圆钢印中心点的视觉精密测量方法技术

本发明专利技术提供了圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其使得后续机械臂的切割精准可靠，确保了车身关键工件的精度。圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于，其基于机械臂挂载激光轮廓仪进行测量，其具体步骤如下：A对机械臂所对应的机械臂坐标系与激光轮廓仪所对应的激光轮廓仪坐标系进行标定，使得机械臂坐标系和激光轮廓仪坐标系之间建立映射关系；B系统扫描点云数据的获取，机械臂控制激光轮廓仪上的激光传感器沿一个固定方向扫描,激光传感器间隔时间周期Δt将捕获的圆钢印数据上传给上位机保存，通过多次扫描获得圆钢印一次完整的扫描点数据，之后通过建立的标定将激光轮廓仪扫描数据转换成机械臂坐标系数据；C点云数据处理。据处理。据处理。

【技术实现步骤摘要】
圆钢印中心点的视觉精密测量方法


[0001]本专利技术涉及圆钢印圆心测量的
，具体为圆钢印中心点的视觉精密测量方法。

技术介绍

[0002]在汽车自动加工行业,激光切割通常被应用于切割车身的某些关键工件，例如汽车车身铝合金支架的圆形钢印的切割任务,对钢印的圆心需要非常精密的定位才能做到精确切割.其一般使用机械臂示教完成该任务,但这种方法对于工装定位要求非常高,一般情况下,往往难以达到精确定位需求。随着工业自动化智能制造的迫切发展,对于机械臂的自动定位与精确切割的需求也愈发强烈，近年来由于机器视觉技术的快速发展,为工业自动化智能制造提供了可行的测量手段，但当前存在的问题是,圆钢印金属表面在激光线的照射下容易形成高亮反射,尤其在钢印圆边界附近产生较大的边界噪声,极大地影响了圆钢印中心点的测量。因此,对圆钢印中心点的机器视觉精密测量是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供了圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其使得后续机械臂的切割精准可靠，确保了车身关键工件的精度。
[0004]圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于，其基于机械臂挂载激光轮廓仪进行测量，其具体步骤如下：
[0005]A对机械臂所对应的机械臂坐标系与激光轮廓仪所对应的激光轮廓仪坐标系进行标定，使得机械臂坐标系和激光轮廓仪坐标系之间建立映射关系；
[0006]B系统扫描点云数据的获取，机械臂控制激光轮廓仪上的激光传感器沿一个固定方向扫描,激光传感器间隔时间周期Δt将捕获的圆钢印数据上传给上位机保存，通过多次扫描获得圆钢印一次完整的扫描点数据，之后通过建立的标定将激光轮廓仪扫描数据转换成机械臂坐标系数据；
[0007]C点云数据处理，其顺次进行如下操作：
[0008]1圆钢印边界点提取；
[0009]2边界点噪声滤除；
[0010]3圆钢印的圆心坐标和法向计算；
[0011]D通过计算获得的圆钢印中心点数据引导机械臂进行后续切割作业。
[0012]其进一步特征在于：
[0013]步骤A中机械臂坐标系与激光轮廓仪坐标系的标定包括扫描方向标定和手眼标定；
[0014]所述扫描方向标定,即计算激光轮廓仪坐标系与扫描方向的方向空间夹角具体为将一个棋盘格标定板放置在一个空间位置固定不动,利用激光轮廓仪的相机在扫描过程中拍摄n幅图像并测量棋盘格标定板的坐标原点p
i
|i＝1
…
n.通过对p
i
空间直线拟合获得
[0015]之后激光轮廓仪采集的数据,可以描述为:
[0016][0017]其中X0是激光轮廓仪获取的空间(x,y,z)坐标,
△
d是其每次在扫描方向上的移动间距；
[0018]所述手眼标定,即计算激光轮廓仪的坐标系与机械臂末端坐标系的转换关系,可以表示为:
[0019][0020]其中[X
c
,Y
c
,Z
c
,1]是点云在相机坐标系下的齐次坐标,转换矩阵
g
R
c
和
g
t
c
是相机坐标到机械臂末端坐标的旋转和平移矩阵,[X
g
,Y
g
,Z
g
,1]是点云转换到机械臂末端坐标系下的其次坐标；
[0021]系统的手眼标定的具体实现为,将固定在机械臂上的相机在空间中移动多个位姿,拍摄固定位置不变的棋盘格标定板,记录下标定板图像和机械臂末端坐标数据,从而解出转换矩阵
g
R
c
和
g
t
c
.在实现了手眼标定后,激光轮廓仪的数据通过机械臂末坐标系端传递给机械臂基坐标系。
[0022]步骤C中圆钢印边界点提取的具体操作如下：
[0023]1.1设计一个中值滤波器对原始坐标数据信号进行滤波处理.中值滤波器的尺度根据圆钢印边缘的尺寸确定，该尺度的中值滤波器能够处理噪声信号,同时也能处理理想边界信号；
[0024]1.2将中值滤波信号与原信号比较,计算两者的绝对差值，信号差值大的部分集中在待提取的边界区域；
[0025]1.3对信号差值取截断并将其归一化.差值信号大于阈值sigma的部分,属于圆边界区域,赋值为1,得到归一化信号，其中sigma的取值为0.1至0.5之间；
[0026]1.4提取每个位置信号的中心点,将该中心点作为圆钢印对应位置的边界点；
[0027]1.5对所有扫描线依次处理,得到圆钢印的全部边界点。
[0028]优选地，步骤1.3中，由于可能存在小部分边界区域信号未被赋值为1,形成一个间隙，故进一步采用闭运算形态学操作填补归一化信号可能存在的间隙，其中理想信号没有间隙,信号本身不会被闭运算操作改变；而噪声信号的间隙会被闭运算填补。
[0029]步骤C中边界点噪声滤除的具体步骤如下：
[0030]2.1利用RANSAC(RAndom SAmple Consensus)算法,将提取的有所点，拟合出一个平面Pi,其平面方程记为Ax+By+Cz+D＝0.平面Pi的法向方向(A,B,C)记作V
n
；
[0031]2.2所有提取的边界点集合记作Pe(e∈{1,
…
,N}).由罗德里格斯旋转方程,将Pe由(A,B,C)法向旋转到(0,0,1)方向.其中罗德里格斯方程定义如下.
[0032]v
rot
＝vcosθ+(k
×
v)sinθ+k(k
·
v)(1
‑
cosθ)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0033]k是与转轴同向的单位向量,θ是v绕k的右手方向旋转经过的角度；
[0034]旋转后的边界点集合记作Pe
’
(e∈{1,
…
,N}).将所有提取的边界点投影到z＝0平面.由于Pe
’
的法向是(0,0,1),直接将Pe
’
的z分量赋为0值.此时构建一个2D图像,将Pe
’
的xy坐标分量的整型数值赋值到2D图像上；
[0035]2.3接下来在2D图像上使用Hough变换进行圆拟合.由于Hough变化具有强大的抗干扰能力,能够将距离边界较近属于噪声的点识别出来.根据Hough圆的拟合结果,计算Pe
’
的xy坐标到圆的距离,如果
[0036]a距离大于阈值t则判断为噪声点.
[0037]b距离小于阈值t判断为效点，将有效点记为
[0038]步骤C中圆钢印的圆心坐标计算具体如下：由于是浮点数据类型,对其重新进行最小二乘拟合得到精确的圆心坐标(x
’
c
,y
’
c
,0)；
[0039]由罗德里格斯旋转公式(3),将(x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于，其基于机械臂挂载激光轮廓仪进行测量，其具体步骤如下：A对机械臂所对应的机械臂坐标系与激光轮廓仪所对应的激光轮廓仪坐标系进行标定，使得机械臂坐标系和激光轮廓仪坐标系之间建立映射关系；B系统扫描点云数据的获取，机械臂控制激光轮廓仪上的激光传感器沿一个固定方向扫描,激光传感器间隔时间周期Δt将捕获的圆钢印数据上传给上位机保存，通过多次扫描获得圆钢印一次完整的扫描点数据，之后通过建立的标定将激光轮廓仪扫描数据转换成机械臂坐标系数据；C点云数据处理，其顺次进行如下操作：1圆钢印边界点提取；2边界点噪声滤除；3圆钢印的圆心坐标和法向计算；D通过计算获得的圆钢印中心点数据引导机械臂进行后续切割作业。2.如权利要求1所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于：步骤A中机械臂坐标系与激光轮廓仪坐标系的标定包括扫描方向标定和手眼标定。3.如权利要求2所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于：所述扫描方向标定,即计算激光轮廓仪坐标系与扫描方向的方向空间夹角具体为将一个棋盘格标定板放置在一个空间位置固定不动,利用激光轮廓仪的相机在扫描过程中拍摄n幅图像并测量棋盘格标定板的坐标原点p
i
|i＝1
…
n.通过对p
i
空间直线拟合获得之后激光轮廓仪采集的数据,可以描述为:其中X0是激光轮廓仪获取的空间(x,y,z)坐标,
△
d是其每次在扫描方向上的移动间距；所述手眼标定,即计算激光轮廓仪的坐标系与机械臂末端坐标系的转换关系,可以表示为:其中[X
c
,Y
c
,Z
c
,1]是点云在相机坐标系下的齐次坐标,转换矩阵
g
R
c
和
g
t
c
是相机坐标到机械臂末端坐标的旋转和平移矩阵,[X
g
,Y
g
,Z
g
,1]是点云转换到机械臂末端坐标系下的其次坐标；系统的手眼标定的具体实现为,将固定在机械臂上的相机在空间中移动多个位姿,拍摄固定位置不变的棋盘格标定板,记录下标定板图像和机械臂末端坐标数据,从而解出转换矩阵
g
R
c
和
g
t
c
.在实现了手眼标定后,激光轮廓仪的数据通过机械臂末坐标系端传递给机械臂基坐标系。4.如权利要求1所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于,步骤C中圆钢印边界点提取的具体操作如下：
1.1设计一个中值滤波器对原始坐标数据信号进行滤波处理.中值滤波器的尺度根据圆钢印边缘的尺寸确定，该尺度的中值滤波器能够处理噪声信号,同时也能处理理想边界信号；1.2将中值滤波信号与原信号比较,计算两者的绝对差值，信号差值大的部分集中在待提取的边界区域；1.3对信号差值取截断并将其归一化.差值信号大于阈值sigma的部分,属于圆边界区域,赋值为1,得到归一化信号，其中sigma的取值为0.1至0.5之间；1.4提取每个位置信号的中心点,将该中心点作为圆钢印对应位置的边界点；1.5对所有扫描线依次处理,得到圆钢印的全部边界点。5.如权利要求4所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于：步骤1.3中，由于可能存在小部分边界区域信号未被赋值为1,形成一个间隙，故进一步采用闭运算形态学操作填补归一化信号可能存在的间隙，其中理想信号没有间隙,信号本身不会被闭运算操作改变；而噪声信号的间隙会被闭运算填补。6.如权利要求5所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于,步骤C中边界点噪声滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华，陈远，
申请(专利权)人：高铭科维科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：