一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法技术

本发明专利技术公开了一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法，该方法包括以下步骤：a.在待装配孔孔内的后端安装阶梯靶标，梯靶标的轴线与待装配孔处于共轴状态，采集阶梯靶标图像；b.步骤a中获得到阶梯靶标图像进行处理，得到边缘平滑过渡的阶梯靶标图像；c.对步骤b中边缘平滑过渡的阶梯靶标图像处理，得到一组拟合椭圆中心点集合；d.将步骤c中得到的拟合椭圆中心点集合分为第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集。步骤e.将步骤d中的所述第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集，分别运用最小二乘法进行椭圆拟合，的阶梯靶标的轴线。该轴孔装配自动对中的靶心识别方法，计算复杂度低，图像处理效率高且稳定。

Automatic target recognition method for a hole assembly

【技术实现步骤摘要】
一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法
本专利技术属于图像特征参数提取
，具体涉及一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法。
技术介绍
随着国际制造技术取得了突飞猛进的发展，机械装配的质量占据越来越重要的地位，是研究制造高性能装备的关键。旋转机构在目前汽车、飞机设计过程中应用非常普遍，如何保证该机构孔轴的装配精准性是一直困扰当前一线工程技术人员的难题。装配之前，孔轴处于分离状态，装配时要求孔轴对中，任何装配过程的误差都有可能降低产品使用寿命，加剧磨损，对工件的使用造成很大的危害。目前旋转机械孔轴的对中装配过程，传统的方法是由工人们肉眼观察孔轴的配合间隙，为了满足同轴度、轴间隙等硬性指标的要求，有时必须要反复调整，耗费大量的工时成本，并且过多人为因素的干预导致装配精度难以保证。为了降低工人的劳动强度，减少人为因素对装配精度的影响，在装配线规划中，针对孔轴对中装配过程应用机器视觉技术将会显著提高装配效果。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种计算复杂度低，图像处理效率高且稳定的轴孔装配自动对中的靶心识别方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法，该方法包括以下步骤：步骤a.使用阶梯靶标，阶梯靶标包括同轴设置且位于前部的第一圆柱体和位于后部的第二圆柱体，且第一圆柱体的直径小于第二圆柱体的直径，第一圆柱体和第二圆柱体的前端面上、且绕其边缘一周均设置有4A个圆形图案，且对应端面上的圆形图案的圆心分别位于对应的圆的圆周上，所形成的对应的两个圆为同心圆，其中：A为大于1的自然数，且两个圆柱体前端面的A的取值不要求相同；在待装配孔内的安装阶梯靶标，该阶梯靶标上的图案朝向待装配孔前端，且阶梯靶标轴线与待装配孔处于共轴状态，在待装配孔前端朝向孔内采集阶梯靶标，得阶梯靶标图像；步骤b.对步骤a中获得到阶梯靶标图像进行处理，得到边缘平滑过渡的阶梯靶标图像；步骤c.对步骤b中边缘平滑过渡的阶梯靶标图像处理，获得阶梯靶标图像边缘轮廓集合，对边缘轮廓集合中的每个子集分别进行最小二乘椭圆拟合，得到一组拟合椭圆中心点集合；步骤d.将步骤c中得到的拟合椭圆中心点集合分为第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集；步骤e.将步骤d中的所述第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集，分别运用最小二乘法进行椭圆拟合，即得到对应的第一圆柱体前端面中心点和第二圆柱体前端面中心点；连接两个中心点，即为阶梯靶标的轴线，靶标轴线的位姿即为待装配孔的位姿。进一步地，该步骤d的具体过程如下：步骤d1.设处理后的阶梯靶标图像左上角第一个像素点为图像坐标系原点，水平向右为X轴正方向，竖直向下为Y轴正方向；在图像坐标系中，将所述拟合椭圆中心点按照距离图像坐标系原点由小到大的原则重新排序，获得有序点集Si(i＝1,2,3,4,5,6…)；步骤d2.遍历有序点集Si，搜索满足正方形分布的坐标点，首先设S1为正方形的一个顶点Pt1，以顶点Pt1为对角线的一个点，遍历有序点集Si，在该对角线上寻找正方形的第二个顶点Pt2，该对角线的斜率k满足如下要求：0.5<k<3；步骤d3.搜索正方形的第三个顶点，设Pt1和Pt2两点间对角线对应的一次函数为：y1＝ax+b，该对角线中点为其中：Pt1(m1,n1)和Pt2(m2,n2)；Pt1到M点的距离为L，过M点作Pt1与Pt2连线的中垂线，得到该中垂线的一次函数为：设中垂线上一点为：遍历有序点集Si，若存在Si满足则将Si设为Pt3点；若Si不满足重新执行步骤d2，搜寻其他满足条件的Pt1、Pt2再执行步骤d3，直至存在Si满足则将Si设为Pt3点；步骤d4.搜寻正方形的第四个顶点，以点Pt1，Pt3确定向量VecX，点Pt2，Pt3确定向量VecY，设Pt1为坐标原点，向量VecX所在方向为X轴，向量VecY所在方向为Y轴，构建新坐标系；由正方形顶点排列特性得到参考点Pt4’在新构建的坐标系中可表示为：Pt4’＝Pt1+VecY，遍历有序点集Si，保存满足的Si点集，设为点集Qi，点集Qi中满足||Pt4'-Qi||取得最小值的点即为Pt4点，若存在Pt4点则执行步骤d6，若不存在Pt4点，则执行步骤d5；步骤d5.如果以S1点作为第一个顶点Pt1，不存在另外3个点满足步骤d2、d3、d4，则遍历点集Si，依次令Si(i＝2,3,4…)为Pt1，再继续步骤d2、d3、d4；步骤d6.将搜寻到的满足正方形分布的4个坐标点作为采集的阶梯靶标图像的参照点，计算椭圆圆心Si(i＝1，2，3…)到参照点的距离Gi(i＝1，2，3…)，并求得所有椭圆圆心到参照点的距离和的均值Ver；若Gi>Ver，且则该点属于外圆；若Gi<Ver且则该点属于内圆；其中比例值P为阶梯靶标的内外圆半径之比；得到内圆点集和外圆点集，内圆点集为第一圆柱体前端面点集，外圆点集为第二圆柱体前端面点集；其中：内圆为第一圆柱体前端面上的圆形图案的圆心形成的圆，外圆为第二圆柱体前端面上的前端面上的圆形图案的圆心形成的圆；步骤d7.若阶梯靶标倾斜角度过大，前端面对后端面的圆形图案遮挡，经过分类处理后只能得到第一圆柱体前端面点集，则再次遍历点集Si剔除得到的第一圆柱体前端面点集，即可得到第二圆柱体前端面点集。进一步地，该步骤b的具体过程如下：步骤b1.对步骤a中获得到阶梯靶标图像进行二值化处理，得到二值化阶梯靶标图像；步骤b2.对b1中获得的二值化阶梯靶标图像进行滤波处理，得到边缘平滑过渡的二值化阶梯靶标图像。进一步地，该步骤b1中采用最大类间方差法计算阈值，以得到二值化阶梯靶标图像。进一步地，该步骤b2中的具体处理过程如下：使用n*n的像素矩形沿着二值化阶梯靶标图像水平向右和竖直向下两个方向移动，将中心像素灰度值替换为相邻n*n像素矩形框内像素灰度的平均值，得到边缘平滑过渡的二值化阶梯靶标图像；其中n为大于0的自然数。进一步地，该步骤c中，将边缘平滑过渡的二值化阶梯靶标图像采用Canny算子获得阶梯靶标图像边缘轮廓集合。进一步地，每一个圆形图案内均设置有光源，所述第一圆柱体和第二圆柱体的前端面上均贴合安装有挡光板，每一个挡光板上均对应开设有圆孔，圆孔的位置与对应的圆形图案相一致，且圆孔的直径小于圆形图案的直径。本专利技术一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法具有如下优点：数学推导简单，计算复杂度低，图像处理效率高且稳定，可以有效的完成对中过程靶心特征的识别，反馈的位姿状态信息可用于自动装配过程的实时调整，极大提高了孔轴装配的效率和精度。附图说明图1是本专利技术一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法中待装配孔和待装配孔使用的阶梯靶标的结构示意图；图2是本专利技术中工业相机采集的原始靶标图像；图3是本专利技术中经过二值化处理后的靶标图像；图4是本专利技术中经过边缘提取后的轮廓图像；图5是本专利技术中基于正方形分布阵列的分类原理图；图6是本专利技术中阶梯靶标两端面中心识别效果图。其中：1.阶梯靶标；1-1.第一圆柱体；1-2.第二圆柱体；1-3圆形图案；1-4.挡光板。具体实施方式本专利技术一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法，该方法包括以下步骤：步骤a.使用阶梯靶标1，如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤a.使用阶梯靶标(1)，所述阶梯靶标(1)包括同轴设置且位于前部的第一圆柱体(1‑1)和位于后部的第二圆柱体(1‑2)，且第一圆柱体(1‑1)的直径小于第二圆柱体(1‑2)的直径，所述第一圆柱体(1‑1)和第二圆柱体(1‑2)的前端面上、且绕其边缘一周均设置有4A个圆形图案(1‑3)，且对应端面上的圆形图案(1‑3)的圆心分别位于对应的圆的圆周上，所形成的对应的两个圆为同心圆，其中：A为大于1的自然数，且两个圆柱体前端面的A的取值不要求相同；在待装配孔内的安装阶梯靶标，所述阶梯靶标(1)上的图案朝向待装配孔前端，且阶梯靶标轴线与待装配孔处于共轴状态，在待装配孔前端朝向孔内采集阶梯靶标，得阶梯靶标图像；步骤b.对步骤a中获得到阶梯靶标图像进行处理，得到边缘平滑过渡的阶梯靶标图像；步骤c.对步骤b中边缘平滑过渡的阶梯靶标图像处理，获得阶梯靶标图像边缘轮廓集合，对边缘轮廓集合中的每个子集分别进行最小二乘椭圆拟合，得到一组拟合椭圆中心点集合；步骤d.将步骤c中得到的拟合椭圆中心点集合分为第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集；步骤e.将步骤d中的所述第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集，分别运用最小二乘法进行椭圆拟合，即得到对应的第一圆柱体前端面中心点和第二圆柱体前端面中心点；连接两个中心点，即为阶梯靶标(1)的轴线，靶标轴线的位姿即为待装配孔的位姿。...

【技术特征摘要】
1.一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤a.使用阶梯靶标(1)，所述阶梯靶标(1)包括同轴设置且位于前部的第一圆柱体(1-1)和位于后部的第二圆柱体(1-2)，且第一圆柱体(1-1)的直径小于第二圆柱体(1-2)的直径，所述第一圆柱体(1-1)和第二圆柱体(1-2)的前端面上、且绕其边缘一周均设置有4A个圆形图案(1-3)，且对应端面上的圆形图案(1-3)的圆心分别位于对应的圆的圆周上，所形成的对应的两个圆为同心圆，其中：A为大于1的自然数，且两个圆柱体前端面的A的取值不要求相同；在待装配孔内的安装阶梯靶标，所述阶梯靶标(1)上的图案朝向待装配孔前端，且阶梯靶标轴线与待装配孔处于共轴状态，在待装配孔前端朝向孔内采集阶梯靶标，得阶梯靶标图像；步骤b.对步骤a中获得到阶梯靶标图像进行处理，得到边缘平滑过渡的阶梯靶标图像；步骤c.对步骤b中边缘平滑过渡的阶梯靶标图像处理，获得阶梯靶标图像边缘轮廓集合，对边缘轮廓集合中的每个子集分别进行最小二乘椭圆拟合，得到一组拟合椭圆中心点集合；步骤d.将步骤c中得到的拟合椭圆中心点集合分为第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集；步骤e.将步骤d中的所述第一圆柱体前端面点集和第二圆柱体前端面点集，分别运用最小二乘法进行椭圆拟合，即得到对应的第一圆柱体前端面中心点和第二圆柱体前端面中心点；连接两个中心点，即为阶梯靶标(1)的轴线，靶标轴线的位姿即为待装配孔的位姿。2.按照权利要求1所述的一种轴孔装配自动对中的靶心识别方法，其特征在于，所述步骤d的具体过程如下：步骤d1.设处理后的阶梯靶标图像左上角第一个像素点为图像坐标系原点，水平向右为X轴正方向，竖直向下为Y轴正方向；在图像坐标系中，将所述拟合椭圆中心点按照距离图像坐标系原点由小到大的原则重新排序，获得有序点集Si(i＝1,2,3,4,5,6…)；步骤d2.遍历有序点集Si，搜索满足正方形分布的坐标点，首先设S1为正方形的一个顶点Pt1，以顶点Pt1为对角线的一个点，遍历有序点集Si，在该对角线上寻找正方形的第二个顶点Pt2，该对角线的斜率k满足如下要求：0.5<k<3；步骤d3.搜索正方形的第三个顶点，设Pt1和Pt2两点间对角线对应的一次函数为：y1＝ax+b，该对角线中点为其中：Pt1(m1,n1)和Pt2(m2,n2)；Pt1到M点的距离为L，过M点作Pt1与Pt2连线的中垂线，得到该中垂线的一次函数为：设中垂线上一点为：遍历有序点集Si，若存在Si满足则将Si设为Pt3点；若Si不满足重新执行步骤d2，搜寻其他满足条件的Pt1、Pt2再执行步骤d3，直至存在Si满足则将Si设为Pt3点；步骤d4.搜寻正方形的第四个顶点，以点Pt1，Pt3确定向量VecX，点Pt2，Pt3确定向量VecY，设Pt1为坐标原点，向量VecX所在方向为X轴，向量VecY所在方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：程云勇，张明，史耀耀，唐虹，李俊杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61