[发明专利]位于平面上的孔的中心位置的计算方法

说明书

本发明提供一种位于平面上的孔的中心位置的计算方法，包括如下步骤：1)利用单目视觉传感器采集孔所在平面包含孔区域的灰度图，标记此区域为区域I；2)向区域I分别投射横、纵向的三频四相相移光栅，采集图片，畸变校正，再分别沿横向、纵向解算相机平面上的绝对相位；解算投影仪平面上的横、纵绝对相位；3)取一系列相机平面和投影仪平面所对应的同位置点，计算单应性矩阵；4)提取灰度图中圆孔边缘的亚像素坐标，依据单应性矩阵计算出其在投影仪平面中的坐标，求取圆孔边缘各点的三维坐标，计算圆孔中心在平面中的位置。该方法将三频四相法与单目传感器相结合，能快速、准确的获取孔的中心位置；同时设备体积减小，便于测量。

技术领域

本发明涉及大型交通工具制造、安装领域，具体涉及一种位于平面上的孔的中心位置的计算方法。

背景技术

孔位置检测在汽车、轮船、飞机等制造领域的自动装配工作中具有非常重要的作用，实现孔位置的准确检测有利于提高在线安装或在线检测工作的准确性，继而提高产品的质量。目前，孔类中心位置的解算方式主要有以下三种：1)三坐标测量机、2)线激光器和3)双目立体视觉。三坐标测量机能够获得较高的测量精度，但其测量速度较慢，难以满足白车身在线测量的要求。线激光的测量方式又可分为以下三种：二维影像结合激光测距检测方案、线激光机器人扫描检测方案、线激光单光刀方案。其中，二维影像结合激光测距检测方案需要额外的LED光源进行打光，且对光照强度、光照角度、摄像机采集角度都有严格的要求；线激光机器人扫描检测方案需要机器人在小范围内进行运动并进行检测，机器人运动绝对精度较低，小范围的轨迹难以精确控制，容易在测量过程中引入机器人运动误差；线激光单光刀方案拍摄图像少，测量速度快，但其拍摄时需使摄像机光轴垂直于待测圆孔所在平面，且只提取两个光刀点进行计算，可用数据较少，稳定性较差。双目立体视觉匹配较为困难，难以获得理想的测量精度。综上所述，现有方法均不能准确、快速的获取孔的中心位置。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种位于平面上的孔的中心位置的计算方法，其将三频四相法与单目传感器相结合，能快速、准确的获取孔的中心位置；同时设备体积减小，便于测量。

为此，本发明的技术方案如下：

一种位于平面上的孔的中心位置的计算方法，包括如下步骤：

1)利用单目视觉传感器采集孔所在平面包含孔区域的灰度图，标记此区域为区域I；

2)向包含区域I的区域分别投射横向的三频四相相移光栅和纵向的三频四相相移光栅，同时采集图片，对得到的图片进行畸变校正，再分别沿横向、纵向解算相机平面上的绝对相位；

解算投影仪投射出的横向的三频四相相移光栅和纵向的三频四相相移光栅的绝对相位信息，得到投影仪平面上的横、纵绝对相位；

3)取一系列相机平面、投影仪平面横向、纵向绝对相位均相等的点，计算相机平面与投影仪平面之间的单应性矩阵；

4)提取步骤1)得到的灰度图中的圆孔边缘的亚像素坐标，依据步骤3)得到的单应性矩阵计算出其在投影仪平面中的坐标，求取圆孔边缘各点的三维坐标，计算圆孔中心在平面中的位置。

进一步，所述平面为孔上端面的四周至少1cm处与孔的上端面处于同一个平面。

进一步，步骤4)提取步骤1)得到的灰度图中的圆孔边缘的亚像素坐标的步骤为：

①先利用canny边缘检测法提取圆孔的整像素边缘；

②利用亚像素曲面拟合法求解圆孔边缘的亚像素坐标，其中曲面拟合法利用二元二次多项式进行拟合：

G(x,y)＝a₀+a₁x+a₂y+a₃x²+a₄xy+a₅y²