本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品圖像采集技術領域，特別涉及一種自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法及裝置，用于先進制造領域自由曲面產(chǎn)品自身內(nèi)或相互組裝間三維縫隙輪廓的快速高質(zhì)量圖像的采集獲取。

背景技術：

自由曲面產(chǎn)品已豐富了我們的日常生活，具有自由曲面的產(chǎn)品廣泛地分布到汽車、建筑、藝術品、牙齒、家用產(chǎn)品、航空航天、高鐵等多個領域，這些自由曲面產(chǎn)品自身或者相互裝配過程中往往存在縫隙，這些三維縫隙輪廓的指標是否滿足設計加工的要求將直接決定著合成產(chǎn)品的最終質(zhì)量，因此針對自由曲面內(nèi)三維縫隙輪廓的高質(zhì)量采樣獲取十分重要。由于三維縫隙輪廓的非規(guī)則形狀與多變特征使得對于其自動高質(zhì)量采樣獲取比較困難，特別是對于尚未具備先驗知識的縫隙模型。傳統(tǒng)對于三維縫隙輪廓的采樣獲取大都基于三坐標測量機，若待測縫隙模型未知，則必須通過手動控制觸頭來逐點對縫隙的關鍵特征進行采樣，由于采用接觸式測量方式以及測量過程中存在過多的人員干預，使得被測對象表面常被劃傷而且被測對象的材質(zhì)也受到極大的限制，同時測量效率與測量精度都難以保證。

最近幾年，金屬、塑料、橡膠、陶瓷、合成、軟質(zhì)等不同材質(zhì)的自由曲面產(chǎn)品的廣泛使用，使得對自由曲面內(nèi)縫隙輪廓圖像獲取的新的采集裝置與采集方法的需求日益迫切。現(xiàn)如今，基于視覺傳感的獲取方法已成為研究熱點，特別是基于線結構光光源與圖像傳感器設計構成采集裝置，其由于主動發(fā)出線光源并易柔性集成于坐標裝置上，所以更有利于縫隙內(nèi)部輪廓的采集獲取。針對自由曲面三維縫隙輪廓非規(guī)則、自由變化等顯著特點，在不具備縫隙輪廓先驗知識的前提下，研究縫隙三維輪廓的自動、高質(zhì)量采集方法及采集裝置，形成快速、準確、低成本、易操作的采集過程，將解決自由曲面內(nèi)連續(xù)縫隙輪廓難以高質(zhì)量自動獲取的難題，有利于企業(yè)對于自由曲面產(chǎn)品的監(jiān)督與檢測。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種快速、準確、低成本、高質(zhì)量、易操作的自由曲面內(nèi)三維縫隙輪廓的自動采集方法及采集裝置。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術問題是：提供一種自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法，包括以下步驟：

S11、初始采集位姿獲取步驟：根據(jù)待采集自由曲面產(chǎn)品的縫隙位置標注并計算生成圖像采集裝置初次采集該縫隙的初始采集位姿；

S13、圖像采集裝置的初始采集位姿調(diào)整步驟：根據(jù)獲取的初始采集位姿調(diào)整圖像采集裝置的初始采集位姿；

S15、當前段圖像采集步驟：采集該段的縫隙圖像；

S17、下一段待采集縫隙的采集位姿調(diào)整步驟：根據(jù)當前段和當前段的上一段縫隙圖像信息、圖像采集裝置的當前位姿約束圖像采集裝置采集下一段縫隙的采集位姿，并據(jù)此調(diào)整圖像采集裝置的下一段采集位姿，從而逐步實現(xiàn)對整個縫隙的分段采集。

進一步的，在所述S17步驟之前，還包括：

結束采集位姿獲取步驟：根據(jù)待采集曲面產(chǎn)品的縫隙位置及形狀獲取該縫隙的最后一次的結束采集位姿；

在所述S13步驟中，還包括：

判斷圖像采集裝置的下一段采集位姿是否超出終點采集位姿；若超出終點采集位置則結束采集，從而逐步實現(xiàn)由首至尾的依次分段采集縫隙圖像。

進一步的，所述S13步驟包括以下子步驟：

S131、將圖像采集裝置移動至初始采集位置處并調(diào)整該圖像采集裝置的初始采集向量

S132、縫隙圖像試采集；

S133、根據(jù)試采集的縫隙圖像得到該段縫隙輪廓；

S134、根據(jù)所述縫隙輪廓計算輪廓點云數(shù)據(jù)的法向向量

S135、判斷所述法向向量與圖像采集裝置的初始采集方向向量的夾角的絕對值是否大于或等于第一閾值，若大于或等于所述第一閾值，則進入S136步驟，若小于所述第一閾值，則將當前試采集的縫隙圖像視為首段采集后，轉(zhuǎn)入S17步驟；

S136、若大于或等于所述第一閾值，則根據(jù)大于或等于的角度調(diào)整所述圖像采集裝置的位姿，以使其采集光束方向垂直地射入該段縫隙內(nèi)部，進入當前段圖像采集步驟。

進一步的，所述S17步驟包括以下子步驟：

S171、根據(jù)當前段縫隙圖像的縫隙輪廓的拐點集合k_ij計算得到當前縫隙輪廓的點云數(shù)據(jù)的法向向量

S172、判斷所述法向向量與上一段采集的縫隙圖像對應的縫隙輪廓的點云數(shù)據(jù)的法向向量的夾角Δθ_i的絕對值是否大于或等于預設的第一閾值；若大于或等于預設的第一閾值，則進入S173步驟，若小于預設的第一閾值Δθ，則轉(zhuǎn)入S176步驟；

S173、控制所述圖像采集裝置沿縫隙寬度方向X轉(zhuǎn)動Δθ_i度；

S174、根據(jù)轉(zhuǎn)動角度Δθ_i計算圖像采集裝置沿縫隙長度方向Y的相應位移Δy位置，使圖像采集裝置回位，從而保證圖像采集裝置的采集方向始終近似垂直于該段縫隙輪廓；

S175、判斷圖像采集裝置的下一段采集位置y_i+1＝y(tǒng)_i+t_y是否超出終點y_final，即y_i+1＝y(tǒng)_i+t_y≤y_final，所述t_y為采樣間隔；若超出終點，則結束采集，若未超出終點，則進入S176步驟；

S176、則圖像采集裝置沿縫隙的長度方向Y正方向勻速移動采樣間隔t_y，使得y_i+1＝y(tǒng)_i+t_y；

S177、判斷待采集的下段縫隙在縫隙的寬度方向X和高度方向Z是否位于圖像采集裝置的規(guī)定的視場采集范圍內(nèi)，該規(guī)定的視場采集范圍處于圖像采集裝置的有效采集視場范圍內(nèi)；若未位于所述圖像采集裝置的規(guī)定采集視場的范圍內(nèi)，則進入S178步驟，若位于所述圖像采集裝置的規(guī)定采集視場的范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)入S15步驟，以進行下一段縫隙輪廓的圖像采集；

S178、調(diào)整圖像采集裝置的寬度方向X和/或高度方向Z的坐標，使其采集視場位于規(guī)定采集視場范圍內(nèi)。

進一步的，在S173步驟中，包括以下子步驟：

S173a、判斷所述夾角Δθ_i是否大于或等于所述第一閾值Δθ，若是，則進入S173b步驟，若否，則轉(zhuǎn)入S173c步驟；

S103b、沿縫隙的長度方向順時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ_i，轉(zhuǎn)入S174a步驟；

S173c、所述夾角Δθ_i小于或等于負第一閾值-Δθ；

S173d、沿縫隙的長度方向逆時針旋轉(zhuǎn)角度Δθ_i,轉(zhuǎn)入S174b步驟；

所述S174步驟包括以下子步驟：

S174a、控制所述圖像采集裝置沿縫隙長度方向Y正方向位移ΔY位置，以使圖像采集裝置回位，轉(zhuǎn)入S174c步驟；

S174b、控制所述圖像采集裝置沿縫隙長度方向Y反方向移動ΔY位置，以使圖像采集裝置回位；

S174c、觸發(fā)圖像采集裝置再次采集該段縫隙輪廓，覆蓋原圖像點云數(shù)據(jù)。

進一步的，在S177步驟中，通過以下步驟判斷待采集的下一段縫隙在縫隙的寬度方向X是否位于圖像采集裝置的規(guī)定采集視場的范圍內(nèi)：

S1771、判斷其中,x_i表示當前段縫隙對應的圖像采集裝置在縫隙的寬度方向X的坐標，即X方向坐標，x_i+1表示圖像采集裝置下一段采集時的X方向坐標，為當前段縫隙圖像的縫隙輪廓的邊緣中點，為上一段縫隙圖像的縫隙輪廓的邊緣中點，F(xiàn)_w圖像采集裝置的有效視場寬度；若大于或等于，則進入S1772步驟；若小于，則轉(zhuǎn)入S1773步驟；

S1772、下一段圖像采集裝置的寬度方向X的坐標為

S1773、判斷若小于或等于，則進入S1774步驟，若大于，則視為下一段圖像采集裝置的視場的寬度方向X位于規(guī)定的采集視場內(nèi)；

S1774、下一段圖像采集裝置的寬度方向X的坐標為則

進一步的，在S177步驟中，通過以下步驟判斷待采集的下一段縫隙在高度方向Z是否位于圖像采集裝置的規(guī)定的視場范圍內(nèi)：

S1771’、判斷其中，為當前段縫隙圖像的縫隙輪廓的最低點，為上一段縫隙圖像的縫隙輪廓的最低點，F(xiàn)_h為圖像采集裝置的視場高度，z_i表示當前段縫隙對應的圖像采集裝置在高度方向Z的坐標，即Z方向坐標,z_i+1表示圖像采集裝置下一段采集時Z方向坐標，若大于或等于，則進入S1772’步驟，若小于，則轉(zhuǎn)入S1773’；

S1772’、下一段圖像采集裝置的Z坐標為

S1773’、判斷若小于或等于，則進入S1774’步驟，否則，視為下一段圖像采集裝置的高度方向Z的視場位于有效采集視場內(nèi)；

S1774’、下一段圖像采集裝置的高度方向Z的坐標則為

進一步的，在位姿調(diào)整步驟中，通過一移動單元來調(diào)整圖像采集裝置的采集位姿。

進一步的，所述移動單元包括與待測自由曲面產(chǎn)品的縫隙的寬度方向X相應的X向底座、立設于X向底座上能夠根據(jù)一第一電機的驅(qū)動在X向移動的與縫隙高度方向Z相應的Z向軸桿、水平設于所述Z向軸桿上且能夠根據(jù)一第二電機的驅(qū)動在Z向移動的Y向軸桿以及用于驅(qū)動Y向軸桿在Y向進行移動的第三電機，所述圖像采集裝置設于所述Y向軸桿上相應于所述待采集自由曲面產(chǎn)品的一端，該圖像采集裝置能夠根據(jù)一第四電機的驅(qū)動沿待測自由曲面產(chǎn)品縫隙的長度方向轉(zhuǎn)動，從而根據(jù)第一電機、第二電機、第三電機以及第四電機的驅(qū)動調(diào)整所述圖像采集裝置的位姿。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術問題是：提供一種自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集裝置，包括：

初始采集位姿獲取模塊：用于根據(jù)待測量自由曲面產(chǎn)品的縫隙位置獲取圖像采集裝置初次采集該縫隙的初始采集位姿；

圖像采集裝置的初始采集位姿自動調(diào)整模塊：用于根據(jù)獲取的初始采集位姿自動調(diào)整圖像采集裝置的初始采集位姿；

當前段縫隙輪廓的圖像采集模塊：用于采集該段縫隙的點云圖像；

下一段待采集縫隙的采集位姿自動調(diào)整模塊：用于根據(jù)當前段和當前段的上一段縫隙圖像信息、圖像采集裝置的當前位姿約束圖像采集裝置采集下一段縫隙的采集位姿，并據(jù)此調(diào)整圖像采集裝置的下一段采集位姿，從而自動逐步實現(xiàn)對整個縫隙輪廓的分段采集獲取。

本發(fā)明的自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法及采集裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對金屬、塑料、橡膠、陶瓷、合成、軟質(zhì)等不同材質(zhì)加工生產(chǎn)的自由曲面產(chǎn)品內(nèi)三維縫隙輪廓自動采集，采集過程高效、采集圖像質(zhì)量高，整個采集過程完全自動化，不需要專業(yè)技術人員的干預操作。便于自由曲面內(nèi)連續(xù)縫隙的現(xiàn)場在線采集與動態(tài)顯示，縫隙長度范圍為10～1000mm，寬度范圍為1～60mm，深度范圍為0.1～50mm，采樣圖像分辨率為25μm，長度采集效率為10mm/s。采集裝置易于柔性集成、結構簡單，可針對不同尺寸與形狀自由曲面產(chǎn)品控制采集范圍分布式擴展，裝置定位精確、穩(wěn)定性好。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法第一實施例的流程圖。

圖2是圖1中三維縫隙輪廓點云數(shù)據(jù)的在線生成流程。

圖3是本發(fā)明自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法第二實施例的流程圖。

圖4是本發(fā)明圖像采集裝置的初始采集位姿調(diào)整步驟的流程圖。

圖5是本發(fā)明自由曲面內(nèi)三維縫隙圖像形貌自動采集方法中下一段待采集縫隙的采集位姿調(diào)整步驟的具體流程圖。

圖6是本發(fā)明自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法中圖像采集裝置的位姿與與被測縫隙的位置幾何關系示意圖。

圖7是本發(fā)明自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法中移動單元的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參見圖1，圖1是本發(fā)明自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法第一實施例的流程圖。本實施例的自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法包括以下步驟：

S11、初始采集位姿獲取步驟：根據(jù)待測量自由曲面產(chǎn)品的縫隙位置獲取圖像采集裝置初次采集該縫隙的初始采集位姿p₀(x₀,y₀,z₀,θ₀)；

其中，x₀,y₀,z₀為它的空間坐標，x₀表示與縫隙寬度方向X相應的初始坐標，y₀表示與縫隙長度方向Y相應的初始坐標，z₀表示與縫隙高度方向Z相應的初始坐標，θ₀為當前狀態(tài)采集方向與Z向初始狀態(tài)(該狀態(tài)一般設置為Z軸方向)采集方向的夾角。

本實施例中，圖像采集裝置為“3+1”自由度圖像采集裝置，即能夠在X方向、Y方向、Z方向和沿縫隙長度旋轉(zhuǎn)方向C自由動作。圖像采集裝置包括線激光器和相機，線激光器發(fā)射激光光束至縫隙內(nèi)部時，激光光束長度方向與縫隙的初始寬度方向相應。沿Y軸等間隔采樣(采樣間隔為t_y)，而沿C軸、X軸、Z軸動態(tài)變化的采樣過程；采樣間隔t_y受到被測自由曲面內(nèi)縫隙曲率變化大小與采樣點密度要求決定，在采樣點密度確定情況下，曲率變化越大，采樣間隔t_y越小，反之亦然。所述激光器發(fā)射線激光條束近似垂直照射到縫隙內(nèi)部；所述相機與激光器形成固定角度安置，角度遵循激光三角法工作原理；為保證相機視場能夠覆蓋光束區(qū)域，相機鏡頭的中心線正對著線激光光束的中心；所述激光器通過遠程控制中心以軟件觸發(fā)方式觸發(fā)發(fā)出激光光束。所述相機通過上位機進行控制采集。

本文中所述的上位機，是指能夠控制移動單元移動圖像采集裝置、控制圖像采集裝置采集縫隙圖像、接收圖像采集裝置發(fā)送的縫隙圖像并進行相關處理的用于高速計算的電子計算機器，可以進行數(shù)值計算，又可以進行邏輯計算，還具有存儲記憶功能。是能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化智能電子設備，包括但不限于：個人電腦、臺式電腦、筆記本、平板電腦、PDA(Personal Digital Assistant)。

具體結合實例，請參見圖7，采用一移動單元控制圖像采集裝置的“3+1”自由度(即控制圖像采集裝置的采集位姿)。具體地，所述移動單元包括與待測自由曲面產(chǎn)品的縫隙的寬度方向X相應(例如平行或近似平行)的X向底座、立設于X向底座上能夠根據(jù)一第一電機的驅(qū)動在X向移動的與縫隙高度方向Z相應(例如平行或近似平行)的Z向軸桿、水平設于所述Z向軸桿上且能夠根據(jù)一第二電機的驅(qū)動在Z向移動的Y向軸桿以及用于驅(qū)動Y向軸桿在Y向進行移動的第三電機(具體可以是驅(qū)動Y向軸桿安裝圖像采集裝置的一端沿Y向移動)，所述圖像采集裝置設于所述Y向軸桿上相應于所述待測量自由曲面產(chǎn)品的一端，該圖像采集裝置能夠根據(jù)一第四電機的驅(qū)動沿待測自由曲面產(chǎn)品縫隙的長度方向轉(zhuǎn)動(即C向旋轉(zhuǎn))，從而根據(jù)第一電機、第二電機、第三電機以及第四電機的驅(qū)動調(diào)整所述圖像采集裝置的位姿。

所述第一電機、第二電機、第三電機以及第四電機可以通過一上位機發(fā)出驅(qū)動控制命令，也可以是設于移動單元上的主控模塊(例如PLC控制模塊)進行控制。

本步驟中，通過上位機接收用戶輸入的位姿參數(shù)以獲取圖像采集裝置的初始采集位姿?？衫斫獾?，在其他的實施例中，所述初始采集位姿的獲取還可以采用其他方式，例如采用手動標記來獲取初始采集位姿等等，此處不再一一贅述。

S13、圖像采集裝置的初始采集位姿調(diào)整步驟：根據(jù)獲取的初始采集位姿調(diào)整圖像采集裝置的初始采集位姿；

本實例中，所述上位機接收到用戶輸入的初始采集位姿參數(shù)后，即根據(jù)位姿參數(shù)控制第一電機、第二電機和/或第三電機，以驅(qū)動位于Y向軸桿一端的圖像采集裝置移動至初始采集位置上，然后再控制第四電機工作，以驅(qū)動初始采集位置的圖像采集裝置的采集方向與縫隙垂直，可理解的，該垂直包括近似垂直，例如與當前縫隙面呈85～95度。

在具體實例中，用戶還可先手動對圖像采集裝置的采集方向進行粗調(diào)，以使光束方向近似垂直，然后上位機再使圖像采集裝置試采集一次，根據(jù)試采集的縫隙圖像分析得到試采集時的法向向量與Z向初始狀態(tài)的夾角，將其與預設值對比，從而判定采集方向是否垂直于縫隙內(nèi)部(也可稱縫隙所在的面)。

S15、當前段圖像采集步驟：采集該段的縫隙圖像；

當該段采集為首次采集時，該當前段者為首段采集，當該段采集為中間任何一次采集，則當前段為對應的中間段采集，當該段為最后一次采集，那么，該當前段則為對應的結束段采集。每一段縫隙圖像采集到后即傳送至上位機，上位機進行縫隙圖像相關處理(首先經(jīng)過軟件數(shù)據(jù)處理即數(shù)據(jù)濾波、平滑、分割、特征點提取)，進而得到當前段縫隙圖像輪廓的點云數(shù)據(jù)以及得到縫隙輪廓的最高點最低點重要拐點集合k_i、以及縫隙寬度方向的兩邊緣點(即左邊緣點右邊緣點)，上位機在獲取到第一段縫隙圖像時，建立局部虛擬三維坐標系，根據(jù)局部虛擬三維坐標系定位該段的縫隙輪廓邊緣特征點、縫隙內(nèi)部拐點、最高點以及最低點；在后續(xù)的每獲取一段縫隙輪廓時，更新一次局部虛擬三維坐標系，并將該更新的局部虛擬三維坐標系在線轉(zhuǎn)換至預先建立的全局坐標系內(nèi)，以在全局坐標系內(nèi)同步進行配準拼接在線生成已獲取的三維縫隙輪廓。

具體請參見圖2，所述每一段縫隙圖像的三維輪廓點云數(shù)據(jù)的生成流程如下：

當前段縫隙圖像的數(shù)據(jù)濾波與平滑處理；

數(shù)據(jù)分割、邊緣特征提取、關鍵特征點反饋

S17、下一段待采集縫隙的采集位姿調(diào)整步驟：根據(jù)當前段和當前段的上一段縫隙圖像信息、圖像采集裝置的當前位姿約束圖像采集裝置采集下一段縫隙的采集位姿，并據(jù)此調(diào)整圖像采集裝置的下一段采集位姿，從而逐步實現(xiàn)對整個縫隙的分段采集(從首至尾依次采集)。

上位機根據(jù)分析得到的當前段的縫隙圖像點云數(shù)據(jù)以及當前段的上一段的縫隙圖像的點云數(shù)據(jù)以及圖像采集裝置的當前位姿計算圖像采集裝置采集下一段縫隙的采集位姿。若當前段縫隙圖像采集為首段縫隙圖像采集，那么僅沿Y軸移動采樣間隔t_y進行第二段縫隙輪廓采樣。

本實施例中，所述結束段采集可以通過軟件自動識別，還可以通過人工控制關閉而結束最后一次采集。

具體采集待測量自由曲面產(chǎn)品的縫隙圖像時，將待測縫隙固定在移動單元的一側(靠近圖像采集裝置的一側)，使縫隙長度與Y向軸桿相應(以下稱縫隙長度方向為Y方向)，使縫隙寬度方向與X向軸座相應(以下稱縫隙寬度方向為X方向，稱縫隙的高度方向為Z方向)。然后標記起始采集位置并手動初調(diào)采集方向，用戶根據(jù)該起始采集位置將初始采集位姿參數(shù)輸入至上位機，上位機根據(jù)初始采集位姿參數(shù)自動控制移動單元進行相應的移動，從而調(diào)整圖像采集裝置的初始采集位姿。

本發(fā)明實施方式，采集上位機控制移動單元以控制圖像采集裝置的位姿實現(xiàn)三維縫隙圖像形貌的由首至尾依次分段采集，為后續(xù)縫隙尺寸的分析測量提供較優(yōu)的采集基礎，解放用戶的雙手，用戶僅需要根據(jù)待采集縫隙的位置確定初始采集位姿即可實現(xiàn)一條或多條縫隙的由首至尾依次采集，全程自動采集，無需人工操作，提高采集精度和自動化程度，自動化程度高、測量速度快，不存在人為誤差影響，保證了后續(xù)縫隙尺寸測量的精確度。

請參見圖3，圖3是本發(fā)明自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法第二實施例的流程圖。本實施例的自由曲面內(nèi)三維縫隙形貌自動采集方法包括以下步驟：

S21、初始采集位姿獲取步驟：根據(jù)待測量自由曲面產(chǎn)品的縫隙位置獲取圖像采集裝置初次采集該縫隙的初始采集位姿p₀(x₀,y₀,z₀,θ₀)；

S22、結束采集位姿獲取步驟：根據(jù)待測量曲面產(chǎn)品的縫隙位置及長度獲取該縫隙的最后一次的結束采集位姿；

S23、圖像采集裝置的初始采集位姿調(diào)整步驟：根據(jù)獲取的初始采集位姿調(diào)整圖像采集裝置的初始采集位姿；

S25、當前段圖像采集步驟：采集該段的縫隙圖像；

當該段采集為首次采集時，該當前段者為首段采集，當該段采集為中間任何一次采集，則當前段為對應的中間段采集，當該段為最后一次采集，那么，該當前段則為對應的結束段采集。

S27、下一段待采集縫隙的采集位姿調(diào)整步驟：根據(jù)當前段和當前段的上一段縫隙圖像信息、圖像采集裝置的當前位姿約束圖像采集裝置采集下一段縫隙的采集位姿；判斷圖像采集裝置的下一段采集位姿是否超出終點采集位姿；若超出終點采集位置則結束采集；若未超出終點采集位置，則調(diào)整圖像采集裝置的下一段采集位姿，從而逐步實現(xiàn)由首至尾的依次分段采集縫隙圖像。

在其他的實施例中，上述S22步驟可以在S21步驟之前，也可以在步驟S23之后，只要在S27步驟之前即可。

本發(fā)明實施方式，在第一實施例的基礎上，用戶只需要輸入起始位置和結束位置，圖像采集裝置即可根據(jù)控制由首至尾的自動依次分段采集自由曲面產(chǎn)品的縫隙圖像，進一步降低了用戶的工作強度，提高了采集精確度，提高用戶的滿意度。

請參見圖4，圖4是本發(fā)明圖像采集裝置的初始采集位姿調(diào)整步驟的具體流程圖，適用于第一實施例和/或第二實施例中的初始采集位姿調(diào)整。所述圖像采集裝置的初始位姿調(diào)整步驟包括以下子步驟：

S131、將圖像采集裝置移動至初始采集位置處(即p₀(x₀,y₀,z₀))并調(diào)整該圖像采集裝置的初始采集向量

在一些具體實施方式中，可以手動將圖像采集裝置移動至初始采集位置處再調(diào)整初始采集向量在本實施方式中，初始采集向量為手動調(diào)整，用戶可以先調(diào)整初始采集方向后，再控制圖像采集裝置使其移動至初始采集位置，也可以先通過上位機控制圖像采集裝置移動至初始采集位置后，再手動粗調(diào)初始采集向量

S132、縫隙圖像試采集；

當圖像采集裝置移動至初始采集位置并粗調(diào)初始采集方向后，上位機控制圖像采集裝置開始縫隙圖像采集。

S133、根據(jù)試采集的縫隙圖像得到縫隙輪廓；

如圖6所示，當所述圖像采集裝置試采集到圖像信息后，將采集的圖像發(fā)送至上位機，上位機對采集到的縫隙圖像進行處理得到縫隙圖像輪廓，進而得到當前段縫隙圖像輪廓的最高點最低點重要拐點集合k_i、以及縫隙寬度方向的兩邊緣點(即左邊緣點右邊緣點)；

S134、根據(jù)所述縫隙輪廓計算輪廓點云數(shù)據(jù)的法向向量

S135、判斷所述法向向量與圖像采集裝置的初始采集方向向量的夾角的絕對值是否大于或等于第一閾值，若大于或等于所述第一閾值，則進入S136步驟，若小于所述第一閾值，則將當前試采集的圖像視為首段采集，轉(zhuǎn)入下一段待采集縫隙的采集位置調(diào)整步驟；

S136、若大于或等于所述第一閾值，則根據(jù)大于或等于的角度調(diào)整所述圖像采集裝置的位姿(即C向和Y向調(diào)整，具體調(diào)整方式可見下文中S173和S174步驟)，以使其采集光束方向垂直地射入待測量自由曲面產(chǎn)品的縫隙內(nèi)，進入當前段圖像采集步驟，以重新進行縫隙圖像的首段采集。

上述S132步驟至S135步驟主要用于對圖像采集裝置的位姿進行微調(diào)，以彌補手動粗調(diào)精度不準的缺陷，還用戶當處理得到用戶粗調(diào)精度達到標準后，直接將試采集試為首段采集，避免首段采集重復，簡化采集步驟、采集復雜度?？梢岳斫獾模谄渌膶嵤├?，所述初始采集向量也可以全程采集上位機控制自動調(diào)整，直至初始采集向量與采集得到的法向向量的夾角滿足第一閾值(即滿足采集方向與縫隙所在的面相垂直或近似垂直)。

本發(fā)明實施方式，通過上述方式調(diào)整初始采集位姿，自動對位姿進行調(diào)整，保證首段采集的精確度。

請參見圖5及圖6，為圖像采集裝置的位姿調(diào)整流程，適用于上述第一實施例和/或第二實施例中下一段待采集縫隙的采集位姿調(diào)整步驟。所述下一段待采集縫隙的采集位姿調(diào)整包括以下步驟：

S171、根據(jù)當前段縫隙圖像的縫隙輪廓的拐點集合k_ij計算得到當前縫隙輪廓的點云數(shù)據(jù)的法向向量

S172、判斷所述法向向量與上一段采集的縫隙圖像對應的縫隙輪廓的點云數(shù)據(jù)的法向向量的夾角Δθ_i的絕對值是否大于或等于預設的第一閾值；若大于或等于預設的第一閾值，則進入S173步驟，若小于預設的第一閾值Δθ，則轉(zhuǎn)入S176步驟；

S173、控制所述圖像采集裝置C向轉(zhuǎn)動Δθ_i度；該步驟包括以下子步驟：

S173a、判斷所述夾角Δθ_i是否大于或等于正的第一閾值+Δθ，若是，則進入S173b步驟，若否，則轉(zhuǎn)入S173c步驟；

S103b、控制圖像采集裝置C向順時針轉(zhuǎn)動角度Δθ_i，轉(zhuǎn)入S174a步驟；

S173c、所述夾角Δθ_i小于或等于負的第一閾值-Δθ；

S173d、控制圖像采集裝置C向逆時針轉(zhuǎn)動角度Δθ_i,轉(zhuǎn)入S174b步驟；

S174、根據(jù)轉(zhuǎn)動角度Δθ_i計算圖像采集裝置沿縫隙長度方向Y的相應位移ΔY位置，使圖像采集裝置回位，從而使圖像采集裝置的采集方向近似垂直于縫隙內(nèi)，即y_i＝y(tǒng)_i，y_i為圖像采集裝置在縫隙長度方向Y坐標，即Y方向坐標；然后再觸發(fā)圖像采集裝置再次采集當前段圖像，即再次進入當前段圖像采集的步驟，以保證當前段圖像的采集是在正確的位姿下采集后，進入S175步驟；

所述S174步驟包括以下子步驟：

S174a、控制所述圖像采集裝置沿縫隙長度方向正方向勻速移動ΔY位置，以使圖像采集裝置回位，即y_i＝y(tǒng)_i，轉(zhuǎn)入S174c步驟；

S174b、控制所述圖像采集裝置沿縫隙長度方向反方向移動ΔY位置，以使圖像采集裝置回位；

S174c、觸發(fā)圖像采集裝置再次采集當前輪廓，覆蓋原點云數(shù)據(jù)，即使得a_i,j＝a_i,j，a_i,j表示當前段的圖像縫隙的點云數(shù)據(jù)。

S175、判斷圖像采集裝置的下一段采集位置y_i+1＝y(tǒng)_i+t_y是否超出終點y_final，即y_i+1＝y(tǒng)_i+t_y≤y_final，所述t_y為采樣間隔；若超出終點，則結束采集，若未超出終點，則進入S176步驟；

S176、則圖像采集裝置沿縫隙的長度方向正方向勻速移動采樣間隔t_y，使得y_i+1＝y(tǒng)_i+t_y；

S177、判斷待采集的下一段縫隙在縫隙的寬度方向(X方向)和高度方向(Z方向)是否位于圖像采集裝置的規(guī)定的視場采集范圍內(nèi)，該規(guī)定的視場采集范圍處于圖像采集裝置的有效采集視場范圍內(nèi)(見圖6)；若未位于所述圖像采集裝置的規(guī)定采集視場的范圍內(nèi)，則進入S178步驟，若位于所述圖像采集裝置的規(guī)定采集視場的范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)入S15步驟，以進行下一段縫隙的當前圖像采集；

本實施例中，可以通過以下步驟調(diào)整圖像采集裝置在X方向位姿，以使得其在寬度方向位于有效采集視場范圍內(nèi)：

S1771、判斷其中,x_i表示當前段縫隙對應的圖像采集裝置在縫隙的寬度方向X的坐標，即X方向坐標，x_i+1表示圖像采集裝置下一段采集時的X方向坐標，為當前段縫隙圖像的縫隙輪廓的邊緣中點，為上一段縫隙圖像的縫隙輪廓的邊緣中點，F(xiàn)_w圖像采集裝置的視場寬度(見圖6)；若大于或等于，則進入S1772步驟；若小于，則轉(zhuǎn)入S1773步驟；

S1772、下一段圖像采集裝置的寬度方向X的坐標為

S1773、判斷若小于或等于，則進入S1774步驟，若大于，則視為下一段圖像采集裝置的寬度方向X的視場位于規(guī)定采集視場內(nèi)；

S1774、下一段圖像采集裝置的寬度方向X的坐標為則

本實施例中，可以通過以下步驟調(diào)整圖像采集裝置在Z方向位姿，以使得其在高度方向位于規(guī)定采集視場范圍內(nèi)：

S1771’、判斷其中，為當前段縫隙圖像的縫隙輪廓的最低點，為上一段縫隙圖像的縫隙輪廓的最低點，F(xiàn)_h為圖像采集裝置的視場高度(見圖6)，z_i表示當前段縫隙對應的圖像采集裝置在高度方向Z的坐標，即Z方向坐標,z_i+1表示圖像采集裝置下一段采集時Z方向坐標，若大于或等于，則進入S1772’步驟，若小于，則轉(zhuǎn)入S1773’；

S1772’、下一段圖像采集裝置的Z坐標為

S1773’、判斷若小于或等于，則進入S1774’步驟，否則，視為下一段圖像采集裝置的高度方向Z的視場位于規(guī)定采集視場內(nèi)；

S1774’、下一段圖像采集裝置的高度方向Z的坐標則為

S178、調(diào)整圖像采集裝置的X方向坐標和/或Z方向坐標，使其采集視場位于規(guī)定采集視場范圍內(nèi)，當X方向坐標和Z方向坐標均位于規(guī)定采集視場范圍內(nèi)后，然后再觸發(fā)圖像采集裝置采集新位置的縫隙圖像，即再次轉(zhuǎn)入當前段圖像采集步驟，以采集新位置的縫隙圖像。

上述X方向和Z方向坐標的調(diào)整流程并無先后順序，在一些實施例中，可以先調(diào)整Z方向坐標后再調(diào)整X方向坐標，也可以先調(diào)整X方向坐標后再調(diào)整Z方向坐標。

具體在對自由曲面內(nèi)縫隙進行自動采集時，將待測自由曲面縫隙放置在測量平臺上，標記待測縫隙的起點與終點；輸入起點位姿和終點位姿，圖像采集裝置根據(jù)上位機控制自動移動到被測縫隙的起點采集位置，點擊連續(xù)觸發(fā)按鈕啟動激光器發(fā)射激光，手動控制使線光束近似垂直照射到待測縫隙內(nèi)部；啟動姿態(tài)自調(diào)位按鈕，上位機根據(jù)相機當前采集的縫隙輪廓自動調(diào)整圖像采集裝置的姿態(tài)；啟動一鍵測量按鈕，測量系統(tǒng)控制圖像采集裝置向前勻速移動，周期間隔觸發(fā)激光器發(fā)射激光，同時相機等周期的拍照采樣，并將采樣點云數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理單元(可以是上位機內(nèi)置處理單元)進行處理，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)當前縫隙特征調(diào)整采集裝置的姿態(tài)，重復上述動作直至整個縫隙輪廓采集完成。

以上僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。