[发明专利]一种基于机械臂和结构光视觉的平面夹角在线测量方法

说明书

本发明提供了一种基于机械臂和结构光视觉的平面夹角在线测量方法，其可有效实现平面夹角在线测量，以及实时检测工业生产过程中两个平面构成的夹角；控制器控制连接机械臂，摄像机固定于机械臂末端，结构光投射器固定于摄像机一侧，结构光投射器投射于待测量的且构成夹角的两个平面表面上，结构光投射器采用线结构光投射器或者面结构光投射器，将机械臂末端与摄像机间的关系矩阵、摄像机内外参数、结构光参数先经过预先标定，然后对摄像机采集的结构光图像进行处理，提取光条中心线，分别获得两个平面的光条中心线上的点，并将其坐标统一变换到机器人末端坐标系中，然后由两组相交直线段得到两个平面的方程，从而求得两个平面的夹角。

技术领域

本发明涉及计算机视觉测量技术领域，尤其是用于由结构光视觉实现平面夹角实时在线测量，为机器人自动焊接、切割、抓取等操作提供信息，具体为一种基于机械臂和结构光视觉的平面夹角在线测量方法。

背景技术

在智能制造领域，常常需要在线获取工业制造对象的几何特征信息，以便于机械臂在焊接、切割、抓取时能准确地进行操作，在这些几何特征中，工件表面的夹角是一个比较重要的特征信息，如果能获取了工件表面的夹角，将有助于机械臂实时调整位姿，提高操作的精度和效率，并为确定操作空间、避免发生碰撞提供信息。

现有的三维检测装置，分为接触式和非接触式两类，其中接触式检测装置效率不高，且容易在物体表面产生划痕，因此，近年来以机器视觉为代表的非接触式三维检测装置得到了较多的研究与应用。

计算机视觉测量技术，以光学为基础，融光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科学技术为一体，组成的光、机、电、计算机的综合测量系统。具有非接触、高速度、能满足实时性等诸多优点。国内外一些研究人员针对不同的应用场合，提出了一些基于计算机视觉的平面角度测量方法，如白福忠等在《角度的图像测量法》(计量学报，2007，28(4)：314-316)一文中提出利用相机在垂直于两待测平面边缘的位置，拍摄一幅图像，在图像中检测工件平面的边缘，再进行霍夫变换拟合出边缘直线，从而求得平面夹角，但是这种方法需要将相机移动到两平面边缘位置，拍摄图像时要保证相机与两平面边缘线所构成的平面相垂直，而这一要求增加了图像采集的难度，在有些场合很难实现；雷经发等在《基于计算机视觉的平面夹角测量方法》(华南理工大学学报(自然科学版)，2011，39(8)：54-59)一文中提出在两待测平面上分别贴上圆标记，采用预先标定的相机进行1次图像采集，即可测得两平面间的夹角，而这种方法需要预先在平面上增加特定标记，降低了测量的方便性和实时性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于机械臂和结构光视觉的平面夹角在线测量方法，其可有效实现平面夹角在线测量，以及实时检测工业生产过程中两个平面构成的夹角。

其技术方案是这样的：

一种基于机械臂和结构光视觉的平面夹角在线测量方法，其包括机械臂、结构光视觉系统，与计算机连接的控制器控制连接所述机械臂，所述结构光视觉系统包括摄像机、结构光投射器，所述摄像机固定于所述机械臂末端，所述结构光投射器固定于所述摄像机一侧，其特征在于：所述结构光投射器投射于待测量的且构成夹角的两个平面表面上，所述结构光投射器采用线结构光投射器或者面结构光投射器，将所述机械臂末端与摄像机间的关系矩阵、摄像机内外参数、结构光参数先经过预先标定，然后对所述摄像机采集的结构光图像进行处理，提取光条中心线，分别获得两个平面的光条中心线上的点，并将其坐标统一变换到机器人末端坐标系中，然后由两组相交直线段得到两个平面的方程，从而求得两个平面的夹角。

其进一步特征在于，所述结构光投射器采用线结构光投射器，其平面夹角在线测量方法的步骤是：

(1.1)图像采集：用控制器操纵机械臂末端，在至少两个不同的位姿上分别采集结构光图像，并记录机械臂末端位姿；

(1.2)光条直线拟合：对每一幅图像分别进行处理，提取光条中心点，并拟合成两条相交的光条直线段，得到光条直线段上的点和光条直线段的交点；