识别机械工件位姿的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及数控加工与检测设备应用领域，为提出识别机械工件位姿的方法，实现加工或检测设备的智能化和自动化。本发明专利技术采用的技术方案是，识别机械工件位姿的装置和方法，利用金属夹具对机械工件进行固定，金属夹具的颜色要和被测量的大多数材质的机械工件从颜色上进行区别；当彩色工业相机从某一个位置和角度对机械工件进行检测时，首先分别拍摄两幅图片，一幅图片没有结构光，另外一幅有结构光，从没有结构光的图片中确定出那些像素属于金属夹具颜色，说明这些像素是夹具的成像，进而确定出机械工件的成像区域；最后利用机械工件成像和另外一幅结构光成像的信息计算提取机械工件的三维点云信息。本发明专利技术主要应用于数控加工场合。

Device and method for identifying mechanical workpiece position and orientation

The invention relates to the field of numerical control processing and testing equipment, in order to propose a method for recognizing the position and orientation of mechanical workpieces, and to realize the intelligentization and automation of processing or testing equipment. The technical scheme of the invention, apparatus and method for identification of mechanical workpiece position, fixed on the mechanical workpiece using metal fixture, workpiece material mechanical most metal fixture color must be measured and the difference in color; when the color industrial camera to detect the mechanical workpiece from a certain position and angle first of all, were taken two pictures, a picture is not structured light, another structure light, no light from the structure picture identify those pixels belonging to the metal fixture color, indicating that these pixels are fixture imaging, then the imaging area of mechanical workpiece; the final calculation of 3D point cloud information extraction of mechanical workpiece the use of mechanical workpiece imaging and another optical imaging information structure. The invention is mainly applied to the occasions of numerical control processing.

【技术实现步骤摘要】
识别机械工件位姿的装置和方法
本专利技术涉及数控加工与检测设备应用领域，具体讲，涉及到机械工件位姿识别的设备装置。
技术介绍
为了提高数控机器设备的安全性和智能化，对加工或者检测的零件位置和姿态的识别是一个需要解决的重要问题，早期的研究工作主要是针对二维场景中的问题进行的。RafiqAhmad等人基于机器视觉应用两个三维空间方法，虚拟空间对实际空间进行仿真，在虚拟空间中进行防碰撞检测和安全轨迹的生成。Tian等人提出了利用摄像机在虚拟空间和实际空间中同样的位置对零件进行拍照并进行图像识别的方法，同时提出了一种基于图像识别的标定方法，但是该标定方法适用的空间小，提取的三维信息少，应用范围比较局限。赵金才利用几何矩对三坐标测量机平台上的零件进行位姿识别，但是实验中只是利用单个摄像机，空间信息提取较少，而且对摄像机坐标系和三坐标测量机坐标系之间的关系要求比较苛刻，并不能够实现零件各种位姿的识别。韩宁利用两个相机对三坐标测量机的零件进行位姿识别，能够一定限度地提取三维空间信息，但是仍然不能实现对零件各种姿态全方位空间信息的提取，定位精度也不高。实际加工或测量过程中，很多机械工件都是需要夹具固定到测量或加工平台上。这样会导致很多工件和金属夹具无法从黑白工业相机中区别开来，也就无法识别具体检测的是什么机械工件以及具体的位置姿态，也就难以实现加工或检测设备的智能化和自动化。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出识别机械工件位姿的方法，实现加工或检测设备的智能化和自动化。本专利技术采用的技术方案是，识别机械工件位姿的方法，利用金属夹具对机械工件进行固定，金属夹具的颜色要和被测量的大多数材质的机械工件从颜色上进行区别；当彩色工业相机从某一个位置和角度对机械工件进行检测时，首先分别拍摄两幅图片，一幅图片没有结构光，另外一幅有结构光，从没有结构光的图片中确定出那些像素属于金属夹具颜色，说明这些像素是夹具的成像，进而确定出机械工件的成像区域；最后利用机械工件成像和另外一幅结构光成像的信息计算提取机械工件的三维点云信息。一个实例中，具体步骤是：1)首先通过结构光扫面确定出机械工件放置在测量或加工空间的具体位置，具体是，三坐标测量机回转体带动视觉系统扫面整个测量平台，去掉测量本台本身的点云，剩余就是机械工件和夹具的点云。2)根据1)检测的机械工件和夹具的具体位置，然后围绕机械工件和夹具规划出不同的检测位置和角度；3)对于每个位置和角度彩色工业相机都要采集两幅图片，一幅是没有结构光图片，一幅是具有结构光的图片，从第一幅图片中区别出那些像素区域是机械工件及那些像素区域是机械工件，然后把机械工件区域的结构光信息进行三维模型计算，计算出机械工件的三维特征点云数据。4)根据3)中计算的机械工件的三维点云数据和CAD模型生成的点云数据进行识别匹配，最终确定待测或加工的机械工件及位置姿态。把机械工件区域的结构光信息进行三维模型计算具体采用激光三角法进行计算，进行识别匹配具体是根据曲率算子进行识别，或者根据ICP算法进行配准。金属夹具为铜质金属夹具。识别机械工件位姿的装置，由金属夹具、彩色工业相机构成，被测机械工件固定在金属夹具上，彩色工业相机固定在三坐标测量机的回转体上，回转体带动相机实现不同位置不同角度对机械工件进行高精度的检测。所述金属夹具为铜质夹具。本专利技术的特点及有益效果是：1、使用彩色工业相机能够从工件的颜色上直接区分夹具和机械工件，为后续的识别机械工件的位置和姿态打下了良好的基础。2、使用的铜质夹具，保证了夹具具有明显的铜黄色，使得夹具和常见的机械工件材料如铝、钢等材料具有明显的颜色差别，使得夹具和工件能够更好的区别开来。3、彩色工业相机固定到三坐标测量机的回转体上，能够带动相机实现不同位置不同角度对机械工件进行高精度的检测。4、通过结构光和相机共同作用建立视觉检测模型，能够有效的提取各种工件的三维特征点云信息，为后续的识别奠定了基础。5、铜质夹具具有明显的颜色，同时又具有比较强的机械强度，不容易发生形变，而且成本也是相对比较合适。6、本专利技术的装置能够实现常见机械工件的位姿识别，具有较好的实用性。附图说明：图1视觉系统装置图。图2机械工件及夹具示意图。具体实施方式针对上述问题，本专利技术提出了一种机械工件位姿识别装置。本装置主要有一台彩色工业相机和铜质的夹具组成。下面以三坐标测量机为例进行说明，但本专利技术的应用不局限于三坐标测量机。彩色工业相机固定在三坐标测量机的回转体上见图1，通过回转体带动相机实现在不同位置不同角度对测量平台上的机械工件进行检测，从而提取更加全面的三维特征信息。当机械工件需要夹具固定才能实现比较稳定地放置在测量平台上时，本专利技术提出利用铜质夹具对机械工件进行固定，铜质夹具呈现铜黄色能够和被测量的大多数材质的机械工件从颜色上进行区别。当彩色工业相机从某一个位置和角度对机械工件进行检测时，首先分别拍摄两幅图片，一幅图片没有结构光比如激光等，另外一幅有结构光。从没有结构光的图片中确定出那些像素属于铜黄色，说明这些像素是夹具的成像，进而确定出机械工件的成像区域。最后利用机械工件成像和另外一幅结构光成像的信息计算提取机械工件的三维点云信息，比如利用激光三角法等模型计算。在三坐标测量机防碰撞系统的实际空间中有三种三维坐标系，分别是三坐标测量机坐标系、视觉坐标系、零件坐标系。视觉坐标系建立了零件坐标系和三坐标测量机坐标系之间的联系。三个坐标系之间都是通过标定建立的转换关系。下面结合附图和实施例对本专利技术的进行详细的描述。本专利技术提出了一种机械工件位姿识别装置。专利技术的装置设计是以三坐标测量机为平台，但图1所示的视觉系统应用不限于三坐标测量机平台，广泛适用于其他数控加工与检测设备。本装置主要有一台彩色工业相机和铜质的夹具组成。下面以三坐标测量机为例进行说明，但本专利技术的应用不局限于三坐标测量机。彩色工业相机固定在三坐标测量机的回转体上见图1，通过回转体带动相机实现在不同位置不同角度对测量平台上的机械工件进行检测，从而提取更加全面的三维特征信息。当机械工件需要夹具固定才能实现比较稳定地放置在测量平台上时，本专利技术提出利用铜质夹具对机械工件进行固定，铜质夹具呈现铜黄色能够和被测量的大多数材质的机械工件从颜色上进行区别，如图2所示，银白色的金属球位待测工件，下面的铜黄色为夹具，本专利技术的应用夹具和工件不限于图2所示。当彩色工业相机从某一个位置和角度对机械工件进行检测时，首先分别拍摄两幅图片，一幅图片没有结构光比如激光等，另外一幅有结构光。从没有结构光的图片中确定出那些像素属于铜黄色，说明这些像素是夹具的成像，进而确定出机械工件的成像区域。最后利用机械工件成像和另外一幅结构光成像的信息计算提取机械工件的三维点云信息，比如利用激光三角法等模型计算。具体实施步骤为：1)首先通过结构光扫面确定出机械工件放置在测量或加工空间的具体位置。如图1三坐标测量机回转体带动视觉系统扫面整个测量平台，去掉测量本台本身的点云，剩余就是机械工件和夹具的点云。2)根据(1)检测的机械工件和夹具的具体位置，然后围绕机械工件和夹具规划出不同的检测位置和角度。3)对于每个位置和角度彩色工业相机都要采集两幅图片，一幅是没有结构光如激光的图片，一幅是具有结构光的图片。从第一幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种识别机械工件位姿的方法，其特征是，利用金属夹具对机械工件进行固定，金属夹具的颜色要和被测量的大多数材质的机械工件从颜色上进行区别；当彩色工业相机从某一个位置和角度对机械工件进行检测时，首先分别拍摄两幅图片，一幅图片没有结构光，另外一幅有结构光，从没有结构光的图片中确定出那些像素属于金属夹具颜色，说明这些像素是夹具的成像，进而确定出机械工件的成像区域；最后利用机械工件成像和另外一幅结构光成像的信息计算提取机械工件的三维点云信息。

【技术特征摘要】
1.一种识别机械工件位姿的方法，其特征是，利用金属夹具对机械工件进行固定，金属夹具的颜色要和被测量的大多数材质的机械工件从颜色上进行区别；当彩色工业相机从某一个位置和角度对机械工件进行检测时，首先分别拍摄两幅图片，一幅图片没有结构光，另外一幅有结构光，从没有结构光的图片中确定出那些像素属于金属夹具颜色，说明这些像素是夹具的成像，进而确定出机械工件的成像区域；最后利用机械工件成像和另外一幅结构光成像的信息计算提取机械工件的三维点云信息。2.如权利要求1所述的识别机械工件位姿的方法，其特征是，一个实例中，具体步骤是：1)首先通过结构光扫面确定出机械工件放置在测量或加工空间的具体位置，具体是，三坐标测量机回转体带动视觉系统扫面整个测量平台，去掉测量本台本身的点云，剩余就是机械工件和夹具的点云。2)根据1)检测的机械工件和夹具的具体位置，然后围绕机械工件和夹具规划出不同的检测位置和角度；3)对于每个位置和角度彩色工业相机都要采集两幅图片，一幅是没有结构光图...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘书桂，韩振华，张海涛，张瑞，冯鑫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12