一种基于机器视觉识别的铝材平整检测方法、设备及介质与流程

本发明涉及机器视觉检测，特别是一种基于机器视觉识别的铝材平整检测方法、设备及介质。

背景技术：

1、随着铝材在航空航天、轨道交通、建筑幕墙和精密制造等领域的广泛应用，铝材平整度逐渐成为影响切割、焊接、覆膜、装配及后续表面处理质量的重要指标。现有铝材平整检测技术已由人工靠尺和接触式测量，逐步发展为基于激光三角测量、结构光投影、机器视觉成像及三维点云重建的非接触检测方式；通常采集铝材表面的光条纹图像，根据光条纹中心偏移计算表面高度，并结合平面拟合、曲率分析及高度偏差识别边浪、中浪、翘曲和局部凸凹等平整异常。

2、现有技术仍存在两方面不足：一方面，铝材表面具有较强反射特性，光条纹容易受到高亮饱和、多次反射和条纹错配影响，仅依据单侧成像或局部连续性进行重建，容易将反射干扰误认为真实形貌；另一方面，铝材在线输送过程中受到支承位置变化、输送振动和局部弹性变形影响，现有滤波和平面拟合方法难以将暂态变形与固定于材料位置的固有形貌准确分离，多个异常区域之间也缺少贡献复核，难以准确确定主导平整异常。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于机器视觉识别的铝材平整检测方法解决反射干扰和暂态变形影响真实形貌重建及主导平整异常识别的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明提供了一种基于机器视觉识别的铝材平整检测方法，其包括：采集铝材身份与输送运行数据，并依据机器视觉识别的铝材边界统一采集时刻和材料位置，得到铝材检测时空基准；利用铝材检测时空基准向同一材料区域交替投射预配准的镜像编码光条纹，采集镜像编码光条纹机器视觉图像，并结合光条纹重合状态和反向成对偏移生成镜像光条纹偏移记录；对镜像光条纹偏移记录进行材料位置一致性和几何互逆校验，保留真实形貌响应并剥离非互逆反射响应，再将真实形貌响应绑定至材料位置进行双向重建，得到几何互逆材料坐标重访点云；对几何互逆材料坐标重访点云进行不同支承相位下的形貌反证匹配并剥离暂态变形与输送振动，形成铝材固有形貌曲面，再对铝材固有形貌曲面进行平整基准评价和异常形态识别，生成平整异常候选区域；基于平整异常候选区域生成虚拟平整替代曲面，并复算替换前后的平整变化，形成异常贡献闭合复核记录；依据异常贡献闭合复核记录确定主导平整异常，并读取主导平整异常对应的镜像光条纹偏移记录，校验主导平整异常与反向成对偏移之间的材料位置一致性和几何互逆关系，得到铝材平整检测信息。

5、作为本发明所述基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的一种优选方案，其中，所述得到铝材检测时空基准，具体步骤如下：

6、采集铝材身份与输送运行数据，将机器视觉采集时刻与编码器脉冲时刻和支承位置采集时刻锁定至同一时间轴，再采集铝材边界图像并转换至输送平面坐标，确定铝材前端位置和左右边界轨迹，形成铝材边界时序轨迹；

7、依据铝材边界时序轨迹提取左右边界的微观轮廓变化，并对相邻采集时刻的微观轮廓变化进行位移匹配，形成左右边界视觉位移记录，再对左右边界视觉位移记录进行双侧位移闭合校验，将闭合通过的左右边界视觉位移与编码器位移进行融合，形成铝材实际移动序列；

8、基于铝材实际移动序列确定铝材中心位置和偏转方向，将输送平面位置和支承位置转换至铝材材料坐标并与统一采集时刻绑定，得到铝材检测时空基准。

9、作为本发明所述基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的一种优选方案，其中，所述生成镜像光条纹偏移记录，具体步骤如下：

10、依据铝材检测时空基准确定同一材料区域在连续采集时刻的材料位置，并按照材料位置变化控制两侧结构光投射器交替投射镜像编码光条纹，形成同域交替投射时序记录；

11、利用同域交替投射时序记录对两侧镜像编码光条纹进行基准平面重合配准，并按照配准关系采集两侧结构光投射器开启时的镜像编码光条纹机器视觉图像，再提取对应光条纹的编码编号和中心位置，得到镜像编码光条纹中心记录；

12、使用镜像编码光条纹中心记录将相同编码编号的光条纹绑定至同一材料位置，确定对应光条纹相对于基准平面重合位置的偏移方向和偏移距离，并记录光条纹重合状态和方向相反的成对偏移，再将材料位置与采集时刻和光条纹编码编号进行绑定，生成镜像光条纹偏移记录。

13、作为本发明所述基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的一种优选方案，其中，所述得到几何互逆材料坐标重访点云，具体步骤如下：

14、基于镜像光条纹偏移记录，按照光条纹编码编号与材料位置关联左向投射响应和右向投射响应，并按照采集时刻与材料坐标关联同一材料区域的重访响应，构建配置虚拟排斥节点的镜像偏移三域交互图并建立三域软传输关系，将无法形成稳定对应的光条纹响应传输至虚拟排斥节点，形成三域软传输记录；

15、依据三域软传输记录沿左向投射响应至右向投射响应再至重访响应并返回左向投射响应的传输路径进行回查，再计算返回材料位置偏差和镜像偏移互逆残差，保留材料位置偏差和镜像偏移互逆残差均满足校验条件且未传输至虚拟排斥节点的光条纹响应，并将未满足校验条件且传输至虚拟排斥节点的光条纹响应标记为非互逆反射响应，得到真实形貌响应记录；

16、基于真实形貌响应记录，按照左向投射光平面和右向投射光平面对同一材料位置的光条纹中心进行三角重建，得到左向三维点和右向三维点，并依据左向三维点与右向三维点在材料坐标中的法向距离进行双向重建一致性校验，再将通过双向重建一致性校验的重建点与不同采集时刻和不同采集位置的对应点进行关联，形成几何互逆材料坐标重访点云。

17、作为本发明所述基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的一种优选方案，其中，所述形成铝材固有形貌曲面，具体步骤如下：

18、利用几何互逆材料坐标重访点云将各重建点按照材料位置、支承相位和采集时刻进行排列，形成支承相位重访张量，再基于支承相位重访张量建立支承相位环图和支承相位驱动序列，并按照材料位置稳定性、支承相位连续性和采集时间传播关系进行联合分解，形成相位条件形貌分解记录；

19、使用相位条件形貌分解记录固定同一材料位置并依次替换相邻支承相位，将替换后形貌响应的极值位置和高度方向与对应重访高度进行匹配，剥离随支承相位转移的暂态变形和沿采集时刻同步变化的输送振动，保留始终锁定于同一材料位置的高度变化，得到铝材固有形貌初始曲面；

20、依据铝材固有形貌初始曲面将暂态变形与输送振动按照原支承相位和原采集时刻重新叠加，并将形貌回放结果与几何互逆材料坐标重访点云进行同材料位置校验，形成铝材固有形貌曲面。

21、作为本发明所述基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的一种优选方案，其中，所述生成平整异常候选区域，具体步骤如下：

22、基于铝材固有形貌曲面划定有效形貌区域，并通过最小化两平行包容平面之间的距离确定平整基准，形成最小包容平整基准，再计算各材料位置相对于最小包容平整基准的有符号高度偏差，并按照有符号高度偏差的正负方向分离曲面，生成双侧平整残差场；

23、依据双侧平整残差场建立递增尺度形貌演化序列，追踪正向残差区域与负向残差区域的边界变化和持续范围，剥离未能跨尺度持续存在的局部形貌，并对跨尺度持续存在的正向持续形貌区域与负向持续形貌区域进行空间配对，根据配对区域的分布位置和延伸方向识别异常形态，以各尺度共同覆盖范围确定稳定核心区域并以最小有效尺度覆盖范围确定外部影响边界，将稳定核心区域内有符号高度偏差超过平整允许范围的持续形貌区域确定为平整异常候选区域。

24、作为本发明所述基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的一种优选方案，其中，所述形成异常贡献闭合复核记录，具体步骤如下：

25、利用平整异常候选区域读取稳定核心区域和外部影响边界，按照相邻材料位置之间的形貌延续关系连接平整异常候选区域与外围正常形貌区域，形成平整异常候选区域干预图，再依据平整异常候选区域干预图在同一铝材固有形貌曲面中选取有符号高度偏差未超过平整允许范围且边界形状与稳定核心区域相匹配的正常形貌区域，并按照稳定核心区域的形状隐藏正常形貌区域内的固有高度，形成同材形貌缺口记录；

26、依据同材形貌缺口记录将正常形貌区域外围的边界高度、表面法向和整体弯曲走势向隐藏区域内部传播，得到恢复高度，并将恢复高度与正常形貌区域在隐藏前记录的原始固有高度进行对照校正，形成同材自先验图算子，再利用同材自先验图算子隐藏平整异常候选区域内的原始固有高度，并依据外部影响边界处的固有高度和表面法向向稳定核心区域延续正常形貌，生成虚拟平整替代曲面；

27、使用虚拟平整替代曲面替换平整异常候选区域并重新进行平整基准评价和异常形态识别，记录替换后的平整偏差变化，再将替换前后的高度差按照原材料位置回植至虚拟平整替代曲面并复算平整状态，核验平整偏差下降状态、原始形貌恢复状态和平整异常候选区域之外的形貌变化状态，并将核验内容与对应平整异常候选区域进行绑定，得到异常贡献闭合复核记录。

28、作为本发明所述基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的一种优选方案，其中，所述得到铝材平整检测信息，具体步骤如下：

29、依据异常贡献闭合复核记录比较各平整异常候选区域经虚拟平整替代曲面替换后的平整偏差下降状态、原始形貌恢复状态和平整异常候选区域之外的形貌变化状态，确定主导平整异常并读取对应稳定核心区域和外部影响边界的材料坐标，再按照铝材检测时空基准定位对应采集时刻和光条纹编码编号，从镜像光条纹偏移记录中提取左向投射响应与右向投射响应，形成主导平整异常反向偏移证据集；

30、基于主导平整异常反向偏移证据集，按照相同光条纹编码编号和同一材料位置关联左向投射响应与右向投射响应，比较左右投射材料坐标与主导平整异常材料坐标之间的位置偏差，并核验左向偏移与右向偏移是否满足方向相反、幅值对应和双向重建高度一致的条件，再将主导平整异常的异常形态、材料坐标范围、平整偏差变化、材料位置一致性校验状态和几何互逆校验状态进行绑定，得到铝材平整检测信息。

31、第二方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的任一步骤。

32、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于机器视觉识别的铝材平整检测方法的任一步骤。

33、本发明有益效果为：通过构建配置虚拟排斥节点的镜像偏移三域交互图，对左向投射响应、右向投射响应和重访响应进行闭合传输回查，实现了真实形貌响应与非互逆反射响应的分离，达到了提高铝材三维形貌重建真实性和降低反射干扰误检的效果；通过生成虚拟平整替代曲面并复算替换前后的平整变化，实现了对各平整异常候选区域实际贡献的闭合复核，达到了准确确定主导平整异常并提高铝材平整检测可靠性的效果。