[发明专利]一种基于单目视觉的筒状零件对接非接触式测量方法

说明书

一种基于单目视觉的筒状零件对接非接触式测量方法，其特征是：包括如下步骤:1.选取两台同一生产商同一型号的相机，对相机进行标定和配准；2.对固定零件和对接零件的端面进行拍照测量；3.对拍摄得到的图片进行去噪处理；4.通过阈值分割，提取端面特征所在的处理区域，通过边缘检测算法提取孔边缘，经过筛选和椭圆拟合，确定孔中心在图像中的位置，将两个零件上的孔心与轴心经过坐标变换映射到同一坐标系下，计算出对接零件相对于固定零件的滚转角。本发明自动化程度高，测量速度快。本发明在不需要在零件端面设置标靶,不需要人工参与的前提下，实现了自动测量，提高了工作效率。

技术领域

本发明涉及智能装配领域，尤其是一种大尺寸筒状零件的对接技术，具体地说是一种基于单目视觉的筒状零件对接非接触式测量方法,在对接零件与固定零件同轴度符合对接要求的情况下，用于实现两者之间相对转角的测量，以实现二者的对接。

背景技术

随着科学技术不断发展，市场竞争日趋激烈。快速、高效、可靠的生产已经成为了当今所有工业发展的主要方向和特性。为了实现这些目标各行业都面临着提升生产效率、提高产品质量和降低生产成本的问题。在某些大尺寸筒状零件的生产中，高质量自动化对接测量设备尤为重要。快捷精确的测量零件的空间姿态、对中和定位，能够在缩短装配时间、提高对接效率方面扮演重要角色。

现有的姿态测量方式有接触式测量和非接触式测量两大类。非接触式测量主要采用视觉测量与激光扫描测量两种方式。接触式测量主要由三坐标机械机构和检测头组成，并且检测头和被测零件必须接触才可以实现测量。为保证测量精度和防止仪器被撞坏，测量仪器和被测零件接触时必须缓慢接触。另外由于需要检测的零件的空间维度比较多，所以测量的点比较多，导致测量时间比较长，严重影响了生产效率。激光扫描测量，需要对工件的整体外形进行扫描，生成点云，并处理大量的模型数据，测量时间长。而视觉测量技术其测量系统结构简单，便于移动，数据采集快速、便捷，操作方便，测量成本较低，尤其适合于三维空间点位、尺寸或大型工件轮廓的检测。视觉测量又分为单目视觉和双目视觉，相比于双目视觉，单目视觉系统结构简单，不需要对相机的调校，安装和使用更加方便，因此本发明使用单目视觉进行测量。同时，这种非接触测量方法既可以避免对被测对象的损坏又适合被测对象不可接触的情况，如高温、高压、流体、环境危险等场合；同时机器视觉系统可以同时对多个尺寸一起测量，实现了测量工作的快速完成；而对于微小尺寸的测量又是机器视觉系统的长处，它可以利用高倍镜头放大被测对象，使得测量精度达到微米以上。

发明内容

本发明的目的是针对现有的筒状零件测量周期长、需处理数据多易导致装配周期长，影响生产效率的问题，发明一种基于单目视觉的筒状零件对接非接触式测量方法。

本发明的技术方案是：

一种基于单目视觉的筒状零件对接非接触式测量方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1：选取两台同一生产商同一型号的相机，按照图1所示进行安装，一台相机拍摄固定零件端面，另一台相机拍摄对接零件端面，然后对两台相机进行标定和配准，具体步骤如下：

步骤1.1：建立世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系、像素坐标系，四个坐标系位置关系如图2所示，以相机光轴为Z轴，根据右手定则建立相机坐标系(X_c,Y_c,Z_c)，以照片中心为原点，建立如图2图像坐标系(x,y)，以照片左上角第一个元素为原点，建立如图2建立像素坐标系(u,v)，以相机标定时拍摄的第一张照片的相机坐标系作为世界坐标系(X_w,Y_w,Z_w)。

步骤1.2：使用标准大小的国际象棋棋盘格作为标定物，对标定物从不同方向拍摄多张照片，将照片输入到MATLAB单目相机标定模型中，获得相机坐标系到世界坐标系的转换矩阵，即相机的外参，相机的畸变模型，以及包括相机焦距、单个像元与图像的宽和高，以及在图像坐标系下的照片中心点坐标的内参，计算出两组相机的数学模型。