本發(fā)明涉及基于多目視覺的大型客車車身關鍵尺寸檢測系統(tǒng)解決方案，屬于機器視覺領域。

背景技術：

當前隨著我國交通運輸制造業(yè)的不斷發(fā)展，針對大型軌道客車車型變化多、檢測項目多、檢測范圍大等現(xiàn)場實際情況。企業(yè)往往依靠傳統(tǒng)測量工具，如鋼直尺、卷尺、盤尺等，所造成的測量精度與綜合誤差很大，無法滿足對大型客車車身關鍵尺寸形位公差的檢測精度要求，而基于傳統(tǒng)固定式三坐標機測量系統(tǒng)、i-gps檢測系統(tǒng)、激光跟蹤儀或關節(jié)測量臂則由于測量范圍小或存在檢測盲區(qū)所限制，無法進行大型客車車身關鍵尺寸在線檢測。而基于多目視覺的大型客車車身關鍵尺寸檢測系統(tǒng)則有其測量精度高、測量范圍廣、現(xiàn)場適應性好的優(yōu)勢。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供基于多目視覺的大型客車車身關鍵尺寸檢測系統(tǒng)解決方案。該檢測系統(tǒng)利用激光跟蹤儀和融合變換矩陣hⁱ將多個視覺檢測子系統(tǒng)的坐標系進行統(tǒng)一，以保證檢測系統(tǒng)的標定及檢測精度。詳細解決方案及步驟如下：

利用棋盤格標定板對固定于支架上的一組(2只)ccd相機進行內外參數(shù)標定，形成雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)。雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)同時拍攝位于公共有效視野內且在固定位置安裝有直徑為20mm的三個高精度標準小鋼球的標靶板。則這三個小鋼球在雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系下的球心空間坐標信息分別為：a(x1,y1,z1)、b(x2,y2,z2)、c(x3,y3,z3)，該三點在雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系下確定一個空間平面。再利用激光跟蹤儀上的直徑為20mm的標靶球分別替換標靶板上的該三個點位置(a、b、c三點)，采集到該三個點相對應于激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系的標靶球球心空間坐標信息分別為a'(x’1,y’1,z’1)、b'(x’2,y’2,z’2)、c'(x’3,y’3,z’3)，也同樣確定一個空間平面。利用雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)所采集到小鋼球球心空間坐標信息a、b、c和標靶球球心空間坐標信息a‘、b’、c‘，可以獲得任意雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)與激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系的融合變換矩陣hⁱ：

該變量可以通過改變標靶板的角度，采集若干組點的空間坐標信息來獲得。利用融合變換矩陣hⁱ將雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系變換至世界坐標系中，同時將雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系下所采集到的點的空間坐標信息通過融合變換矩陣hⁱ實時轉換到世界坐標系中。同理，利用多個雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)采集獲取關鍵點空間坐標信息，通過相關距離坐標公式得到車身寬度、長度、對角線差、枕梁孔位置度、車身主梁等高、兩側門對角線差等測量模塊信息。如檢測車身輪廓寬度尺寸測量模塊，利用ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機3、ccd相機4所組成的第二檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁及端梁處的兩個特征點的空間坐標信息，結合第一、第二兩個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點的空間坐標信息，采集到該兩點空間坐標信息為(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，則該兩點將通過融合變換矩陣h¹和h²實時轉換到世界坐標系中的空間坐標信息分別為(x'1,y'1,z'1)、(x'2,y'2,z'2)。

則寬度信息其特征在于具體的檢測步驟如下：

第一部分為車身輪廓寬度尺寸測量模塊：

使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機3、ccd相機4所組成的第二檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁及端梁處的兩個特征點的空間坐標信息，結合第一、第二兩個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點的空間坐標信息，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹和h²實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的兩個關鍵點的空間坐標信息，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其寬度信息。

第二部分為車身輪廓長度尺寸測量模塊：

使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機21、ccd相機22所組成的第十一檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁處的兩個特征點的空間坐標信息，結合第一、第十一兩個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點空間坐標信息，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹和h¹¹實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系里下所顯示的兩個關鍵點的空間坐標信息，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其長度信息。

第三部分為車身輪廓對角線差測量模塊：

使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機23、ccd相機24所組成的第十二檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁上的兩個特征點的空間坐標信息，結合第一、第十二兩個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點空間坐標信息，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹和h¹²實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的兩個關鍵點的空間坐標信息，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其對角線差信息。

第四部分為車身枕梁孔位置度測量模塊：

使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機25、ccd相機26所組成的第十三檢測子系統(tǒng)，ccd相機27、ccd相機28所組成的第十四檢測子系統(tǒng)，ccd相機29、ccd相機30所組成的第十五檢測子系統(tǒng)以及ccd相機31、ccd相機32所組成的第十六檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于枕梁孔處的空氣彈簧定位銷和高度定位塊四個關鍵特征點的空間坐標信息，結合第十三、第十四、第十五、第十六四個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點空間坐標信息，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹³、h¹⁴、h¹⁵和h¹⁶實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的四個關鍵點的空間坐標信息，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其位置度信息。

第五部分為車身輪廓主梁等高測量模塊：

使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機5、ccd相機6所組成的第三檢測子系統(tǒng)，ccd相機9、ccd相機10所組成的第五檢測子系統(tǒng)，ccd相機13、ccd相機14所組成的第七檢測子系統(tǒng)以及ccd相機17、ccd相機18所組成的第九檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于車身主梁處的三個特征點的空間坐標信息，結合第三、第五、第九三個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點空間坐標信息，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h³、h⁵和h⁹實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的四個關鍵點的空間坐標信息，對比該四個特征點坐標對應關系，構成一個平面，獲得其主梁等高信息。

第六部分為車身輪廓兩側門口對角線差測量模塊：

使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機9、ccd相機10所組成的第五檢測子系統(tǒng)，ccd相機11、ccd相機12所組成的第六檢測子系統(tǒng)，ccd相機13、ccd相機14所組成的第七檢測子系統(tǒng)以及ccd相機15、ccd相機16所組成的第八檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁及端梁處的四個特征點的空間坐標信息，結合第五、第六、第七、第八四個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點空間坐標信息，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h⁵、h⁶、h⁷和h⁸實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的四個關鍵點的空間坐標信息，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其輪廓兩側門口對角線差信息。

本發(fā)明具備下列技術效果：

本發(fā)明是基于多目視覺的大型客車車身關鍵尺寸檢測系統(tǒng)解決方案，該檢測系統(tǒng)結構簡單、測量范圍廣，由于利用了機器視覺和激光跟蹤儀相結合的方式，使得總體檢測系統(tǒng)結構簡單、適應性好、測量范圍廣。首先利用激光跟蹤儀和融合變換矩陣hⁱ將多個雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉換到以激光跟蹤儀所建立的世界坐標系中，之后可以對車身關鍵尺寸實時在線檢測。該系統(tǒng)能夠隨著車型變化，可根據(jù)實際檢測要求，快速的增減雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)的數(shù)量。該系統(tǒng)具有現(xiàn)場適應性好、測量范圍廣、檢測項目多的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是本發(fā)明車身關鍵尺寸檢測方案系統(tǒng)結構圖。

圖2是本發(fā)明ccd相機、標靶板與激光跟蹤儀之間示意圖。

圖3是本發(fā)明車身寬度、長度、對角線差測量模塊原理圖。

圖4是本發(fā)明枕梁孔位置度測量模塊原理圖。

圖5是本發(fā)明車身主梁等高及兩側門口對角線差測量模塊原理圖。

圖6是本發(fā)明形位公差測量模塊流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述：

參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本發(fā)明具體實施方式為：各個雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)通過激光跟蹤儀和融合變換矩陣hⁱ完成了統(tǒng)一世界坐標系的標定，各個測量模塊之間通過車身相聯(lián)系起來，構成一個整體框架。

參閱圖2所示，利用棋盤格標定板對固定于支架上的一組(2只)ccd相機進行內外參數(shù)標定，形成雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)。雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)同時拍攝位于公共有效視野內且在固定位置安裝有直徑為20mm的三個高精度標準小鋼球的標靶板。則這三個小鋼球在雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系下的球心空間坐標信息分別為：a(x1,y1,z1)、b(x2,y2,z2)、c(x3,y3,z3)，該三點在雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系下確定一個空間平面。再利用激光跟蹤儀上的直徑為20mm的標靶球分別替換標靶板上的該三個點位置(a、b、c三點)，采集到該三個點相對應于激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系的標靶球球心空間坐標信息分別為a'(x’1,y’1,z’1)、b'(x’2,y’2,z’2)、c'(x’3,y’3,z’3)，也同樣確定一個空間平面。利用雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)所采集到小鋼球球心空間坐標信息a、b、c和標靶球球心空間坐標信息a‘、b’、c‘，可以獲得任意雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)與激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系的融合變換矩陣hⁱ：

該變量可以通過改變標靶板的角度，采集若干組點的空間坐標信息來獲得。利用融合變換矩陣hⁱ將雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系變換至世界坐標系里，同時將雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)坐標系下所采集到的點的空間坐標信息通過融合變換矩陣hⁱ實時轉換到世界坐標系中。同理，利用多個雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)采集獲取關鍵點空間坐標信息，通過相關距離坐標公式得到車身寬度、長度、對角線差、枕梁孔位置度、車身主梁等高、兩側門對角線差等測量模塊信息。如檢測車身輪廓寬度尺寸測量模塊，利用ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機3、ccd相機4所組成的第二檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁及端梁處的兩個特征點的空間坐標信息，結合第一、第二兩個檢測子系統(tǒng)所獲取到的特征點的空間坐標信息，采集到該兩點空間坐標信息為(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，則該兩點將通過融合變換矩陣h¹和h²實時轉換到世界坐標系中的空間坐標信息分別為(x'1,y'1,z'1)、(x'2,y'2,z'2)。

則寬度信息其特征在于具體的檢測步驟如下：

第一部分為車身輪廓寬度尺寸測量模塊：

參閱圖2中b所示，測量車身輪廓寬度信息。使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機3、ccd相機4所組成的第二檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁及端梁處的兩個特征點的空間坐標信息(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹和h²實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的兩個關鍵點的空間坐標信息(x'1,y'1,z'1)、(x'2,y'2,z'2)，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其寬度信息。

第二部分為車身輪廓長度尺寸測量模塊：

參閱圖3中a所示，測量車身輪廓長度信息。使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機21、ccd相機22所組成的第十一檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁處的兩個特征點的空間坐標信息，其空間坐標信息分別為(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹和h¹¹實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的兩個關鍵點的空間坐標信息(x'2,y'2,z'2)、(x'3,y'3,z'3)，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其長度信息。

第三部分為車身輪廓對角線差測量模塊：

參閱圖3中c所示，測量車身輪廓對角線差信息。使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機1、ccd相機2所組成的第一檢測子系統(tǒng)以及ccd相機23、ccd相機24所組成的第十二檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁上的兩個特征點的空間坐標信息，其空間坐標信息分別為(x2,y2,z2)、(x4,y4,z4)，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹和h¹²實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的兩個關鍵點的空間坐標信息(x’2,y'2,z'2)、(x'4,y'4,z'4)，利用空間兩點之間距離坐標公式可以獲得其對角線差信息。

第四部分為車身枕梁孔位置度測量模塊：

參閱圖4中d、e、f所示，分別為測量枕梁孔長度、寬度、對角線差信息。使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機25、ccd相機26所組成的第十三檢測子系統(tǒng)，ccd相機27、ccd相機28所組成的第十四檢測子系統(tǒng)，ccd相機29、ccd相機30所組成的第十五檢測子系統(tǒng)以及ccd相機31、ccd相機32所組成的第十六檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于枕梁孔處的空氣彈簧定位銷和高度定位塊四個關鍵特征點的空間坐標信息，該特征點空間坐標信息分別為(x5,y5,z5)、(x6,y6,z6)、(x7,y7,z7)、(x8,y8,z8)，該四個特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹³、h¹⁴、h¹⁵和h¹⁶實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的四個關鍵點的空間坐標信息(x'5,y'5,z'5)、(x'6,y'6,z'6)、(x'7,y'7,z'7)、(x'8,y'8,z'8)，利用空間兩點之間距離坐標公式獲得其枕梁孔位置寬度信息，獲得其枕梁孔位置長度信息，獲得其枕梁孔位置對角線差信息。

第五部分為車身輪廓主梁等高測量模塊：

參閱圖5中g所示，測量車身輪廓主梁等高信息。使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機5、ccd相機6所組成的第三檢測子系統(tǒng)、ccd相機9、ccd相機10所組成的第五檢測子系統(tǒng)、ccd相機13、ccd相機14所組成的第七檢測子系統(tǒng)以及ccd相機17、ccd相機18所組成的第九檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于車身主梁處的四個特征點的空間坐標信息，該四個特征點空間坐標信息分別為(x5,y5,z5)、(x7,y7,z7)、(x9,y9,z9)、(x11,y11,z11)，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h³、h⁵、h⁷和h⁹實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的四個關鍵點的空間坐標信息(x'5,y'5,z'5)、(x'7,y'7,z'7)、(x'9,y'9,z'9)、(x'11,y'11,z'11)，對比該四個特征點坐標對應關系，構成一個平面，獲得其主梁等高信息。

第六部分為車身輪廓兩側門口對角線差測量模塊：

參閱圖5中h所示，測量車身輪廓兩側門口對角線差信息。使用固定于支架且已完成坐標系融合后的統(tǒng)一世界坐標系的ccd相機9、ccd相機10所組成的第五檢測子系統(tǒng)ccd相機11、ccd相機12所組成的第六檢測子系統(tǒng)、ccd相機13、ccd相機14所組成的第七檢測子系統(tǒng)以及ccd相機15、ccd相機16所組成的第八檢測子系統(tǒng)，分別利用該ccd相機各檢測子系統(tǒng)采集并提取位于邊梁及端梁處的四個特征點的空間坐標信息，該四個特征點空間坐標信息分別為(x7,y7,z7)、(x8,y8,z8)、(x9,y9,z9)、(x10,y10,z10)，該特征點空間坐標信息將通過融合變換矩陣h¹³、h¹⁴、h¹⁵和h¹⁶實時轉換到以激光跟蹤儀系統(tǒng)自身所建立的坐標系為世界坐標系中，根據(jù)世界坐標系下所顯示的四個關鍵點的空間坐標信息(x'7,y'7,z'7)、(x'8,y'8,z'8)、(x'9,y'9,z'9)、(x'10,y'10,z'10)，利用空間兩點之間距離公式：

可以獲得其兩側門口對角線差信息。

該系統(tǒng)能夠隨著車型變化，可根據(jù)實際檢測要求，快速的增減雙目ccd相機檢測子系統(tǒng)的數(shù)量。該系統(tǒng)具有現(xiàn)場適應性好、測量范圍廣、檢測項目多的優(yōu)勢。