种工件平行度检测方法，其特征在于，包括：通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光栅图案转换为数字信号，形成图像序列；基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。2.根据权利要求1所述的工件平行度检测方法，其特征在于，所述通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案，包括：通过六自由度运动平台带动3d传感器运转至所述目标工件的当前点位；控制3d传感器对当前点位进行光栅图案投射；在完成对当前点位的投射后，通过六自由度运动平台带动3d传感器运转至所述目标工件的下一点位，依次类推，直至完成对所述目标工件所有点位的投射。3.根据权利要求1所述的工件平行度检测方法，其特征在于，所述基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据，包括获取所述图像序列中的光栅图案信息；其中，所述光栅图案信息包括光栅图案中的像素点；将所述像素点在所述光栅图案中的位置与对应的二进制码值进行匹配，得到当前角度的二进制编码；将所有角度的二进制编码汇总为所述三维点云数据。4.根据权利要求1所述的工件平行度检测方法，其特征在于，所述基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对，包括：根据所述三维点云数据对所述目标工件的不同点位进行连线，并得到连线后的尺寸数据；结合连线后的尺寸数据获取所述目标工件的多个平行度数据，并将每一平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。5.根据权利要求4所述的工件平行度检测方法，其特征在于，所述基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对，还包括：若所述平行度数据与预设标准平行度数据相同，则保留并存储所述平行度数据；若所述平行度数据与预设标准平行度数据相同，则计算所述平行度数据与预设标准平行度数据的数据误差；判断所述数据误差是否在预设误差范围内；若判定所述数据误差在预设误差范围内，则保留并存储对应的平行度数据；若判定所述数据误差未在预设误差范围内，则发出预警。6.根据权利要求4所述的工件平行度检测方法，其特征在于，所述根据所述三维点云数据对所述目标工件的不同点位进行连线，并得到连线后的尺寸数据之前，包括：对所述三维点云数据依次进行降采样、滤波以及图案识别处理，得到所述目标工件上
不同点位的尺寸数据。7.根据权利要求4所述的工件平行度检测方法，其特征在于，所述基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对，还包括：采用多线程的方式同时将所述目标工件上的每一平行度数据分别与预设标准平行度数据进行比对。8.一种工件平行度检测装置，其特征在于，包括：图案投射单元，用于通过3d传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；图案捕获单元，用于针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光栅图案转换为数字信号，形成图像序列；数据提取单元，用于基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；数据比对单元，用于基于所述三维点云数据获取所述目标工件的尺寸数据，根据所述尺寸数据与预设标准尺寸数据进行比对。9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的工件平行度检测方法。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计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的工件平行度检测方法。

技术总结
本发明公开了一种工件平行度检测方法、装置、计算机设备及存储介质，该方法包括：通过3D传感器向目标工件的不同角度分别投射由格雷码编码的光栅图案；针对所述目标工件每一角度，通过面阵相机捕获所述光栅图案，并将所述光栅图案转换为数字信号，形成图像序列；基于三维重建技术对所述图像序列提取三维点云数据；基于所述三维点云数据获取所述目标工件的平行度数据，根据所述平行度数据与预设标准平行度数据进行比对。本发明结合三维机器视觉对目标工件进行检测，具有高精度、快速、自动化、灵活性等优点。灵活性等优点。灵活性等优点。


技术研发人员：丁克 丁兢 陆俊君 李翔 马洁 王丰 叶闯 张成 林锦辉 胡财荣 刘芊伟 淳豪 张敏 王凯
受保护的技术使用者：香港科技大学深港协同创新研究院（深圳福田）
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/5