螺纹孔安装视觉垂直度检测、校正方法以及同轴装配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，通过在装配机械手的周侧设置两个对称设置且可绕装配机械手轴线转动的摄像头，通过两个摄像头从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔图像，再通过对比从两个摄像头拍摄的螺纹孔图像提取的边缘轮廓图像，通过对比两个摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像的边缘轮廓是否相同，从而快速判断装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，即装配机械手同轴抓取的螺栓是否垂直于螺纹孔所在的平面。本发明专利技术提供的检测方法可以快速检装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，检测过程简单，计算量小。

Inspection and correction method of visual perpendicularity and coaxial assembly method for threaded hole installation

【技术实现步骤摘要】
螺纹孔安装视觉垂直度检测、校正方法以及同轴装配方法
本专利技术涉及机器人工程应用的
，特别涉及一种螺纹孔安装视觉垂直度检测、校正方法以及同轴装配方法。
技术介绍
螺栓是利用螺纹旋合实现的一种机器联结，可以用于连接和传动。以往螺栓零件安装都是采用人工装配形式，或是人工对丝后再用电动工具进行装配。随着无人工厂的出现，机器人代替人工装配螺栓成为一种趋势。大量的制造业产品组装生产线中，螺纹联接是最常用、最频繁的工序。螺纹孔装配螺栓过程中，对螺纹孔的定位非常重要。现有的机器人将螺栓装配到螺纹孔的过程中大多都会用到视觉定位，具体为通过从螺纹孔的上侧拍摄螺纹孔图像，确定螺纹孔的中心点，再将机器人手臂移动到螺纹孔的正上方，再进行螺栓的装配。一般而言，螺纹孔与定位摄像头的图像采集面为平行关系，即机器人手臂抓取的螺栓与螺纹孔所在的平面是垂直关系，初步定位即可进行螺栓同轴装配。但在实际的装配情况中，螺纹孔所在的平面因加工原因而与存在一定倾斜(偏斜的角度一般很小)，此时，机器人手臂定位在螺纹孔的上方后，螺栓与螺纹孔不能同轴，不能进行同轴装配。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的是提供一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法。为实现上述目的，本专利技术提出了一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其包括如下步骤：螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：A100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；A200，采集螺纹孔图像：在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；A300，垂直度检测：对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则判定装配机械手垂直于螺纹孔所在的工作表面；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则判定装配机械手不垂直于螺纹孔所在的工作表面。优选地，所述步骤C300中，对拍摄的螺纹孔图像做边缘检测前，对螺纹孔图像进行预处理，该预处理包括：C310，对螺纹孔图像进行灰度转换，转换为螺纹孔的灰度图像。在该步骤C310中，若第一摄像头和第二摄像头采用的是彩色摄像头，则需对拍摄的彩色图像进行灰度转换，将螺纹孔图像转换为灰度图像；若第一摄像头和第二摄像头采用的是黑白摄像头，则直接进行下一步。通过进行灰度转换，使得边缘点像素得到加强，并抑制非边缘点像素。C320，选取合适的阈值对灰度图像进行二值化处理，转换为螺纹孔的二值化图像。C330，对螺纹孔的二值化图像进行去噪声处理，转换为螺纹孔的去噪声图像。在该步骤中，去噪声处理是通过图像形态学算法(如开运算、闭运算等)或者滤波算法(如均值滤波、高斯滤波、双边滤波或者中值滤波等)进行去噪声处理。通过对二值化图像进行去噪声处理，消除噪声干扰，以便于后续的边缘检测。C340，对去噪声图像进行边缘检测。在步骤C300中或者步骤C340中，边缘检测是采用边缘检测算子来计算螺纹孔的边缘，该边缘检测算子为Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、Log/Marr算子、Canny算子、Kirsch算子或者Nevitia算子。本专利技术的技术方案通过在装配机械手的周侧设置两个对称设置且可绕装配机械手轴线转动的摄像头，通过两个摄像头从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔图像，再通过对比从两个摄像头拍摄的螺纹孔图像提取的边缘轮廓图像，通过对比两个摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像的边缘轮廓是否相同，从而快速判断装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，即装配机械手同轴抓取的螺栓是否垂直于螺纹孔所在的平面。本专利技术提供的检测方法可以快速检测装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，检测过程简单，计算量小。本专利技术还提出了一种螺纹孔安装视觉垂直度校正方法，其包括如下步骤：B100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；B200，采集螺纹孔图像：在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；B300，垂直度检测：对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则无需校正；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则进行下一步；B400，装配机械手校正：B410，计算每组边缘轮廓图像中边缘轮廓图像1的外接矩形1和边缘轮廓图像2的外接矩形2，并计算外接矩形1的长宽比S1和外接矩形2的长宽比S2，找出S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像；B420，以S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像对应的螺纹孔图像的采集面为校正面，以螺纹孔的中心点为转动中心，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角。优选地，所述步骤B200中，所述第一摄像头的轴线与所述装配机械手的轴线之间的夹角为30°～60°。优选地，在所述步骤B420中，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角具体为：B421，计算第一摄像头的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ1＝arcsin(S1)，计算第二摄像头的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ2＝arcsin(S2)。B422，计算θ1与θ1和θ2的平均值之间的绝对差值|Δθ|，根据|Δθ|在校正面内转动校正装配机械手的位姿角。优选地，装配机械手校正后，还包括：B500，垂直度校验：返回步骤B200，对重新采集的螺纹孔图像进行边缘检测，取至少两组边缘轮廓图像，并判断每组图像中的边缘轮廓图像1和边缘轮廓图像2是否相等；若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则认为校验合格，装配机械手校正完毕；若其中一组边缘轮廓图像1与边本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：/nA100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；/nA200，采集螺纹孔图像：/n在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；/n以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；/nA300，垂直度检测：/n对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；/n取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；/n若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则判定装配机械手垂直于螺纹孔所在的工作表面；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则判定装配机械手不垂直于螺纹孔所在的工作表面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
A200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
A300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则判定装配机械手垂直于螺纹孔所在的工作表面；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则判定装配机械手不垂直于螺纹孔所在的工作表面。


2.如权利要求1所述的螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤A300中，对拍摄的螺纹孔图像做边缘检测前，对螺纹孔图像进行预处理，该预处理包括：
A310，对螺纹孔图像进行灰度转换，转换为螺纹孔的灰度图像；
A320，对灰度图像进行二值化处理，转换为螺纹孔的二值化图像；
A330，对螺纹孔的二值化图像进行去噪声处理，转换为螺纹孔的去噪声图像；
A340，对去噪声图像进行边缘检测。


3.如权利要求2所述的螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤A330中的去噪声处理是通过图像形态学算法或者滤波算法进行去噪声处理。


4.如权利要求1-3任意一项所述的螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤A300中的边缘检测是采用边缘检测算子来计算螺纹孔的边缘，该边缘检测算子为Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、Log/Marr算子、Canny算子、Kirsch算子或者Nevitia算子。


5.一种螺纹孔安装视觉垂直度校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
B100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
B200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
B300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则无需校正；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎雪飞，王健，黄卫星，
申请(专利权)人：中科君胜深圳智能数据科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44