本發(fā)明涉及截面型材構(gòu)件自動(dòng)化測(cè)量，尤其是指復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量方法、系統(tǒng)及裝置。

背景技術(shù)：

1、在汽車制造業(yè)中，鋁合金型材以其卓越的比強(qiáng)度與比剛度特性，成為車身框架、底盤架構(gòu)及排氣系統(tǒng)等關(guān)鍵部件不可或缺的優(yōu)選材料。它不僅能夠有效承載車輛行駛時(shí)遭遇的復(fù)雜力學(xué)挑戰(zhàn)與振動(dòng)環(huán)境，更以其輕質(zhì)高強(qiáng)特性，為提升汽車整體性能、節(jié)能減排貢獻(xiàn)了重要力量。然而，鋁合金復(fù)雜截面型材構(gòu)件的精準(zhǔn)制造與質(zhì)量控制，直接關(guān)聯(lián)著車輛的安全性、行駛穩(wěn)定性及乘坐舒適度，其重要性不言而喻。

2、當(dāng)前，鋁合金型材的生產(chǎn)與成形工藝已邁入高度自動(dòng)化時(shí)代，從材料的精準(zhǔn)切割、高效沖壓、精細(xì)折彎到無(wú)縫焊接，每一個(gè)環(huán)節(jié)均借助先進(jìn)的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控，顯著提升了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。然而，在這一追求自動(dòng)化進(jìn)程中，復(fù)雜截面型材構(gòu)件的尺寸測(cè)量環(huán)節(jié)卻顯得相對(duì)滯后，傳統(tǒng)的樣板測(cè)量法雖在一定程度上滿足了基本需求，但其局限性日益凸顯：

3、第一，手工操作的介入難以避免地引入了人為誤差，無(wú)法滿足現(xiàn)代汽車制造高精度和自動(dòng)化的要求。

4、第二，對(duì)于不同角度和截面尺寸的鋁合金型材需要設(shè)計(jì)和使用不同尺寸的樣板，導(dǎo)致檢測(cè)成本提高，檢測(cè)效率大大折扣。

5、第三，樣板測(cè)量法本質(zhì)上是一種定性評(píng)估手段，難以提供詳盡、準(zhǔn)確的尺寸參數(shù)與精度分析，限制了其在優(yōu)化生產(chǎn)流程、提升加工精度方面的應(yīng)用潛力，無(wú)法為鋁合金型材的生產(chǎn)加工提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持與反饋機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法滿足現(xiàn)代汽車制造高精度和自動(dòng)化的需求。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量方法，該方法包括以下步驟：

3、s1：獲取待測(cè)型材表面輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到目標(biāo)區(qū)域的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

4、s2：基于所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)所述內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行多次擬合計(jì)算，得到待測(cè)型材的彎曲角度和曲率半徑的實(shí)際值；

5、s3：基于待測(cè)型材的規(guī)格參數(shù)，計(jì)算所述實(shí)際值的誤差值，將所述誤差值處在誤差閾值范圍內(nèi)的型材判定為合格產(chǎn)品；

6、s4：將得到所述實(shí)際值的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與待測(cè)型材的理論模型進(jìn)行數(shù)模配準(zhǔn)，定位存在誤差的局部區(qū)域，基于所述存在誤差的局部區(qū)域，指導(dǎo)修正待測(cè)型材的生產(chǎn)加工參數(shù)；

7、其中，所述規(guī)格參數(shù)包括待測(cè)型材的理論曲率半徑、理論彎曲角度、彎曲角度的誤差閾值范圍和曲率半徑的誤差閾值范圍。

8、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述目標(biāo)區(qū)域的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取方法為：

9、對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行均勻下采樣，得到下采樣后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

10、對(duì)所述下采樣后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，對(duì)轉(zhuǎn)換后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行直通濾波，得到目標(biāo)區(qū)域的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

11、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取方法為：

12、按照指定的高度間隔對(duì)所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行切片，得到多個(gè)截面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

13、對(duì)所述截面點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)濾波，對(duì)統(tǒng)計(jì)濾波后的截面點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分割，得到內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

14、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述待測(cè)型材的彎曲角度和曲率半徑的獲取方法為：

15、s21：基于所述內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提取直線部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算相鄰直線段之間的直線夾角，即待測(cè)型材的彎曲角度；

16、s22：去除所述內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的直線部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，得到彎曲部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)所述彎曲部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行多次最小二乘迭代，得到所有符合圓弧特征的樣本點(diǎn)以及由這些樣本點(diǎn)擬合出的圓弧的曲率半徑，即待測(cè)型材的曲率半徑。

17、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述待測(cè)型材的彎曲角度的獲取方法為：

18、s211：基于所述內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的左側(cè)和右側(cè)各取一定數(shù)量的初始點(diǎn)；

19、s212：對(duì)每側(cè)選取的初始點(diǎn)隨機(jī)選取兩點(diǎn)作為最小子集，由最小子集構(gòu)建直線段；

20、s213：計(jì)算所有點(diǎn)到所述直線段的距離，將所述距離處在預(yù)設(shè)距離閾值范圍內(nèi)的點(diǎn)記作所述直線段的內(nèi)點(diǎn)，并計(jì)算內(nèi)點(diǎn)數(shù)量；

21、s214：得到內(nèi)點(diǎn)數(shù)量最多的直線段作為初始擬合直線，計(jì)算所有其他點(diǎn)到所述初始擬合直線的距離，將所有距離小于閾值的點(diǎn)保存為一組數(shù)據(jù)，用這組數(shù)據(jù)重新最小二乘擬合直線，得到新的初始擬合直線；

22、s215：重復(fù)步驟s214，直到小于閾值的點(diǎn)的數(shù)量不再發(fā)生變化或上次和當(dāng)前擬合得到的直線方程一樣，則停止迭代，得到最終擬合直線，計(jì)算最終擬合直線的直線夾角，即待測(cè)型材的彎曲角度。

23、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，s4中，定位存在誤差的局部區(qū)域的方法為：計(jì)算配準(zhǔn)后的點(diǎn)云與理論模型之間截面的距離，并根據(jù)所述距離繪制截面的誤差分布云圖，基于所述誤差分布圖定位存在誤差的局部區(qū)域；其中，所述誤差分布云圖包括待測(cè)型材多個(gè)區(qū)域的誤差分布可視化結(jié)果。

24、依托同一發(fā)明創(chuàng)造，本發(fā)明還提供了一種復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量系統(tǒng)，所述復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)所述的復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量方法，所述復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量系統(tǒng)包括以下模塊：

25、目標(biāo)區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取待測(cè)型材表面輪廓的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到目標(biāo)區(qū)域的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

26、待測(cè)型材的尺寸參數(shù)實(shí)際測(cè)量值計(jì)算模塊，用于基于所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)所述內(nèi)、外輪廓截面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行多次擬合計(jì)算，得到待測(cè)型材的彎曲角度和曲率半徑的實(shí)際值；

27、產(chǎn)品質(zhì)檢模塊，用于基于待測(cè)型材的規(guī)格參數(shù)，計(jì)算所述實(shí)際值的誤差值，將所述誤差值處在誤差閾值范圍內(nèi)的型材判定為合格產(chǎn)品；其中，所述規(guī)格參數(shù)包括待測(cè)型材的理論曲率半徑、理論彎曲角度、彎曲角度的誤差閾值范圍和曲率半徑的誤差閾值范圍；

28、誤差可視化及修正模塊，用于將得到所述實(shí)際值的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與待測(cè)型材的理論模型進(jìn)行數(shù)模配準(zhǔn)，定位存在誤差的局部區(qū)域，基于所述存在誤差的局部區(qū)域，指導(dǎo)修正待測(cè)型材的生產(chǎn)加工參數(shù)。

29、本發(fā)明還提供了一種復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量裝置，包括：掃描單元、主控制單元、從控制單元和所述復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量系統(tǒng)；其中，所述掃描單元包括直線模組、線激光控制器和與所述線激光控制器連接的線激光傳感器組件，所述直線模組連接所述線激光傳感器組件，所述線激光控制器連接所述主控制單元；所述復(fù)雜截面型材構(gòu)件三維測(cè)量系統(tǒng)存儲(chǔ)于所述主控制單元中，所述主控制單元連接所述從控制單元。

30、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述線激光傳感器組件包括主線激光傳感器和副線激光傳感器，所述主線激光傳感器和所述副線激光傳感器分別設(shè)置所述直線模組的兩側(cè)，并均與所述直線模組連接，所述線激光控制器連接所述主控制單元；

31、所述從控制單元包括依次連接的運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)，所述主控制單元連接所述運(yùn)動(dòng)控制卡，所述伺服電機(jī)連接所述直線模組，所述伺服驅(qū)動(dòng)器與線激光控制器連接。

32、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置還包括正負(fù)限位開關(guān)和與所述正負(fù)限位開關(guān)連接的原點(diǎn)傳感器，所述正負(fù)限位開關(guān)和所述原點(diǎn)傳感器均與所述運(yùn)動(dòng)控制卡連接，且所述正負(fù)限位開關(guān)的數(shù)量為兩個(gè)，分別安裝在所述直線模組的運(yùn)動(dòng)路徑的起始位置和終止位置，所述原點(diǎn)傳感器安裝在所述直線模組的運(yùn)動(dòng)路徑的起始位置。

33、本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

34、1、高精度測(cè)量：通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理，結(jié)合多次擬合計(jì)算，能夠精確測(cè)量待測(cè)型材的彎曲角度和曲率半徑，提供高精度的尺寸參數(shù)，這對(duì)于需要嚴(yán)格控制幾何精度的復(fù)雜截面型材構(gòu)件尤為重要。

35、2、自動(dòng)化與智能化：整個(gè)測(cè)量過程高度自動(dòng)化，從點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取、處理到最終參數(shù)的計(jì)算與判定，減少了人工干預(yù)，提高了測(cè)量效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，通過定位存在誤差的局部區(qū)域，并基于這些區(qū)域指導(dǎo)修正生產(chǎn)加工參數(shù)，有助于持續(xù)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提升產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。