● 摘要
管路产品在飞机及其发动机、航天器、汽车和船舶等复杂产品中有着广泛的应用。机械系统中的管路形状复杂多变，接口多，有较高工艺要求和装配精度要求，为了保证管路的制造及焊装精度，进行管路空间数据的检测具有重要的意义。
目前航天器管路组件的制造过程中主要利用激光跟踪仪等精密测量仪器作为辅助测量工具，但由于管路附件种类众多且有严格的相对位置要求（如管接头或法兰与管路之间的相对位置关系），激光跟踪仪无法完整测得这些数据信息，因此现有的测量设备已经越来越无法满足管路测量的要求。相比激光跟踪仪，视觉测量有其不可取代的优势，在管路检测方面运用视觉测量方法不但速度快、非接触、易于自动化，而且精度高。视觉测量方法所运用到的关键技术有图像处理、图像立体匹配和数据三维重构等，视觉测量技术在管路的空间参数测量方面有重要的意义。
为了改变传统管路检测方法的弊端，实现管路的实时快速测量，本文详细分析管路基本特征及其应用，并总结了近几年管路视觉测量的国内外研究现状。结合管路的特点指出管路视觉测量方法的优越性和必要性。研究视觉测量与三维重构的基本原理及其涉及到的算法，包括摄像机标定、图像处理、边缘提取、管路ROI区域提取、双目立体视觉匹配和数据的三维重构。本文首先采用双目相机，对管路组件进行图像采集，得到多组管路图像，然后利用双目标定确定两个相机的内外参数，利用经典的边缘提取方法提取图像中管路组件的边缘特征，采用曲线拟合的方法提取管路的中心线，通过管路中心线匹配算法，建立了左右图像的匹配关系，最后得到管路的几何参数，对管路的模型进行三维重建。本文从视觉测量原理和测量环节两个方面进行了研究，首先开发了管路双目视觉测量软件系统，然后搭建了简易实验平台，以管路组件为实验对象进行案例验证，最后对测量系统误差进行了较为详尽的分析，通过大量实验，分析了影响误差的因素，验证了误差产生的原因，表明该方法的可行性以及精确程度。