一种适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，该方法利用2D工业相机采集链板上活塞的图像信息，在提取活塞顶面圆轮廓，然后对轮廓上各像素点进行像素坐标修正；接着将各点的像素坐标转换到世界坐标，再对轮廓点列进行第一次最小二乘圆拟合，得到拟合圆的圆心坐标与半径，通过对比轮廓点列中各点到拟合圆圆心的距离与拟合半径的差值大小，将轮廓点列中的噪声点剔除；再进行第二次最小二乘圆拟合，得到活塞顶面圆的圆心位置及半径大小，通过对比活塞顶面圆半径的检测值与活塞型号信息中的顶面圆半径数值，校验活塞顶面圆检测结果的有效性，并输出检测结果信息。该方法确保了检测结果的有效性与可靠性。法确保了检测结果的有效性与可靠性。法确保了检测结果的有效性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法


[0001]本专利技术涉及一种适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，尤其涉及固化炉后活塞自动分拣过程中机械臂抓取位置的精确定位方法，属于汽车发动机活塞检测定位


技术介绍

[0002]活塞是汽车发动机的“心脏”，由于种类多、批量大，解决活塞在不同工艺设备间的自动转运问题是实现活塞生产自动化的重要问题。高温固化是活塞表面处理的重要手段，也是活塞生产的最后一道工序。活塞在固化炉内经过高温固化处理后，输送链板将其传送到固化炉出口，由人工或自动分拣系统进行转运与存储。受生产成本、技术条件等多种因素的影响，目前经过固化处理的活塞(简称炉后活塞)主要采用人工分拣，该方式不仅效率低、劳动强度大，且极易造成人员烫伤。
[0003]随着机器视觉与工业机器人技术的迅速发展与广泛应用，自动分拣技术在仓储、物流、制造等诸多领域得到了应用与推广，但目前尚未在炉后活塞分拣方面得到有效应用，除了成本与效益方面的因素，技术上也存在一定的壁垒。首先，炉后活塞在传送链板上成排放置，活塞之间的距离非常小，且受放置误差和振动等多种因素的影响，活塞在链板上的位置不确定，因此，不能采用目前最常用的机械手示教抓取方法进行分拣，需要对活塞进行准确识别与精确定位,方可避免碰撞、抓取失败等异常现象。其次，活塞裙部不是规则的圆柱体，适于抓取的部位为距离放置面一定高度的活塞头部，应以活塞顶面圆作为活塞抓取的基准，由于活塞型号众多，不同型号活塞的顶面高度差异较大，且视觉检测的标定平面为放置活塞的链板平面，如何在2D视觉检测条件下确保不同型号活塞的检测与定位精度是一个重要难题。
[0004]虽然近年来3D视觉技术发展迅速，但其抗环境光干扰能力差、检测区域受限、成本高的问题尚未解决，目前尚不适于炉后活塞分拣。此外，设备长期工作后，传送链上会留下与活塞形状极为相似的放置痕迹，对活塞的有效识别造成干扰与影响。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种面向不同型号尤其是不同高度炉后活塞分拣抓取的精确识别与定位方法。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，包括以下步骤：
[0008](1)将2D工业相机安装在固化炉后传送活塞链板的正上方，且相机光轴方向与链板垂直，然后完成相机标定；
[0009](2)利用2D工业相机采集链板上活塞的图像信息，并对图像信息进行预处理，消除与活塞无关的信息；
[0010](3)对处理完成的活塞图像信息进行检测区域搜索，排除干扰因素；
[0011](4)在搜索后确定的活塞检测区域内，进行活塞顶面圆轮廓提取；
[0012](5)根据已知的活塞型号信息中的活塞高度，采用投影变换法对提取的活塞顶面圆轮廓上的各像素点进行像素坐标修正；
[0013](6)将活塞顶面圆轮廓上各点的像素坐标转换到世界坐标，得到世界坐标系下活塞顶面圆的轮廓点列，对轮廓点列进行第一次最小二乘圆拟合，得到拟合圆的圆心坐标与半径，通过对比轮廓点列中各点到拟合圆圆心的距离与拟合半径的差值大小，将轮廓点列中的噪声点剔除；
[0014](7)对降噪处理后的活塞顶面圆轮廓点列进行第二次最小二乘圆拟合，得到活塞顶面圆的圆心位置及半径大小，作为活塞顶面圆圆心位置与半径的检测值；
[0015](8)通过对比活塞顶面圆半径的检测值与活塞型号信息中的顶面圆半径数值，校验活塞顶面圆检测结果的有效性，并输出检测结果信息。
[0016]优选的，所述步骤(1)中相机标定采用张定友标定法完成，标定平面为传送活塞链板的放置平面。
[0017]优选的，所述步骤(2)中采用中值滤波对图像信息进行去噪处理，采用5x5大小的核对图像分别进行腐蚀与膨胀处理。
[0018]优选的，所述步骤(3)中进行检测区域搜索，需要预先设置同型号活塞的图像模板，利用图像模板匹配技术完成对活塞检测区域的搜索与定位。
[0019]优选的，所述步骤(3)中排除的干扰因素包括活塞遗留痕迹和活塞顶面圆相似形状的信息。
[0020]优选的，所述步骤(4)中活塞顶面圆轮廓提取是指采用Canny边缘检测算子检测并提取活塞顶面圆的轮廓点列。
[0021]优选的，所述步骤(5)中活塞型号信息包括活塞的型号、批次、高度和顶面圆半径。
[0022]优选的，所述步骤(5)中像素坐标修正的过程如下：
[0023]设定活塞放置平面，也是相机标定平面为平面B，活塞顶面圆所在平面为平面S，平面S与平面B平行，两平面之间的间距为活塞的高度h；O
c
‑
X
c
Y
c
Z
c
为相机坐标系，其Z
c
轴垂直于标定平面B，原点O
c
到平面B的距离为相机的安装高度H；o2‑
xy为像素坐标系，且像素坐标系的原点o2在相机坐标系的Z
c
轴上，x轴与y轴分别与X
c
轴和Y
c
轴平行；P
s
为活塞顶面圆上一点，P
b
为点P
s
在标定平面上的投影点，P
s
′
和P
b
′
分别为P
s
和P
b
通过相机成像后在像素坐标系下的对应点，A
s
和A
b
分别为P
s
和P
b
在Z
c
轴上的投影点，则有A
s
A
b
＝h，可得如下公式
[0024][0025][0026]由于A
b
P
b
＝A
s
P
s
，O
c
A
b
＝H，结合式(1)、(2)可得顶面圆上的点P
s
在像素坐标系下的真实像素点P
s
′
满足下式：
[0027][0028]设P
b
′
点的像素坐标为(x
b
,y
b
)，则活塞顶面圆上点P
s
的真实像素坐标P
s
′
(x
s
,y
s
)的坐标为：
[0029][0030][0031]按照上述修正过程，将提取的活塞顶面圆轮廓C
b
的像素坐标分别进行修正，得到修正后的活塞顶面圆真实轮廓C
s
在像素坐标系下的坐标。
[0032]优选的，所述步骤(6)中像素坐标转换到世界坐标的过程如下：
[0033]利用成像原理将修正后的活塞顶面圆轮廓C
s
上各点P
i
(i＝0,1,2,
…
,N
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将2D工业相机安装在固化炉后传送活塞链板的正上方，且相机光轴方向与链板垂直，然后完成相机标定；(2)利用2D工业相机采集链板上活塞的图像信息，并对图像信息进行预处理，消除与活塞无关的信息；(3)对处理完成的活塞图像信息进行检测区域搜索，排除干扰因素；(4)在搜索后确定的活塞检测区域内，进行活塞顶面圆轮廓提取；(5)根据已知的活塞型号信息中的活塞高度，采用投影变换法对提取的活塞顶面圆轮廓上的各像素点进行像素坐标修正；(6)将活塞顶面圆轮廓上各点的像素坐标转换到世界坐标，得到世界坐标系下活塞顶面圆的轮廓点列，对轮廓点列进行第一次最小二乘圆拟合，得到拟合圆的圆心坐标与半径，通过对比轮廓点列中各点到拟合圆圆心的距离与拟合半径的差值大小，将轮廓点列中的噪声点剔除；(7)对降噪处理后的活塞顶面圆轮廓点列进行第二次最小二乘圆拟合，得到活塞顶面圆的圆心位置及半径大小，作为活塞顶面圆圆心位置与半径的检测值；(8)通过对比活塞顶面圆半径的检测值与活塞型号信息中的顶面圆半径数值，校验活塞顶面圆检测结果的有效性，并输出检测结果信息。2.如权利要求1所述的适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中相机标定采用张定友标定法完成，标定平面为传送活塞链板的放置平面。3.如权利要求1所述的适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用中值滤波对图像信息进行去噪处理，采用5x5大小的核对图像分别进行腐蚀与膨胀处理。4.如权利要求1所述的适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，其特征在于，所述步骤(3)中进行检测区域搜索，需要预先设置同型号活塞的图像模板，利用图像模板匹配技术完成对活塞检测区域的搜索与定位。5.如权利要求1所述的适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，其特征在于，所述步骤(4)中活塞顶面圆轮廓提取是指采用Canny边缘检测算子检测并提取活塞顶面圆的轮廓点列。6.如权利要求1所述的适用于不同型号炉后活塞的精确识别与定位方法，其特征在于，所述步骤(5)中像素坐标修正的过程如下：设定活塞放置平面，也是相机标定平面为平面B，活塞顶面圆所在平面为平面S，平面S与平面B平行，两平面之间的间距为活塞的高度h；O
c
‑
X
c
Y
c
Z
c
为相机坐标系，其Z
c
轴垂直于标定平面B，原点O
c
到平面B的距离为相机的安装高度H；o2‑
xy为像素坐标系，且像素坐标系的原点o2在相机坐标系的Z
c
轴上，x轴与y轴分别与X
c
轴和Y
c
轴平行；P
s
为活塞顶面圆上一点，P
b
为点P
s
在标定平面上的投影点，P
s
′
和P
b
′
分别为P
s
和P
b
通过相机成像后在像素坐标系下的对应点，A
s
和A
b
分别为P
s
和P
b
在Z
c
轴上的投影点，则有A
s
A
b
＝h，可得如下公式
由于A
b
P
b
＝A
s
P
s
，O
c
A
b
＝H，结合式(1)、(2)可得顶面圆上的点P
s
在像素坐标系下的真实像...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学艺，黄逸飞，王海霞，梁慧斌，张治国，张华宇，刘振宇，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：