基于多目视觉的复杂管路数字化快速检测新方法研究

The detection of pipelines is the most effective means to ensure the pipeline's manufacturing quality and to realize the stress-free assembly target.Along with the complex electromechanical products becoming smaller and lighter, the spatial shape of the pipelines is more and more complex. Then, the traditional detection methods of pipelines have been unable to meet the needs of engineering. This project proposes a new method based on multi-vision for large-size complex pipeline's rapid detection.The theory and methods for detection and three-dimensional reconstruction are researched in this project. The multi-mesh data acquisition, stitching and redundant data processing, calibrating, feature extraction, stereo matching technology will be researched.The key technologies will be break, such as the optimization of multi-view layout based on measurment domain, the pipeling's three-dimensional reconstruction based on the centerline's stereo matching, the pipeline's joints and connectivity identification and reconstruction based on CAD model, and the analysis and modeling techniques for measurment error. Finally,the prototype system will be developed and the verification of application will be carried out.The complex pipelines' accurate measurement and 3D display will be realized. This project will provide a new detection method for the realization of pipeline's once successful assembly and stress-free assembly.

管路实物检测是保证管路制造质量和实现无应力装配目标的不可缺少的最有效手段。随着复杂机电产品的小型化、轻量化方向发展，管路的空间形状越来越复杂，传统的管路检测方法已经无法满足工程需要。本项目拟提出一种基于多目视觉的大尺寸复杂管路快速检测新方法，系统探索该方法中的检测与三维重建相关理论与方法，开展多目数据采集、拼接与冗余数据处理、多目标定、特征提取、立体匹配等技术研究，突破基于测量域的多视点优化布局、基于空间曲线的多视点融合、基于中心线立体匹配的管路三维重建、基于CAD三维模型的管路接头和连通的识别重建、以及测量误差分析与建模技术等关键实现技术。最后研制原型系统并开展应用验证，实现复杂管路的精确测量与三维显示，为最终实现管路一次装配成功和无应力装配提供新的检测方法和手段。

管路在航空、航天、汽车等工业领域的复杂机电产品中广泛应用，其可靠安装直接影响产品质量。管路测量是保证管路加工质量和实现无应力装配的最直接有效的手段之一。随着复杂机电产品向小型化、轻量化方向发展，产品的填充密度增加，管路空间形态越来越复杂，其测量难度也加大，传统的管路测量方法已经无法满足工程需求。针对这些问题，本项目提出了基于多目视觉的大尺寸复杂管路快速检测新方法。经过三年富有成效的研究工作，本项目攻克了该方法中的关键技术，实现了项目研究目标，获得了具有创新性的研究成果：（1）研究了基于多目视觉的管路数字化测量系统框架，提出了一种基于多目视觉的管路数字化测量方法和系统，制定了管路管件测量与重建流程、管路接头测量与重建流程及测量系统技术体系；（2）通过分析管路特点，提出了一种基于中心线匹配和拼接的管路管件测量和重建方法。实现了结合多视点配准技术、特征提取、数据融合、模式识等技术以NURBS曲线以及重建单元作为描述工具和匹配基元的大尺寸复杂管路的精确快速测量和三维重建；（3）提出了一种基于形状特征的管路接头测量和重建方法，实现了对管路接头、连通等附件测量与重建；（4）研究了管路多目测量系统误差分析和建模方法。从基于多目视觉的管路数字化测量流程出发，建立了测量系统误差传递模型，实现了管路的快速、精确三维非接触式检测，可达到检测管路尺寸直径Φ3mm~Φ50mm、长度50mm~2000mm的检测范围，管路中心线测试精度0.1mm，单件管路测量时间小于2分钟。这些成果建立了大尺寸复杂管路的三维重建与检测新方法的理论体系，为管路的非接触式、高精度、在线检测方法提供理论基础和关键实现技术，填补国内外空白。在国内外核心期刊和会议上发表论文10篇左右，其中SCI检索3篇，EI检索7篇；撰写关键技术攻关报告、管路测量工艺规范，系统校准规范、应用实例测试分析报告等4份报告；申请国家发明专利6项；获得自主软件著作权1项；培养博士生4人，硕士生3人。