[发明专利]圆钢印中心点的视觉精密测量方法

权利要求书

1.圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于，其基于机械臂挂载激光轮廓仪进行测量，其具体步骤如下：

A对机械臂所对应的机械臂坐标系与激光轮廓仪所对应的激光轮廓仪坐标系进行标定，使得机械臂坐标系和激光轮廓仪坐标系之间建立映射关系；

B系统扫描点云数据的获取，机械臂控制激光轮廓仪上的激光传感器沿一个固定方向扫描,激光传感器间隔时间周期Δt将捕获的圆钢印数据上传给上位机保存，通过多次扫描获得圆钢印一次完整的扫描点数据，之后通过建立的标定将激光轮廓仪扫描数据转换成机械臂坐标系数据；

C点云数据处理，其顺次进行如下操作：

1圆钢印边界点提取；

2边界点噪声滤除；

3圆钢印的圆心坐标和法向计算；

D通过计算获得的圆钢印中心点数据引导机械臂进行后续切割作业。

2.如权利要求1所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于：步骤A中机械臂坐标系与激光轮廓仪坐标系的标定包括扫描方向标定和手眼标定。

3.如权利要求2所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于：所述扫描方向标定,即计算激光轮廓仪坐标系与扫描方向的方向空间夹角具体为将一个棋盘格标定板放置在一个空间位置固定不动,利用激光轮廓仪的相机在扫描过程中拍摄n幅图像并测量棋盘格标定板的坐标原点p_i|i＝1…n.通过对p_i空间直线拟合获得

之后激光轮廓仪采集的数据,可以描述为:

其中X₀是激光轮廓仪获取的空间(x,y,z)坐标,△d是其每次在扫描方向上的移动间距；

所述手眼标定,即计算激光轮廓仪的坐标系与机械臂末端坐标系的转换关系,可以表示为:

其中[X_c,Y_c,Z_c,1]是点云在相机坐标系下的齐次坐标,转换矩阵^gR_c和^gt_c是相机坐标到机械臂末端坐标的旋转和平移矩阵,[X_g,Y_g,Z_g,1]是点云转换到机械臂末端坐标系下的其次坐标；

系统的手眼标定的具体实现为,将固定在机械臂上的相机在空间中移动多个位姿,拍摄固定位置不变的棋盘格标定板,记录下标定板图像和机械臂末端坐标数据,从而解出转换矩阵^gR_c和^gt_c.在实现了手眼标定后,激光轮廓仪的数据通过机械臂末坐标系端传递给机械臂基坐标系。

4.如权利要求1所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于,步骤C中圆钢印边界点提取的具体操作如下：

1.1设计一个中值滤波器对原始坐标数据信号进行滤波处理.中值滤波器的尺度根据圆钢印边缘的尺寸确定，该尺度的中值滤波器能够处理噪声信号,同时也能处理理想边界信号；

1.2将中值滤波信号与原信号比较,计算两者的绝对差值，信号差值大的部分集中在待提取的边界区域；

1.3对信号差值取截断并将其归一化.差值信号大于阈值sigma的部分,属于圆边界区域,赋值为1,得到归一化信号，其中sigma的取值为0.1至0.5之间；

1.4提取每个位置信号的中心点,将该中心点作为圆钢印对应位置的边界点；

1.5对所有扫描线依次处理,得到圆钢印的全部边界点。

5.如权利要求4所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法，其特征在于：步骤1.3中，由于可能存在小部分边界区域信号未被赋值为1,形成一个间隙，故进一步采用闭运算形态学操作填补归一化信号可能存在的间隙，其中理想信号没有间隙,信号本身不会被闭运算操作改变；而噪声信号的间隙会被闭运算填补。