CN101949687B - 基于视觉测量的汽车车门的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于视觉测量的汽车车门的检测方法，它包括：(1)将标准车门定位在一个定位工件中，在标准车门和被测车门的边缘设定多个被测点并在定位工件上设定多个标记点；(2)求解出第一个标记点的三维空间坐标；(3)求解出第一个被测点的三维空间坐标；(4)计算出定位工件上的第一个标记点和标标准车门上的第一个被测点的空隙距离；(5)重复所述的步骤(2)-(4)完成所有的定位工件上的标记点和标标准车门上的被测点的空隙距离的测定；(6)将标准车门换下，将被测车门固定在标准车门的位置，完成定位工件上的标记点和被测车门上的被测点的空隙距离的测定。采用本方法消除了机器人的误差，精度可达0.1mm。

Description

基于视觉测量的汽车车门的检测方法
技术领域
本发明涉及一种汽车检具的检测方法，本发明尤其涉及基于视觉测量的汽车车门的检测方法。
背景技术
汽车零件在冲压或注塑出来后，装车前必须对其进行检测，而检测常必须借助于检具来进行。检具(Checking Fixture)作为模具行业的重要配套产品，正引起越来越多企业的高度重视。出于自身的生产需要和其较高的附加值，许多模具公司已将其作为一个重要的发展方向。检具的相关技术，作为一种新技术，也正被越来越多的模具公司引进。
汽车检具由检测结构定位结构、夹紧结构、支撑结构、底座，以及其他辅助部分构成。现有的设计是根据具体零件，按照检查要求，逐个、逐步的设计相应的结构，然后再装配到一起，最终实现检具的开发。这是一个复杂而繁琐的过程，并且每个设计都要从头开始，难以重用先前的设计成果，也不能把专家的成熟经验直接拿来利用，造成重复劳动量大，设计繁琐，对开发设计人员要求高等问题。
目前，机器视觉测量得到了快速地发展，通过机器人移动使视觉传感器对零件上点的测量使检具的开发有了重大的发展，提高了检具设计的柔性。目前基于这一技术通常采用的检测方法为将相机装在机器人末端的法兰上，然后通过计算机控制机器人移动来测量各个被测点，通过坐标变换直接得到被测点的三维坐标值。然而，现在商业的大多数工业机器人，在现场环境中位置精度较低，会给机器人直接测量带来比较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用测量相机沿导轨位移，测量被测目标的相对位置，消除了机器人产生的误差，提高了测量精度的基于视觉测量的汽车车门的检测方法。
本发明的基于视觉测量的汽车车门的检测方法，它包括以下步骤：
(1)将标准车门定位在一个定位工件中，在标准车门和被测车门的边缘设定多个被测点并在定位工件内壁上设定多个标记点，建立立体视觉测量系统并标定相机内部和外部参数；
(2)计算机控制机器人移动到第一个标记点的附近，记下此时的机器人的三维空间坐标，相机拍摄第一个标记点的图像求解出第一个标记点的三维空间坐标；
(3)机器人不动，计算机控制相机沿导轨移动到第一个被测点的附近，通过相机在导轨上移动的距离和机器人运行学模型解算出此时相机的坐标系，相机拍摄第一个被测点的图像求解出第一个被测点的三维空间坐标；
(4)通过公式计算出定位工件上的第一个标记点和标准车门上的第一个被测点的空隙距离并存入计算机；
(5)重复所述的步骤(2)-(4)完成所有的定位工件上的标记点和标准车门上的被测点的空隙距离的测定；
(6)将标准车门换下，将被测车门固定在标准车门的位置，然后以完成标准车门的多个标记点和被测点的测定的相同轨迹依次移动机器人和相机按照步骤(2)-(5)完成定位工件上的标记点和被测车门上的被测点的空隙距离的测定；
(7)比较标准车门和被测车门与定位工件的空隙距离，以判断被测车门是否符合生产要求。
采用本发明方法的有益效果是：本装置采用在机器人末端法兰上装一个精密导轨，通过计算机控制相机在导轨上移动测量，消除了机器人的误差。同时，在被测件周围放置一个定位工件，通过测量定位工件上点与被测件上点的距离来检查产品是否合格，通过比对测量，提高测量精度。通过实验证明，此方法可以达到0.1mm的精度。采用基于机器人的视觉测量系统，提高了汽车检具的柔性和自动化程度，同时，使视觉传感器在精密导轨上移动测量，消除了机器人的定位误差。
附图说明
图1是采用本发明的基于视觉测量的汽车车门的检测方法检测标准车门的测定工作原理图；
图2是采用本发明的基于视觉测量的汽车车门的检测方法检测被测车门的测定工作原理图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明：
基于视觉测量的汽车车门的检测方法，首先将标准车门定位在一个定位工件中，在标准车门和被测车门的边缘设定多个被测点(如A、B)(标准车门和被测车门被测点确定的方法可以是先在标准车门和被测车门的同一个位置粘贴一个标记点，然后每隔3cm顺时针方向在车门边缘粘贴一系列被测点)并在定位工件内壁上设定多个标记点(如a、b)，建立立体视觉测量系统(建立立体视觉测量系统参见张广军主编：《光电测试技术》，中国计量出版社，2008，304-307)并标定相机内部参数和外部参数，相机的内部标定参数包括(有效焦距f，综合畸变Δx，Δy，像面中心(Cx，Cy))，外部参数包括(平移和旋转矩阵，反映了三维世界坐标系到摄像机坐标系的转换关系)。标准车门可以采用“3-2-1”定位原则进行固定。如图1所示首先进行标准车门的测定：计算机控制机器人移动到第一个标记点的附近，记下此时的机器人的三维空间坐标，相机拍摄第一个标记点的图像求解出第一个标记点的三维空间坐标；机器人不动，计算机控制相机沿导轨移动到第一个被测点的附近，通过相机在导轨上移动的距离和机器人运行学模型(机器人运行学模型可以参考李定坤.机器人定位精度标定技术的研究[N].计量学报.2007-7中公开的内容)解算出此时相机的坐标系，相机拍摄第一个被测点的图像求解出第一个被测点的三维空间坐标；通过公式
Figure GDA0000080499110000031
计算出定位工件上的第一个标记点和标准车门上的第一个被测点的空隙距离并存入计算机；重复上述步骤完成所有的定位工件上的标记点和标准车门上的被测点的空隙距离的测定；标记点坐标求解方法(可以采用针孔成像模型公开的方法)，通常为根据摄像机的投影模型以及标定参数，分别对图像进行畸变校准，再由立体视觉传感器三维测量模型求解出第一个标记点的三维空间坐标。然后如图2所示进行被测车门的测定：将标准车门换下，将被测车门固定在标准车门的位置，然后以完成标准车门的多个标记点和被测点的测定的相同轨迹依次移动机器人和相机按照标准车门测定步骤完成定位工件上的标记点和被测车门上的被测点的空隙距离的测定；最后比较标准车门和被测车门与定位工件的空隙距离，以判断被测车门是否符合生产要求。
本发明方法中的机器人1可以采用ABB(Asea Brown Boveri Ltd)公司的IRB 2400/10产品，当然也可以采用其它已有的机器人。当把机器人定标以后，在机器人的人工面板上可以显示出机器人末端法兰的坐标，这个坐标可以通过串口从机器人输入到计算机里面。在本发明方法中的机器人1的末端通过机器人法兰2与精密导轨6相连，在所述的精密导轨上固定有相机3。图1和2中的4为定位工件，图1中的5为标准车门，图2中的5为被测车门。
实施例1
(1)将标准车门定位在一个定位工件中，在标准车门和被测车门的边缘设定多个被测点并在定位工件内壁上设定多个标记点，建立立体视觉测量系统并标定相机内部和外部参数；
(2)计算机控制机器人移动到第一个标记点的附近，记下此时的机器人的三维空间坐标，相机拍摄第一个标记点的图像求解出第一个标记点的三维空间坐标；
(3)机器人不动，计算机控制相机沿导轨移动到第一个被测点的附近，通过相机在导轨上移动的距离和机器人运行学模型解算出此时相机的坐标系，相机拍摄第一个被测点的图像求解出第一个被测点的三维空间坐标；
(4)通过公式计算出定位工件上的第一个标记点和标准车门上的第一个被测点的空隙距离并存入计算机；
(5)重复所述的步骤(2)-(4)完成所有的定位工件上的标记点和标准车门上的被测点的空隙距离的测定；
(6)将标准车门换下，将被测车门固定在标准车门的位置，然后以完成标准车门的多个标记点和被测点的测定的相同轨迹依次移动机器人和相机按照步骤(2)-(5)完成定位工件上的标记点和被测车门上的被测点的空隙距离的测定；
(7)比较标准车门和被测车门与定位工件的空隙距离，以判断被测车门是否符合生产要求。
定位工件中的标记点的三维坐标为(xa，ya，za)，标准车门被测点的三维坐标为(xA，yA，zA)；定位工件中的标记点的三维坐标为(x′a，y′a，z′a).被测车门的三维坐标为(x′A，y′A，z′A)；比较被测车门与定位工件之间的距离和标准车门与定位工件之间的距离，如果两个距离相等，则符合生产要求。

Claims (1)

1.基于视觉测量的汽车车门的检测方法，其特征在于它包括以下步骤：
(1)将标准车门定位在一个定位工件中，在标准车门和被测车门的边缘设定多个被测点并在定位工件内壁上设定多个标记点，建立立体视觉测量系统并标定相机内部和外部参数；
(2)计算机控制机器人移动到第一个标记点的附近，记下此时的机器人的三维空间坐标，相机拍摄第一个标记点的图像求解出第一个标记点的三维空间坐标；
(3)机器人不动，计算机控制相机沿导轨移动到第一个被测点的附近，通过相机在导轨上移动的距离和机器人运行学模型解算出此时相机的坐标系，相机拍摄第一个被测点的图像求解出第一个被测点的三维空间坐标；
(4)通过公式计算出定位工件上的第一个标记点和标准车门上的第一个被测点的空隙距离并存入计算机；
(5)重复所述的步骤(2)-(4)完成所有的定位工件上的标记点和标准车门上的被测点的空隙距离的测定；
(6)将标准车门换下，将被测车门固定在标准车门的位置，然后以完成标准车门的多个标记点和被测点的测定的相同轨迹依次移动机器人和相机按照步骤(2)-(5)完成定位工件上的标记点和被测车门上的被测点的空隙距离的测定；
(7)比较标准车门和被测车门与定位工件的空隙距离，以判断被测车门是否符合生产要求。
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