一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法技术

本发明专利技术提出一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，所述方法主要通过对放射源库矩形盖板上方两角侧和起重机抓具正前方的标识圆进行检测定位，利用相机采集图像信息，利用圆检测算法获取像素平面中的圆心坐标位置；在起重机抓取盖板由于负载不均衡导致盖板歪斜时，根据盖板两侧的标识圆圆心坐标和反正切公式测算出偏移角度作为纠正参数反馈至控制系统给予角度纠正；在起重机落放盖板的过程中，根据盖板两侧的标识圆圆心至抓具标识圆圆心的观察距离变化率判断盖板落放卡边的情况，并作出相应的调整策略。本方法实现负载时盖板歪斜角度及位置自动调整，确保盖板落放顺利合盖，调整精度高，成本低，同时具有安全、可靠、高效等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法
本专利技术涉及放射源库桥式起重机吊运领域，具体涉及一种矩形盖板落放误差的检测纠正方法。
技术介绍
随着近几十年石油勘探、无损检验等事业的高速发展，许多地区用源单位产生了不同形态的废放射源，数量大且种类多。由于废放射源中的高能射线对环境和人体都会造成不同程度的危害，因此必须严格管理，用源单位需要将废放射源送交其所在区域环保部门所属的城市放射性废物库。针对放射源库中的矩形水泥盖板，工程上为达到理想的防辐射屏蔽效果，通常在设计中盖板与坑位之间的合盖间隙为毫米级（不超过1cm），同时由于盖板的水泥浇筑不均匀会导致其整体重心偏移，这种情况极易造成起重机抓盖时负载不均衡导致的盖板位姿歪斜而无法合盖的问题。对于这一问题，当前基本是依赖操作员手动操作，调整歪斜盖板的角度和位置进行纠正，以确保盖板能顺利合上。但是对于放射源库这一具有高辐射性的特殊工况，实际作业依赖于现场人工纠正具有一定的危险性，并且效率低，所以实现放射源库起重机自动化作业具有非常重要的意义。为了达到观察者与被观察对象无实际接触的安全目的和高度自动化的要求，机器视觉作为一种代替人眼反馈过程中需要理解的视觉信息的技术已被广泛应用。机器视觉不仅在吊运系统定位工作中扮演重要角色，在解决实际工程中遇到的如负载不均衡导致的盖板歪斜偏差问题也能发挥其积极作用。核用起重机的绝对定位精度通常需要达到±3mm的高标准，而上述提到的盖板位姿歪斜问题会严重影响其盖板落放时的定位精度，直接导致放射源库盖板无法顺利合上。如何利用视觉技术实现放射源库中矩形盖板因位姿歪斜无法合盖的自动纠正，已成为起重机自动化
一个亟待解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，解决放射源库中因起重机抓具负载不均衡导致的矩形盖板歪斜落放卡边的问题。技术方案：一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，包括以下步骤：（1）在放射源库矩形盖板上方两角侧位置和起重机抓具正前侧添加标识圆，并且确保盖板上两圆圆心连线与盖板边线平行，负载时抓具标识圆圆心位于盖板两圆位置的中心轴线上；（2）在起重机抓具硬臂上方侧边固定一工业相机，确保镜头与地面平行，在观察视野内能够看到抓具和盖板上的标识圆；（3）放射性废物桶入库需要抓盖前，利用视觉圆检测算法对盖板上的标识圆进行识别定位，在像素坐标系中，记一侧圆心坐标为(xl,yl)，另一侧圆心坐标为(xr,yr)，根据反正切角度公式测算合盖时盖板初始角度；（4）完成放射性废物桶入库操作后，当起重机抓取盖板至落放位置时，测量盖板上两侧标识圆圆心坐标(xl',yl')和(xr',yr')，得到两个圆心在x与y轴方向上的差值与，根据与测算盖板的当前角度；（5）根据初始角度α和当前角度β计算需要纠正的偏移角度值θ=β－α，将θ作为角度纠正参数反馈至控制系统，通过起重机旋转机构纠正偏移角度；（6）当盖板高度下落至预设的观察高度阈值H0时，记该时刻为t0，开始进行数据采样，共采集N组数据样本，包括像素平面上盖板两侧标识圆圆心坐标以及抓具标识圆圆心坐标，测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根据两侧观察距离变化率的对比情况判断盖板是否发生卡边；（7）当判断到盖板发生卡边时进行调整，将盖板起升至安全高度后根据卡边偏向给予位移点动纠正，再次落放直至顺利合盖。作为一种优选的实施方式，所述步骤（6）中测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根据两侧观察距离变化率的对比情况判断盖板是否发生卡边包括：记像素平面上盖板两侧标识圆圆心坐标分别为(xA,yA)和(xB,yB)，两侧标识圆称为A侧标识圆和B侧标识圆，抓具标识圆圆心坐标为(xC,yC)，ti时刻盖板两侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的横向距离分别为lAC(ti)、lBC(ti)：根据lAC(ti)测算得到盖板A侧观察高度值dA(ti)，根据lBC(ti)测算得到盖板B侧观察高度值dB(ti)，观察高度值指的是相机光心至盖板平面某点的物距；根据下式执行计算，观察盖板AB两侧高度观察距离的变化趋势：其中和分别为盖板AB两侧高度观察距离的变化曲线，dA(t0)和dB(t0)分别为t0时刻盖板AB两侧观察高度值，为两侧高度观察距离的差值变化曲线，当曲线的绝对值大于等于预设阈值T时，判定为盖板落放卡边的情况。作为优选的实施方式，所述根据lAC(ti)测算得到盖板A侧观察高度值dA(ti)，根据lBC(ti)测算得到盖板B侧观察高度值dB(ti)，具体计算方法为：式中，f为相机焦距，LAC为盖板A侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离，LBC为盖板B侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离。作为优选的实施方式，所述步骤（7）包括：当判断到卡边情况时，向控制系统的主控PLC发出急停命令字，令起升机构停止下降动作，并缓慢上升至安全高度；根据观察值的正负性判定盖板的卡边偏向，若，则盖板为B侧卡边，若，则盖板为A侧卡边，根据卡边偏向情况给予相反的位移补偿点动；点动调整后等待一段时间至盖板无摇晃状态，再次落放盖板，若再次卡边则返回步骤（6）继续调整，若无卡边状态发生则顺利合盖结束流程。有益效果：本专利技术所提供的基于视觉的放射源库矩形盖板落放误差自动纠正方法，利用机器视觉技术，能够准确测量盖板偏斜的角度，并能辅助判断盖板落放卡边时的偏向，帮助对其纠正。本方法能够实现负载时盖板的歪斜角度及位置自动调整，确保盖板落放顺利合盖，调整精度高，成本低，同时具有安全、可靠、高效等优点，具有重大的实用价值。附图说明图1为理想情况下起重机负载的示意图，其中(a)为起重机负载时的主视图，(b)为起重机负载时的侧视图，(c)为工业相机视角下起重机负载时的俯视图；图2为盖板落放卡边的示意图，其中(a)为盖板落放顺利合盖时的理想情况，(b)为盖板吊点定位偏右造成落放时单侧卡边的情况，虚线框中为盖板右侧刮蹭到坑位边缘的情况；图3为工业相机视角下，盖板与抓具标识圆之间的相对关系示意图，其中(a)为测量盖板角度的示意图，(b)为检测盖板倾斜情况的示意图；图4为正视图视角下盖板落放卡边过程中位姿的几何关系示意图；图5为判断盖板落放卡边情况时盖板透过相机镜片至感光平面的映射关系示意图；图6为盖板两侧基准点高度观察距离的变化趋势曲线图；图7为基于本专利技术的盖板落放误差自动检测和纠正方法的一个实施例的流程框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术实施例提出一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，基于一个包括大车、小车、WCS编码尺、起重臂、起升机构、起升机构编码器、旋转机构、抓具、工业相机、标识圆和上位机的检测和纠正系统。其中，工业相机安装于起重臂一侧，镜头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）在放射源库矩形盖板上方两角侧位置和起重机抓具正前侧添加标识圆，并且确保盖板上两圆圆心连线与盖板边线平行，负载时抓具标识圆圆心位于盖板两圆位置的中心轴线上；/n（2）在起重机抓具硬臂上方侧边固定一工业相机，确保镜头与地面平行，在观察视野内能够看到抓具和盖板上的标识圆；/n（3）放射性废物桶入库需要抓盖前，利用视觉圆检测算法对盖板上的标识圆进行识别定位，在像素坐标系中，记一侧圆心坐标为

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在放射源库矩形盖板上方两角侧位置和起重机抓具正前侧添加标识圆，并且确保盖板上两圆圆心连线与盖板边线平行，负载时抓具标识圆圆心位于盖板两圆位置的中心轴线上；
（2）在起重机抓具硬臂上方侧边固定一工业相机，确保镜头与地面平行，在观察视野内能够看到抓具和盖板上的标识圆；
（3）放射性废物桶入库需要抓盖前，利用视觉圆检测算法对盖板上的标识圆进行识别定位，在像素坐标系中，记一侧圆心坐标为，另一侧圆心坐标为，根据反正切角度公式测算合盖时盖板初始角度；
（4）完成放射性废物桶入库操作后，当起重机抓取盖板至落放位置时，测量盖板上两侧标识圆圆心坐标和，得到两个圆心在x与y轴方向上的差值与，根据与测算盖板的当前角度；
（5）根据初始角度α和当前角度β计算需要纠正的偏移角度值θ=β－α，将θ作为角度纠正参数反馈至控制系统，通过起重机旋转机构纠正偏移角度；
（6）当盖板高度下落至预设的观察高度阈值时，记该时刻为，开始进行数据采样，共采集N组数据样本，包括像素平面上盖板两侧标识圆圆心坐标以及抓具标识圆圆心坐标，测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根据两侧观察距离变化率的对比情况判断盖板是否发生卡边；
（7）当判断到盖板发生卡边时进行调整，将盖板起升至安全高度后根据卡边偏向给予位移点动纠正，再次落放直至顺利合盖。


2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，所述步骤（5）中起重机旋转机构纠正偏移角度包括：当θ角度值为正值时，旋转机构顺时针调整旋转，反之则逆时针调整旋转。


3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，所述步骤（6）中测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根...

【专利技术属性】
技术研发人员：余汉成，虞中捷，孙刚，丰明奎，童晨，蒋向涛，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32