【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量方法，更具体的涉及一种基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，属于自动化装配测量。
技术介绍
1、在航空航天领域存在无明确定位特征的曲面构件，其特点是无基准孔、角点等定位特征，且外形多为曲面和曲线，目前其装配多采用人工的方式，存在效率低、装配质量受限于操作者经验等问题。随着机器人技术、数字化测量技术的发展，自动化装配在航空航天领域的应用越来越广泛。机器人具有自动化程度高、柔性化程度高等优点，成为航空航天领域实现自动化、智能化装配的重要载体。在无明确定位特征曲面构件装配中以工业机器人和柔性末端执行机构作为载体，结合机器视觉测量方法，可满足其高精度装配需求。
2、针对无明确定位特征曲面构件特点，通过提取其自身特征实现位姿估计较为困难且精度难以保证，通过立体视觉或结构光技术获取其点云数据存在受环境光、表面材质影响大、处理时间长的问题。同时曲面构件存在柔性随性吸附的需求，相机视场易受末端执行机构遮挡。因此提出一种基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，以实现自动化装配过程中的位姿精确测量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是面向无明确定位特征曲面构件自动化装配中精确位姿测量的需求，解决待装配对象具有无明确定位特征、外形多为曲面和曲线的特点，直接通过提取对象特征实现装配过程位姿解算较为困难，同时在测量过程中存在机器人末端执行机构遮挡相机视场的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于多
4、s1：曲面构件位姿多目视觉测量系统构建，在曲面构件上表面粘贴四个圆形反光标记点作为位姿控制点；
5、s2：以边缘像素点梯度方向上的采样点灰度梯度值拟合高斯曲线，获取亚像素边缘，并通过改进的随机采样一致性(ransac)算法实现了位姿控制点中心的精确提取；
6、s3：通过激光跟踪仪实现两个双目视觉子系统间外参标定；
7、s4：基于曲面构件坐标系和视觉测量坐标系下的四个位姿控制点坐标，通过svd分解实现了无明确定位特征曲面构件位姿求解。
8、作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤s1包括以下内容：
9、s1.1：多目视觉测量系统由两组无重叠视场的双目视觉子系统组成，分别位于机器人末端执行机构的两侧，各子系统分别测量该侧两个位姿控制点三维坐标，并统一至视觉测量坐标系下。
10、s1.2：在曲面构件上表面粘贴四个反光圆形标记点作为位姿控制点，在装配作业前，曲面构件坐标系及该坐标系下位姿控制点坐标由高精度测量设备扫描后逆向重构得到，作为已知信息输入到后续装配及位姿测量过程。
11、作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤s2包括以下内容：
12、s2.1：视觉测量系统采集图像，进行二值化处理并提取轮廓，设置轮廓的圆度与面积阈值筛选位姿控制点对应的roi(感兴趣区域)，以提高处理速度。为保证不同光照环境下提取稳定性，通过otsu算法实现canny边缘检测的自适应阈值，进而处理位姿控制点的roi图像获得整像素边缘；
13、s2.2：通过sobel算子计算位姿控制点整像素边缘点的x方向灰度梯度gx、y方向灰度梯度gy，进而计算梯度幅值gi和梯度方向θi：
14、
15、s2.3：沿整像素边缘点梯度方向在两侧以步长1各采样3个点，由双线性插值法计算其梯度幅值，以采样点下标xj和该点梯度幅值gj构造点集(xj,gj)以拟合高斯曲线，其中μ为均值，σ为标准差。将构造的点集带入高斯函数表达式并在等式两边取对数：
16、
17、其符合二次曲线的形式，令可通过构造的点集以最小二乘法求解得到二次曲线的三个系数，高斯曲线的中心位置可表示为则位姿控制点亚像素坐标(sxi,syi)为：
18、
19、对所有的像素边缘点进行处理可得到位姿控制点亚像素边缘；
20、s2.4：椭圆的一般方程记为：ax2+bxy+cy2+dx+ey+f＝0，为有效去除由于图像噪声或干扰轮廓产生的外点，使用改进的ransac(random sample consensus)算法进行椭圆拟合，即在迭代拟合椭圆选择内点的过程中为保证采样点分布占椭圆轮廓比重较小时的拟合精度，采用超最小二乘法拟合椭圆。最终位姿控制点的中心(x0,y0)可表示为：
21、
22、作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤s3包括以下内容：
23、s3.1：通过张正友标定法完成两组双目视觉子系统参数标定。使用激光跟踪仪、单侧的双目视觉子系统分别测量其工作空间中的一组公共点，令最终测量得到的激光跟踪仪坐标系下点坐标为lpi(i＝1,2,...,n)，单侧双目视觉子系统坐标系下点坐标为c1pi(i＝1,2,...,n)，两组点集满足如下关系：
24、c1pi＝rlpi+t (13)
25、r和t表示单侧的视觉子系统坐标系与激光跟踪仪坐标系间相对位姿；
26、s3.2：计算点集c1p和lp的质心：令构造协方差矩阵
27、s3.3：对h进行svd分解，可得到：h＝udvt，则：
28、
29、
30、即表示激光跟踪仪坐标系在该侧双目视觉子系统坐标系下的位姿；
31、s3.4：按照上述方法同样可计算激光跟踪仪坐标系在另一侧双目视觉子系统坐标系下的位姿令激光跟踪仪与两组双目视觉子系统的相对位姿分别为与则多目视觉测量系统的全局外参和可表示为：
32、
33、作为本专利技术的一种优选方案，所述步骤s4包括以下内容：
34、s4.1：筛选真正位姿控制点，通过曲面构件坐标系下位姿控制点的坐标值提供的空间距离进行约束，遍历测量点集，每次取四个点求各点的空间距离，寻找空间距离符合要求的四个位姿控制点，并以四个点坐标转换后误差最小的位姿控制点顺序作为最终对应点顺序。
35、s4.2：记相机坐标系下位姿控制点坐标为cpi(i＝1,2,3,4)，曲面构件实测模型坐标系下对应的位姿控制点坐标为tpi(i＝1,2,3,4)，由式(5)-(7)计算曲面构件相对于视觉测量系统的位姿
36、本专利技术的有益效果为：
37、1.实现了以机器人为执行机构的航空航天领域无明确定位特征曲面构件自动化装配过程中的精确位姿测量，可实现无明确定位特征曲面构件高精度装配。
38、2.通过在曲面构件上表面粘贴反光圆形标记点作为位姿控制点，解决了其无明确定位特征、外形多为曲面和曲线，直接通过提取特征实现装配过程位姿解算较为困难的问题。
39、3.构建了两组无重叠视场的双目视觉子系统组成的多目视觉测量系统，避免了在测量过程中机器人末端执行机构遮挡相机视场的问题。
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1.一种基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下内容：
3.根据权利要求1所述的基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下内容：
4.根据权利要求1所述的基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，其特征在于：所述步骤S3包括以下内容：
5.根据权利要求1所述的基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下内容：
【技术特征摘要】
1.一种基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方法，其特征在于：所述步骤s1包括以下内容：
3.根据权利要求1所述的基于多目视觉的无明确定位特征曲面构件位姿测量方...
【专利技术属性】
技术研发人员：候国义，李泷杲，张树荣，黄翔，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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