[发明专利]视觉测量结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置及方法

说明书

本发明公开一种视觉测量结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置及方法，属于视觉测量领域，测量时由工业机器人带动测量连杆和球状测头，球状测头与待测螺纹孔接触，线结构光与圆形标记点相交，高分辨率CCD相机拍摄球状测头，由上位机进行图像处理以及位置信息提取，获得圆形标记点位置信息，最后与图纸标准值及公差值比较，得出螺纹孔位置是否合格的结论与置信概率。本发明采用视觉测量的方式，通过线结构光以及高精度相机拍照的方式进行测量，后期由图像处理算法进行位置解算，能够有效提高对螺纹孔中心空间信息的高精度测量。

技术领域

本发明涉及视觉测量领域，特别是涉及一种视觉测量结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置及方法。

背景技术

在汽车制造工业中，测量汽车白车身上螺纹孔的位置变化是一个复杂、繁重的任务，目前该类工件由接触式三坐标机离线抽样测量，离线测量过程中采用的三坐标测量机精度高、通用型强，但是在测量过程中需要脱离制造现场，工件会由于搬运和重定位产生二次定位误差，这将严重影响工件最终的精度，此外还会消耗大量工时，导致生产周期延长、生产效率降低。

目前还没有成熟可靠的方法和装置来实现螺纹孔位置度变化的高精度在线测量。原因在于螺纹孔不同于通孔，其内部的螺纹易导致现有在线测量工业相机的图像中出现大量无规律边缘，导致图像处理算法无法有效、快速、可靠的提取出螺纹孔边缘信息，螺纹孔中心位置极易因误识别而出现错误。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种视觉测量结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置及方法，发明一种高精度、自动化、通用性强的螺纹孔中心定位装置和螺纹孔中心位置测量方法，克服现有测量技术的不足，方便在螺纹孔中心位置的测量中使用，以提高测量精度以及测量效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于视觉测量的接触式螺纹孔中心定位方法主要测量方法，包括如下步骤：

1)测量开始之前完成对高分辨率CCD相机的标定过程，包括RT矩阵的计算以及结构光平面参数的计算；

2)测量设备开启，测量连杆处于初始测量位置并调整球状测头位置，球状测头调整至处在高分辨率CCD相机的视场之内并且与线结构光相交；

3)工业机器人带动测量连杆和球状测头与待测螺纹孔紧密接触，线结构光与圆形标记点相交，由高分辨率CCD相机对球状测头进行拍摄，本次测量结束后将拍摄到的图片上传至上位机；

4)上位机将图片中球状测头上标记点的位置数据进行数据处理，使其变换到待求的坐标系中，并获得圆形标记点在该坐标系下的位置信息；

5)根据测量的中心位置坐标与图纸标准值及公差值进行比较，给出螺纹孔位置是否合格的判断与置信概率。

进一步地，步骤1)的标定过程中，首先对相机坐标系、图像坐标系、像素坐标系、世界坐标系以及测量靶标坐标系进行相对位置关系的标定，从而确定各个坐标系之间的RT关系；其次标定工业相机和工业机器人之间的手眼关系；最后标定线结构光的光平面参数。

进一步地，步骤3)中，通过测量连杆的挠性使测量连杆下端的球状测头与待测螺纹孔紧密接触，保证球状测头的球心与待测螺纹孔的孔心共线，以保证此时圆形标记点在XY方向上位置信息即为待测螺纹孔在XY方向上的位置信息。

进一步地，步骤4)中线结构光发生器向球状测头上的圆形标记点发射线结构光，高分辨率CCD相机获取球状测头上照射在圆形标记点上的线结构光，通过光平面参数获取该结构光在光心方向上的深度信息，再通过世界坐标系、机器人坐标系、相机坐标系以及像素坐标系的关系转换以及测量装置结构的相对位置，最终得出待测螺纹孔中心位置坐标。

综上所述，该测量方法是一种接触式与非接触式相结合的测量方法。