[发明专利]一种基于图像处理的工件姿态快速测量方法有效

专利信息
申请号: 202010381111.7 申请日: 2020-05-08
公开(公告)号: CN111531407B 公开(公告)日: 2021-08-17
发明(设计)人: 董志国;刘沛林;雷鸿博;朱徐辉 申请(专利权)人: 太原理工大学
主分类号: B23Q17/22 分类号: B23Q17/22;B23Q17/00
代理公司: 太原市科瑞达专利代理有限公司 14101 代理人: 赵禛
地址: 030024 山西*** 国省代码: 山西;14
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 图像 处理 工件 姿态 快速 测量方法
【权利要求书】:

1.一种基于图像处理的工件姿态快速测量方法,其特征在于包括如下步骤:

S1、将数控机床加工中心中CCD图像采集发送装置(5)由自动换刀装置换装到加工中心主轴(6)上,使CCD图像采集发送装置(5)沿机床坐标系的z轴方向在工件高度范围内从上到下做小步长移动,每移动一个步长采集一幅工件的图像,组成工件表面在z轴方向上的序列图像;

S2、由变焦建模法求出步骤S1获得的序列图像里每一幅图像中聚焦清晰的像素,并记录该幅图像中每一个聚焦清晰的像素在序列图像坐标系中的像素坐标in和jn、像素灰度值pn以及对应位置处的深度信息Zn;同时,在CCD图像采集发送装置(5)沿z轴方向不移动的前提下,使CCD图像采集发送装置(5)相对工件平移一定长度,对序列图像中聚焦清晰的像素拍摄第二幅图像,求出相对移动前后的像素平移量,便可知每一像素在机床坐标系中代表的尺寸长度,即像素当量L;

S3、由于CCD图像采集发送装置(5)安装在加工中心主轴(6)上,所以序列图像中每幅图像的几何中心与加工中心主轴中心线的位置关系是唯一确定的,假设Xa和Ya为CCD图像采集发送装置(5)的安装偏差坐标,则图像几何中心在机床坐标系中X和Y向上的坐标值Xno和Yno满足关系:Xno=Xso+Xa,Yno=Yso+Ya,其中Xso、Yso是不考虑安装误差下序列图像几何中心在机床坐标系中X和Y向上的坐标值,Za为所述序列图像中第n幅图像聚焦清晰像素所对应的工件表面上的点与主轴在机床坐标系中的坐标Zn之间的偏置距离,则序列图像中第n幅图像聚焦清晰像素所对应的工件表面上的点在机床坐标系中的Z向坐标为Zp=Zn+Za

S4、根据步骤S2中序列图像的像素当量L和步骤S3中第n幅图像中聚焦清晰像素的坐标灰度值(in,jn,Zn,pn),确定第n幅图像聚焦清晰像素所对应的工件表面上的点在机床坐标系中的坐标Xpn=in·L+Xno,Ypn=jn·L+Yno,Zpn=Zn+Za,该点在机床坐标系中的坐标为(Xpn,Ypn,Zpn),以此类推,获得所有图像组成的序列图像中聚焦清晰像素所对应的工件表面上的点在机床坐标系中的坐标集合{(Xp,Yp,Zp)};

S5、由步骤S4获得的序列图像中聚焦清晰的像素的点,处理点云数据进而构造三维轮廓,实现工件在加工中心机床坐标系中三维轮廓图形的重构;

S6、在步骤S5重构的三维轮廓图形中找一平行于物体坐标系z轴的向量Q,并将向量Q在机床坐标系表示出来,标记为Q(b1,b2,b3);再将机床坐标系中的单位向量(0,0,1)作为旋转前向量P(a1,a2,a3);由点积定义可推出向量P和向量Q之间的夹角,即旋转角度θ为:

所以旋转角所在的平面为有向量P和向量Q所构成的平面,即旋转轴必垂直该平面,由叉乘定义得:

P×Q=a1b10+a1b2k+a1b3(-j)+a2b1(-k)+a2b20+a2b3i+a3b1j+a3b2(-i)+a3b30

=(a2b3-a3b2)i+(a3b1-a1b3)j+(a1b2-a2b1)k,

故旋转轴c(c1,c2,c3)为:

S7、由罗德里格斯变换知,单位旋转向量P=(0,0,1)在旋转角度为θ时对应的旋转矩阵R为:

其中,I是三阶单位矩阵;

S8、选择X-Y-Z型公式由旋转矩阵推算欧拉角,即先围绕X轴进行转动θx°,然后围绕Y轴进行转动θy°,最后围绕Z轴进行转动θz°,设旋转矩阵R为:

α=Atan2(r32,r33),

γ=Atan2(r21,r11);

完成工件的姿态快速测量;

S9、将步骤S8输出的欧拉角α,β,γ传输给工件旋转装置,完成工件的姿态摆正。

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