【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于盾构管片拼装，具体涉及一种盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统及其测量方法。
技术介绍
1、众所周知，在隧道施工中，通常采用盾构管片拼装成环形成稳定支撑，随着隧道建设的多元化发展，大直径、长距离隧道的建设逐渐增多，由于隧道直径增加，其使用盾构管片的尺寸、质量也相应增大，这类盾构管片在抓取定位前，需要检测空间位姿，传统的检测方式是人工目视检测，即依靠人工控制遥控器进行操作，通过多次尝试实现抓取定位，该方案存在劳动强度大、效率低、精准度有限、安全风险大等问题，已逐渐弃用。
2、也有通过机器视觉技术识别管片特征标识、解析构建待抓取盾构管片空间位姿，进而实现盾构管片自动抓取定位的方式；如中国专利cn108104834b就公开了一种盾构管片自动拼装方法和系统，该方案根据图像特征信息、拼装机设备运动逻辑，完成盾构管片自动化拼装动作的调整；如中国专利cn107464262b就公开了一种基于进化图像处理的真空吸盘定位抓取系统，通过超声波传感器和摄像头进行盾构管片抓取定位，实现盾构管片自动化抓取作业；如专利cn113107550a就公开了一种基于机器视觉的盾构管片自动拼装方法，该方法通过检测管片标靶特征角点计算管片拼装点位，并通过视觉伺服控制策略，闭环控制拼装机设备运动速度，进而实现管片自动化拼装流程；如中国专利cn117231264a就公开了一种基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法，利用深度视觉传感器获取管片深度信息，计算待抓取管片相对于传感器位置和姿态，解算待拼装管片运动估计和运动参数，进行自动化抓
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术中的一个或多个缺点，提供一种盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统及其测量方法。
2、为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案中的产品是，盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，包括：
3、视觉检测模块，所述视觉检测模块包括视场覆盖盾构管片的视觉相机，所述视觉相机的位置姿态可调；
4、数据处理模块，所述数据处理模块用于接收所述视觉相机拍摄的图像并进行处理；
5、所述视觉检测模块还包括安装在管片拼装机上的结构光栅，所述结构光栅与所述管片拼装机上真空吸盘的相对位置保持固定，在所述真空吸盘抓取定位所述盾构管片时，所述结构光栅在所述盾构管片上投射出若干条相间隔的光栅线，所述光栅线在所述盾构管片的边缘处产生亮度骤变的角点；
6、所述数据处理模块根据所述图像中所有所述角点的位置，拟合出所述盾构管片的边缘线，并利用该边缘线分割所述图像，以滤除所述图像中的无效特征。
7、优选地，所述视觉检测模块还包括用于调整所述视觉相机位置姿态的调整机构，所述调整机构与所述数据处理模块数据连通，在所述数据处理模块检测出所述图像中相邻所述光栅线的间距不等时，所述数据处理模块发出调整信号给所述调整机构，所述调整机构调整所述相机的位置姿态，使所述视觉相机重新拍摄图像并发送至所述数据处理模块，直至所述图像中相邻所述光栅线的间距相等。
8、优选地，所述数据处理模块包括视觉系统控制与图像处理单元、上位机、可编程控制器，所述视觉系统控制与图像处理单元与所述视觉相机数据连通，用于接收所述视觉相机拍摄的所述图像，所述上位机与所述视觉系统控制与图像处理单元、所述可编程控制器数据连通，所述可编程控制器与所述管片拼装机的执行模块数据连通。
9、本专利技术提供的技术方案中的方法是，盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量方法，采用上述任意一种所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统实现，其特征在于，所述盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量方法包括以下步骤：
10、a.调整所述视觉相机的位置姿态，使其视场能够覆盖盾构管片；
11、b.开启所述结构光栅，使其在所述盾构管片上投射出若干条相间隔的光栅线；
12、c.通过所述视觉相机拍照，并将拍照所得的图像发送至所述数据处理模块；
13、d.所述数据处理模块根据所述图像中所述光栅线上亮度骤变的角点拟合出所述盾构管片的边缘线；
14、e.所述数据处理模块利用所述边缘线分割所述图像，获得与所述盾构管片对应的管片区域和位于所述盾构管片外侧的非管片区域；
15、f.所述数据处理模块根据所述管片区域计算所述盾构管片的空间位姿，给所述管片拼装机的自动抓取定位提供依据。
16、优选地，所述步骤d中的所述拟合包括定位角点圆心和构建拟合直线两步；
17、所述定位角点圆心采用以下方式实现：
18、s1.对所述光栅线的原始图像进行降噪、二值化处理，获取二值图像；
19、s2.遍历所述二值图像获取圆心轮廓区域点，循环趋近圆心点位；
20、s3.计算距圆心(xm,ym)(m＝1,2,...)最近点(xi,yi)距离为rm，其中，
21、
22、s4.移动圆心(xm,ym)使之与点(xi,yi)的距离在直线方向增加，即,
23、
24、s5.进行步骤s3至s4的循环，每次循环对比当前距离与上次循环距离，当rm+1＜rm时退出循环，即可得到所求圆半径rm+1，圆心为(xm+1,ym+1)；
25、所述构建拟合直线通过对多个角点圆心进行线性拟合实现，得到所述边缘线。
26、进一步优选地，所述步骤e中的所述分割通过以所述边缘线的两端点外延，使其与图像的边框相交，得到拟合分割线，根据该拟合分割线将所述图像分割成所述管片区域和所述非管片区域。
27、优选地，所述盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量方法还包括校正所述视觉相机位置姿态的步骤x。
28、进一步优选地，所述步骤x为：通过所述视觉相机拍照，并将拍照所得的图像发送至所述数据处理模块，若所述数据处理模块检测出所述图像中相邻所述光栅线的间距不等，则所述数据处理模块发出调整信号给所述视觉相机的调整机构，所述调整机构调整所述相机的位置姿态，调整后，所述视觉相机重新拍摄图像并发送至所述数据处理模块，直至所述数据处理模块检测出所述图像中相邻所述光栅线的间距相等。
29、进一步优选地，所述步骤x位于所述步骤e与所述步骤f之间，或者，所述步骤x位于所述步骤b和步骤c之间。
30、优选地，所述步骤b位于所述步骤a之前。
31、由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
32、本专利技术提供的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，包括视觉检测模块和数据处理模块，视觉检测模块包括位置姿态可调的视觉相机，数据处理模块用于接收视觉相机拍摄的图像并进行处理，通过使视觉检测模块还包括与管片拼装机上真空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，包括：
2.根据权利要求1所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，其特征在于：所述视觉检测模块还包括用于调整所述视觉相机位置姿态的调整机构，所述调整机构与所述数据处理模块数据连通，在所述数据处理模块检测出所述图像中相邻所述光栅线的间距不等时，所述数据处理模块发出调整信号给所述调整机构，所述调整机构调整所述相机的位置姿态，使所述视觉相机重新拍摄图像并发送至所述数据处理模块，直至所述图像中相邻所述光栅线的间距相等。
3.根据权利要求1所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，其特征在于：所述数据处理模块包括视觉系统控制与图像处理单元、上位机、可编程控制器，所述视觉系统控制与图像处理单元与所述视觉相机数据连通，用于接收所述视觉相机拍摄的所述图像，所述上位机与所述视觉系统控制与图像处理单元、所述可编程控制器数据连通，所述可编程控制器与所述管片拼装机的执行模块数据连通。
4.盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量方法，采用权利要求1至3中任意一项所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统实现，其特征在于
5.根据权利要求4所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量方法，其特征在于，所述盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量方法还包括校正所述视觉相机位置姿态的步骤x。
6.根据权利要求5所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量方法，其特征在于，所述步骤x为：通过所述视觉相机拍照，并将拍照所得的图像发送至所述数据处理模块，若所述数据处理模块检测出所述图像中相邻所述光栅线的间距不等，则所述数据处理模块发出调整信号给所述视觉相机的调整机构，所述调整机构调整所述相机的位置姿态，调整后，所述视觉相机重新拍摄图像并发送至所述数据处理模块，直至所述数据处理模块检测出所述图像中相邻所述光栅线的间距相等。
...【技术特征摘要】
1.盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，包括：
2.根据权利要求1所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，其特征在于：所述视觉检测模块还包括用于调整所述视觉相机位置姿态的调整机构，所述调整机构与所述数据处理模块数据连通，在所述数据处理模块检测出所述图像中相邻所述光栅线的间距不等时，所述数据处理模块发出调整信号给所述调整机构，所述调整机构调整所述相机的位置姿态，使所述视觉相机重新拍摄图像并发送至所述数据处理模块，直至所述图像中相邻所述光栅线的间距相等。
3.根据权利要求1所述的盾构管片自动抓取定位用深度视觉测量系统，其特征在于：所述数据处理模块包括视觉系统控制与图像处理单元、上位机、可编程控制器，所述视觉系统控制与图像处理单元与所述视觉相机数据连通，用于接收所述视觉相机拍摄的所述图像，所述上位机与所述视觉系统控制与图像处理单元、所述可编程控制器数据连通，所述可编程控制器与所述管片拼装机的执...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴志洋，李云仙，郭素阳，卜阳，李然，金平，李安，邓能伟，魏逸，王翔，邹泽泽，魏征，
申请(专利权)人：中交天和机械设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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