一种用于船舶切割平台的零件定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于船舶切割平台的零件定位方法及装置，涉及船舶装备制造技术领域，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、安装用于船舶切割平台的零件定位装置，用视觉系统扫描得到图像，在图像中匹配定位块；步骤2、梯度计算、边缘检测得到两条边沿；步骤3、计算定位坐标系原点；步骤4、拟合定位块平面；步骤5、计算定位坐标系齐次矩阵；步骤6、根据应用场景定位零件；步骤7、记录定位坐标系和空间坐标系转换关系；步骤8、计算空间定位结果。本发明专利技术可以在机构运动精度不足，船舶切割平台标定困难的条件下实现目标零件的空间定位，降低了设备成本，另外零件定位装置灵活性强，特征明显易于部署和移植。显易于部署和移植。显易于部署和移植。

【技术实现步骤摘要】
一种用于船舶切割平台的零件定位方法及装置


[0001]本专利技术涉及船舶装备制造
，尤其涉及一种用于船舶切割平台的零件定位方法及装置。

技术介绍

[0002]船体板材切割零件是船体结构的重要组成部分，生产过程中通过切割机在数十米的切割平台上切割钢板生成板材零件。切割完成后，零件需要分拣至不同流向。目前，主流造船企业的理料作业仍完全依赖人工完成，迫切需要研制智能化理料装备。而在船舶切割平台应用智能化理料装备首先需要完成零件定位，之后对目标位置零件开展理料作业。为实现零件在切割平台上的定位，需要将零件在视觉坐标系的定位结果转换至空间坐标系。
[0003]当前视觉坐标系与空间坐标系转换方法主要通过九点标定、手眼标定。如手眼标定，首先需要将零件在视觉坐标系中的定位结果通过手眼矩阵换算至工具坐标系，之后通过工具坐标系与空间坐标系变换矩阵换算转换到空间坐标系，完成空间中的零件定位。
[0004]但是这些转换算法依赖于装备的运动精度，并且需要与工作空间尺寸相符合的标定板。当场景达到十米级别时，应用高重复精度和定位精度的装备会导致成本过高，并且也难以找到如此大场景的标定板。因此，受限于空间代价和成本因素上述算法难以在大场景中展开。
[0005]因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够在大场景中完成船舶切割平台的零件定位装置及其方法，有效解决船舶切割平台上大型装备运动精度不足条件下视觉定位零件不准确的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是船舶切割平台上大型装备运动精度不足条件下视觉定位零件不准确的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于船舶切割平台的零件定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、安装用于船舶切割平台的零件定位装置，所述用于船舶切割平台的零件定位装置包括安装板、连接支架和定位块，所述定位块具有角点、垂直边缘和平面区域，用视觉系统对场景扫描得到图像，在所述图像中匹配所述定位块在视觉坐标系中的坐标，所述定位块和目标零件均在所述图像内；
[0009]步骤2、在所述定位块位置大于所述视觉系统运动误差范围的区域内进行图像梯度检测，获得梯度图像，对检测出的边缘点应用直线检测，获得2条垂直边缘的起点和终点；
[0010]步骤3、求取所述2条垂直边缘在所述视觉坐标系内的交点；
[0011]步骤4、在所述平面区域中提取高度点云，使用平面拟合得出所述平面区域的参数方程；
[0012]步骤5、将所述交点代入所述平面区域的参数方程，计算定位坐标系的原点，建立
所述定位坐标系至所述视觉坐标系的转换关系；
[0013]步骤6、应用视觉方法对所述目标零件进行定位；
[0014]步骤7、记录所述定位坐标系和空间坐标系之间的转换关系；
[0015]步骤8、将所述目标零件的视觉定位结果计算转换至所述定位坐标系，之后转换到所述空间坐标系，得到空间定位结果。
[0016]进一步地，所述步骤1还包括，对所述定位块进行调平。
[0017]进一步地，在所述步骤1中，所述视觉系统为搭载视觉机构三维视觉分拣装备。
[0018]进一步地，在所述步骤2中，所述图像梯度检测采用拉普拉斯梯度检测算法。
[0019]进一步地，在所述步骤4中，所述平面区域的参数方程采用齐次方程的最小二乘解。
[0020]进一步地，所述定位坐标系是以所述定位块的角点为原点、以所述定位块的边缘为X轴、以所述定位块的平面区域作为0平面。
[0021]本专利技术还提供了一种用于船舶切割平台的零件定位装置，其特征在于，包括安装板、连接支架和定位块，其中，所述安装板安装在地面上，所述连接支架与所述安装板相连，所述定位块与所述连接支架相连，所述定位块具有角点、垂直边缘和平面区域。
[0022]进一步地，所述安装板通过膨胀螺丝安装在地面上，所述连接支架通过定位螺栓安装在所述安装板上，所述定位块通过调平螺栓安装在所述连接支架上。
[0023]进一步地，所述角点用于建立定位坐标系原点，所述垂直边缘用于建立所述定位坐标系坐标轴，所述平面区域用于建立所述定位坐标系的0平面。
[0024]进一步地，所述连接支架与所述安装板之间为可拆卸连接。
[0025]在本专利技术的较佳实施方式中，本专利技术提供了一种用于船舶切割平台的零件定位方法，所述方法包括：
[0026]步骤1、安装用于船舶切割平台的零件定位装置，用视觉系统对场景扫描得到图像，定位块和目标零件均在该图像内，在图像误差允许范围内应用模板匹配得到定位块在视觉坐标系中的坐标；
[0027]步骤2、在定位块位置附近大于所述视觉系统运动误差范围的区域内进行图像梯度检测，获得梯度图像，如公式1
‑
1为拉普拉斯梯度公式，对检测出的边缘点应用直线检测，获得两条垂直边缘的起点和终点，记为X轴向量为向量V1。
[0028][0029]步骤3、求取两条边缘在视觉坐标系交点记为P(x,y)；
[0030]步骤4、在定位块的平面区域提取点云，使用平面拟合得出该平面的参数方程如公式1
‑
2中的αβγδ，为了避免该平面经过原点的情况，这里采用齐次方程的最小二乘解，若定义点集矩阵为A，则公式1
‑
3的最小二乘解为A
T
A的最小特征值对应的特征向量，这里取δ大于0的特征向量；
[0031][0032]AX＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
3)
[0033]步骤5、将P带入公式1
‑
3求出O(x,y,z)为定位坐标系原点，将V1归一化得到V11为定位坐标系X轴向量，将向量(α,β,γ)归一化得到向量V13，计算向量V13和向量V11的外积得到向量V12。定位坐标系至视觉坐标系的转换关系H1如公式1
‑
4所示，至此完成定位坐标系的建立。
[0034][0035]步骤6、应用视觉方法对目标零件进行定位，设目标零件位置定位特征点结果为T1(tx1,ty1,tz1)，T2(tx2,ty2,tz2)。
[0036]步骤7、记录定位块安装时，以定位块角点为原点，以定位块边缘为X轴，以定位块平面区域为0平面的定位坐标系与空间坐标系的转换关系为H2。
[0037]步骤8、零件定位过程即将视觉定位结果计算至定位坐标系，之后转换到空间坐标系。如公式2
‑
1所示，计算到的点T12即为目标点在空间坐标系下的坐标，同理可以得到点T22。则长度测量可以定义为T22与T12间距离，角度测量可以定义为向量(T22
‑
T12)与X轴的夹角。
[0038][0039]应用本专利技术提供的定位方法对目标零件进行定位过程为，零件定位结果转换到定位坐标系，之后转换到空间坐标系。根据以上的定位过程，目标零件的定位传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于船舶切割平台的零件定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、安装用于船舶切割平台的零件定位装置，所述用于船舶切割平台的零件定位装置包括安装板、连接支架和定位块，所述定位块具有角点、垂直边缘和平面区域，用视觉系统对场景扫描得到图像，在所述图像中匹配所述定位块在视觉坐标系中的坐标，所述定位块和目标零件均在所述图像内；步骤2、在所述定位块位置大于所述视觉系统运动误差范围的区域内进行图像梯度检测，获得梯度图像，对检测出的边缘点应用直线检测，获得2条垂直边缘的起点和终点；步骤3、求取所述2条垂直边缘在所述视觉坐标系内的交点；步骤4、在所述平面区域中提取高度点云，使用平面拟合得出所述平面区域的参数方程；步骤5、将所述交点代入所述平面区域的参数方程，计算定位坐标系的原点，建立所述定位坐标系至所述视觉坐标系的转换关系；步骤6、应用视觉方法对所述目标零件进行定位；步骤7、记录所述定位坐标系和空间坐标系之间的转换关系；步骤8、将所述目标零件的视觉定位结果计算转换至所述定位坐标系，之后转换到所述空间坐标系，得到空间定位结果。2.如权利要求1所述的一种用于船舶切割平台的零件定位方法，其特征在于，所述步骤1还包括，对所述定位块进行调平。3.如权利要求1所述的一种用于船舶切割平台的零件定位方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述视觉系统为搭载视觉机构三维视...

【专利技术属性】
技术研发人员：张森，张延松，罗柽，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：