CN111311676A - 螺纹孔安装视觉垂直度检测、校正方法以及同轴装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，通过在装配机械手的周侧设置两个对称设置且可绕装配机械手轴线转动的摄像头，通过两个摄像头从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔图像，再通过对比从两个摄像头拍摄的螺纹孔图像提取的边缘轮廓图像，通过对比两个摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像的边缘轮廓是否相同，从而快速判断装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，即装配机械手同轴抓取的螺栓是否垂直于螺纹孔所在的平面。本发明提供的检测方法可以快速检装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，检测过程简单，计算量小。
Description
技术领域
本发明涉及机器人工程应用的技术领域，特别涉及一种螺纹孔安装视觉垂直度检测、校正方法以及同轴装配方法。
背景技术
螺栓是利用螺纹旋合实现的一种机器联结，可以用于连接和传动。以往螺栓零件安装都是采用人工装配形式，或是人工对丝后再用电动工具进行装配。随着无人工厂的出现，机器人代替人工装配螺栓成为一种趋势。
大量的制造业产品组装生产线中，螺纹联接是最常用、最频繁的工序。螺纹孔装配螺栓过程中，对螺纹孔的定位非常重要。现有的机器人将螺栓装配到螺纹孔的过程中大多都会用到视觉定位，具体为通过从螺纹孔的上侧拍摄螺纹孔图像，确定螺纹孔的中心点，再将机器人手臂移动到螺纹孔的正上方，再进行螺栓的装配。一般而言，螺纹孔与定位摄像头的图像采集面为平行关系，即机器人手臂抓取的螺栓与螺纹孔所在的平面是垂直关系，初步定位即可进行螺栓同轴装配。但在实际的装配情况中，螺纹孔所在的平面因加工原因而与存在一定倾斜(偏斜的角度一般很小)，此时，机器人手臂定位在螺纹孔的上方后，螺栓与螺纹孔不能同轴，不能进行同轴装配。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提供一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法。
为实现上述目的，本发明提出了一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其包括如下步骤：
螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
A200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
A300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则判定装配机械手垂直于螺纹孔所在的工作表面；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则判定装配机械手不垂直于螺纹孔所在的工作表面。
优选地，所述步骤C300中，对拍摄的螺纹孔图像做边缘检测前，对螺纹孔图像进行预处理，该预处理包括：
C310，对螺纹孔图像进行灰度转换，转换为螺纹孔的灰度图像。在该步骤C310中，若第一摄像头和第二摄像头采用的是彩色摄像头，则需对拍摄的彩色图像进行灰度转换，将螺纹孔图像转换为灰度图像；若第一摄像头和第二摄像头采用的是黑白摄像头，则直接进行下一步。通过进行灰度转换，使得边缘点像素得到加强，并抑制非边缘点像素。
C320，选取合适的阈值对灰度图像进行二值化处理，转换为螺纹孔的二值化图像。
C330，对螺纹孔的二值化图像进行去噪声处理，转换为螺纹孔的去噪声图像。在该步骤中，去噪声处理是通过图像形态学算法(如开运算、闭运算等)或者滤波算法(如均值滤波、高斯滤波、双边滤波或者中值滤波等)进行去噪声处理。通过对二值化图像进行去噪声处理，消除噪声干扰，以便于后续的边缘检测。
C340，对去噪声图像进行边缘检测。
在步骤C300中或者步骤C340中，边缘检测是采用边缘检测算子来计算螺纹孔的边缘，该边缘检测算子为Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、Log/Marr算子、Canny算子、Kirsch算子或者Nevitia算子。
本发明的技术方案通过在装配机械手的周侧设置两个对称设置且可绕装配机械手轴线转动的摄像头，通过两个摄像头从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔图像，再通过对比从两个摄像头拍摄的螺纹孔图像提取的边缘轮廓图像，通过对比两个摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像的边缘轮廓是否相同，从而快速判断装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，即装配机械手同轴抓取的螺栓是否垂直于螺纹孔所在的平面。本发明提供的检测方法可以快速检测装配机械手的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面，检测过程简单，计算量小。
本发明还提出了一种螺纹孔安装视觉垂直度校正方法，其包括如下步骤：
B100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
B200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
B300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则无需校正；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则进行下一步；
B400，装配机械手校正：
B410，计算每组边缘轮廓图像中边缘轮廓图像1的外接矩形1和边缘轮廓图像2的外接矩形2，并计算外接矩形1的长宽比S1和外接矩形2的长宽比S2，找出S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像；
B420，以S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像对应的螺纹孔图像的采集面为校正面，以螺纹孔的中心点为转动中心，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角。
优选地，所述步骤B200中，所述第一摄像头的轴线与所述装配机械手的轴线之间的夹角为30°～60°。
优选地，在所述步骤B420中，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角具体为：
B421，计算第一摄像头的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ1＝arcsin(S1)，计算第二摄像头的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ2＝arcsin(S2)。
B422，计算θ1与θ1和θ2的平均值
之间的绝对差值|Δθ|，根据|Δθ|在校正面内转动校正装配机械手的位姿角。
优选地，装配机械手校正后，还包括：B500，垂直度校验：返回步骤B200，对重新采集的螺纹孔图像进行边缘检测，取至少两组边缘轮廓图像，并判断每组图像中的边缘轮廓图像1和边缘轮廓图像2是否相等；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则认为校验合格，装配机械手校正完毕；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则认为校验不合格，返回步骤B400。
本发明提供的校正方法在上述检测方法的基础上，通过计算每个边缘轮廓图像1和边缘轮廓图像2的外接矩形1和外接矩形2，以及外接矩形1的长宽比S1和外接矩形2的长宽比S2，并找出S1/S2的比值最大或者最小的一组外接矩形1和外接矩形2，根据S1/和S2来计算第一摄像头和第二摄像头相对螺纹孔所在平面的夹角，根据该夹角来校正装配机械手的位姿角，使得装配机械手的轴向垂直于螺纹孔所在的平面，以便于后续的螺栓与螺纹孔的同轴装配。
本发明还提出了一种同轴装配方法，用于螺栓与螺纹孔的同轴装配，包括如下步骤：
C100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
C200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
C300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则跳转到步骤C600；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则进行下一步；
C400，装配机械手校正：
C410，计算每组边缘轮廓图像中边缘轮廓图像1的外接矩形1和边缘轮廓图像2的外接矩形2，并计算外接矩形1的长宽比S1和外接矩形2的长宽比S2，找出S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像；
C420，以S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像对应的螺纹孔图像的采集面为校正面，以螺纹孔的中心点为转动中心，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角。
C600，螺栓装配：通过装配机械手将螺栓装配到螺纹孔内。
本发明提供的同轴装配方法采用上述的检测方法和校正方法，可保证装配过程中，螺栓与螺纹孔同轴配合，提高装配的精度。此外，在装配过程中，无需切换摄像头和装配机械手的位置，便于简化机器手的结构设计，且装配效率更高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为应用本发明所述的同轴装配方法的机器手的一实施例的结构示意图；
图2为第一摄像头拍摄的螺纹孔图像的示意图；
图3为从第一摄像头拍摄的螺纹孔图像提取的边缘轮廓图像1的示意图；
图4为机器手的校正示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示意性的给出了应用本发明所述的同轴装配方法的机器手的一实施例的结构示意图。如图1所示，该机器手包括装配机械手100、第一摄像头200和第二摄像头300，装配机械手100用于同轴抓取螺栓并将螺栓装配到待装配的螺纹孔内。装配机械手100上安装有一可绕装配机械手100的轴向转动的旋转套110，该旋转套110上设置两对称设置的支臂120，第一摄像头200和第二摄像头300通过支臂120连接在装配机械手100上。外部的驱动装置可驱动旋转套110绕装配机械手100的轴线转动，从而带动第一摄像头200和第二摄像头300绕装配机械手100的轴线转动。
基于上述机器手，本发明所述的同轴装配方法为：
C100，初步视觉定位：装配机械手100同轴抓取螺栓，再通过机器视觉定位系统的定位移动到待装配螺栓的螺纹孔的正上方，准备装配。
在步骤C100中，当螺纹孔所在的平面为非平面时，如为球形或者拱形、类球形，则以螺纹孔与所在位置的切面为螺纹孔所在的平面。
C200，采集螺纹孔图像：
如图1所示，以装配机械手100的轴线为中心轴，驱动第一摄像头200和第二摄像头300以图1所示的旋转方向绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方拍摄螺纹孔的螺纹孔图像。
具体地，在步骤C200中，装配机械手100的轴线、第一摄像头200的轴线、第二摄像头300的轴线位于同一平面，且第一摄像头200的轴线与装配机械手100的轴线呈锐角设置，由此，使得装配机械手100的轴线、第一摄像头200的轴线和第二摄像头300的轴线可相交与一点A，当装配机械手100定位在螺纹孔的正上方后，相交点A与螺纹孔的中心点O重合。这样，当驱动第一摄像头200和第二摄像头300绕机器人的轴线转动时，第一摄像头200和第二摄像头300的中心可始终对准螺纹孔的中心，避免采集图像的中心点偏移。
可选地，第一摄像头200的轴线与装配机械手100的轴线之间的夹角在30°～60°之间。
由于第一摄像头200和第二摄像头300是对称设置的关系，因此以下仅以第一摄像头200为例进行说明：当第一摄像头200的轴线与装配机械手100的轴线倾斜一定角度时，第一摄像头200也会倾斜于螺纹孔所在的平面，从螺纹孔的上方侧面拍摄螺纹孔的图像时，采集的螺纹孔图像回由圆形变为椭圆形，若第一摄像头200的轴线与装配机械手100的轴线之间的夹角过大时，则拍摄的螺纹孔的变形会很大，导致采集的螺纹孔图像很小，不便于后续的图像处理。而若是第一摄像头200与装配机械手100轴线之间的夹角过小，则不便于设置第一摄像头200。
故，将第一摄像头200和第二摄像头300相对装配机械手100的倾角设置为30°～60°即便于采集良好的螺纹孔图像，又便于设置摄像头。
可选地，第一摄像头200和第二摄像头300的采集端与螺纹孔中心点O的距离大于装配机械手100工作端与螺纹孔中心点O的距离，以避免装配机械手100进行螺栓装配时，摄像头与螺纹孔所在的平面发生碰撞。
C300，垂直度检测：
首先，对第一摄像头200和第二摄像头300拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头200拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头300拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2。然后，取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头200和第二摄像头300在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2。
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，执行步骤C600；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则进行下一步。
当装配机械手100的轴向垂直于螺纹孔所在的平面时，由于第一摄像头200与第二摄像头300对称设置，因此第一摄像头200和第二摄像头300在每一时刻采集的螺纹孔图像均是相同的，从每组提取出的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2也会相等，故通过判断两组以上的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2是否相等，即可快速判断装配机械手100的轴向是否垂直于螺纹孔所在的平面。而取两组以上的边缘轮廓图像进行对比，以避免偶然性误差。
可选地，为便于提取螺纹孔的轮廓图像，在步骤C300中，对拍摄的螺纹孔图像做边缘检测前，对螺纹孔图像进行预处理，该预处理包括：
C310，对螺纹孔图像进行灰度转换，转换为螺纹孔的灰度图像。在该步骤C310中，若第一摄像头200和第二摄像头300采用的是彩色摄像头，则需对拍摄的彩色图像进行灰度转换，将螺纹孔图像转换为灰度图像；若第一摄像头200和第二摄像头300采用的是黑白摄像头，则直接进行下一步。通过进行灰度转换，使得边缘点像素得到加强，并抑制非边缘点像素。
C320，选取合适的阈值对灰度图像进行二值化处理，转换为螺纹孔的二值化图像。
C330，对螺纹孔的二值化图像进行去噪声处理，转换为螺纹孔的去噪声图像。在该步骤中，去噪声处理是通过图像形态学算法(如开运算、闭运算等)或者滤波算法(如均值滤波、高斯滤波、双边滤波或者中值滤波等)进行去噪声处理。通过对二值化图像进行去噪声处理，消除噪声干扰，以便于后续的边缘检测。
C340，对去噪声图像进行边缘检测。
在步骤C300中或者步骤C340中，边缘检测是采用边缘检测算子来计算螺纹孔的边缘，该边缘检测算子为Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、Log/Marr算子、Canny算子、Kirsch算子或者Nevitia算子。
C400，装配机械手100校正，具体为：
C410，计算每组边缘轮廓图像中边缘轮廓图像1的外接矩形1和边缘轮廓图像2的外接矩形2，并计算外接矩形1的长宽比S1和外接矩形2的长宽比S2，找出S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像。
如图1所示，当螺纹孔所在的平面相对向第一摄像头200一侧倾斜时，第一摄像头200在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ1减小，使得螺纹孔投影到第一摄像头200的图像采集面的图像变得更窄，即第一摄像头200采集的螺纹孔对应的椭圆更加扁，长轴短轴比更大。对应地，外接矩形1的长宽比S1存在一个最大值，且当外接矩形1的长宽比S1取最大值时，外接矩形2的长宽比S2取最小值，此时，S1/S2的比值最大。同理，当螺纹孔所在的平面相对向第二摄像头300一侧倾斜时，外接矩形2的长宽比S2存在一个最大值，且当外接矩形2的长宽比S2取最大值，外接矩形1的长宽比S1取最小值，此时，S1/S2的比值最小。
C420，以S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像对应的螺纹孔图像的采集面为校正面，以螺纹孔的中心点为转动中心，在校正面内转动校正装配机械手100的位姿角。
在步骤C420中，在校正面内转动校正装配机械手100的位姿角的具体过程为：
C421，计算第一摄像头200的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ1＝arcsin(S1)，计算第二摄像头300的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ2＝arcsin(S2)。
如图2-3所示，螺纹孔投影到第一摄像头200的图像采集面β时，由于螺纹孔所在的平面α与图像采集面β之间有一定的倾斜，因此圆形的螺纹孔投影到图像采集面β会变成一椭圆，该椭圆的短轴长b1即为螺纹孔位于校正面内的直径投影到图像采集面β的长度。而垂直于校正面的直径与图像采集面β处于平行关系，因此，投影到图像采集面β的长度不变，即图像采集面β采集的椭圆的长轴长a即为螺纹孔的直径长。
因图像采集面β与第一摄像头200的轴向是垂直关系，故，如图2所示，第一摄像头200的轴线在校正面内与螺纹孔所在的平面α之间的夹角可表示为
同理，第二摄像头300的轴线在校正面内与螺纹孔所在的平面α之间的夹角可表示为
其中，b2为第二摄像头300采集的椭圆图像的短轴长。
C422，计算θ1与θ1和θ2的平均值
之间的绝对差值|Δθ|，根据|Δθ|在校正面内转动校正装配机械手100的位姿角。
当Δθ为正值时，说明θ1大于θ2，此时，装配机械手100是相对向第二摄像头300倾斜。因此，校正时，在校正面内将装配机械手100向第一摄像头200转动|Δθ|，使得θ1与θ2相同。由于第一摄像头200和第二摄像头300对称设置，当θ1与θ2相同，说明装配机械手100的轴线与螺纹孔的轴线重合，装配机械手100垂直于螺纹孔所在的平面。
当Δθ为负值时，说明θ1小于θ2，此时，如图1所示，装配机械手100是相对向第一摄像头200倾斜。因此，校正时，如图4所示，在校正面内将装配机械手100向第二摄像头300转动|Δθ|，使得装配机械手100垂直于螺纹孔所在的平面。
进一步地，本发明提供的同轴装配方法还包括：
C500，垂直度校验：返回步骤C200，对重新采集的螺纹孔图像进行边缘检测，取至少两组边缘轮廓图像，并判断每组图像中的边缘轮廓图像1和边缘轮廓图像2是否相等；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则认为校验合格，执行步骤C600；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则认为校验不合格，返回步骤C400。
C600，螺栓装配：装配机械手100将螺栓装配到螺纹孔内。
本发明提供的同轴装配方法的有益效果在于：
1、可保证装配过程中，螺栓与螺纹孔同轴配合，提高装配的精度。
2、在装配过程中，无需切换摄像头和装配机械手100的位置，便于简化机器手的结构设计，且装配效率更高。
3、摄像头倾斜拍摄的方法，无需接触即可确定螺纹孔的垂直度，不受环境干扰。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
A200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方两侧拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
A300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则判定装配机械手垂直于螺纹孔所在的工作表面；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则判定装配机械手不垂直于螺纹孔所在的工作表面。
2.如权利要求1所述的螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤A300中，对拍摄的螺纹孔图像做边缘检测前，对螺纹孔图像进行预处理，该预处理包括：
A310，对螺纹孔图像进行灰度转换，转换为螺纹孔的灰度图像；
A320，对灰度图像进行二值化处理，转换为螺纹孔的二值化图像；
A330，对螺纹孔的二值化图像进行去噪声处理，转换为螺纹孔的去噪声图像；
A340，对去噪声图像进行边缘检测。
3.如权利要求2所述的螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤A330中的去噪声处理是通过图像形态学算法或者滤波算法进行去噪声处理。
4.如权利要求1-3任意一项所述的螺纹孔安装视觉垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤A300中的边缘检测是采用边缘检测算子来计算螺纹孔的边缘，该边缘检测算子为Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、Log/Marr算子、Canny算子、Kirsch算子或者Nevitia算子。
5.一种螺纹孔安装视觉垂直度校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
B100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
B200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
B300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则无需校正；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则进行下一步；
B400，装配机械手校正：
B410，计算每组边缘轮廓图像中边缘轮廓图像1的外接矩形1和边缘轮廓图像2的外接矩形2，并计算外接矩形1的长宽比S1和外接矩形2的长宽比S2，找出S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像；
B420，以S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像对应的螺纹孔图像的采集面为校正面，以螺纹孔的中心点为转动中心，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角。
6.如权利要求5所述的螺纹孔安装视觉垂直度校正方法，其特征在于，所述步骤B200中，所述第一摄像头的轴线与所述装配机械手的轴线之间的夹角为30°～60°。
7.如权利要求5所述的螺纹孔安装视觉垂直度校正方法，其特征在于，在所述步骤B420中，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角具体为：
B421，计算第一摄像头的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ1＝arcsin(S1)，计算第二摄像头的轴线在校正面内与螺纹孔所在平面的夹角θ2＝arcsin(S2)；
B422，计算θ1与θ1和θ2的平均值
之间的绝对差值|Δθ|，根据|Δθ|在校正面内转动校正装配机械手的位姿角。
8.如权利要求5-7任意一项所述的螺纹孔安装视觉垂直度校正方法，其特征在于，装配机械手校正后，还包括：B500，垂直度校验：返回步骤B200，对重新采集的螺纹孔图像进行边缘检测，取至少两组边缘轮廓图像，并判断每组图像中的边缘轮廓图像1和边缘轮廓图像2是否相等；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则认为校验合格，装配机械手校正完毕；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则认为校验不合格，返回步骤B400。
9.一种同轴装配方法，用于螺栓与螺纹孔的同轴装配，其特征在于，包括如下步骤：
C100，初步视觉定位：通过机器视觉定位系统将装配机械手定位到螺纹孔的正上方；
C200，采集螺纹孔图像：
在装配机械手的两侧设置两对称设置的第一摄像头和第二摄像头，所述装配机械手的轴线、第一摄像头的轴线、第二摄像头的轴线位于同一平面，且第一摄像头的轴线与装配机械手的轴线呈锐角设置；
以装配机械手的轴线为中心轴，驱动第一摄像头和第二摄像头绕所述螺纹孔旋转180°，旋转的同时从螺纹孔的上方拍摄螺纹孔的螺纹孔图像；
C300，垂直度检测：
对第一摄像头和第二摄像头拍摄的每帧螺纹孔图像做边缘检测，提取第一摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像1，提取第二摄像头拍摄的螺纹孔图像中的边缘轮廓图像2；
取至少两组边缘轮廓图像进行对比，其中，每组边缘轮廓图像为从第一摄像头和第二摄像头在同一时刻拍摄的螺纹孔图像中提取的边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2；
若每组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2均相等，则跳转到步骤C600；若其中一组边缘轮廓图像1与边缘轮廓图像2不相等，则进行下一步；
C400，装配机械手校正：
C410，计算每组边缘轮廓图像中边缘轮廓图像1的外接矩形1和边缘轮廓图像2的外接矩形2，并计算外接矩形1的长宽比S1和外接矩形2的长宽比S2，找出S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像；
C420，以S1/S2的比值最大或者最小的一组边缘轮廓图像对应的螺纹孔图像的采集面为校正面，以螺纹孔的中心点为转动中心，在校正面内转动校正装配机械手的位姿角；
C600，螺栓装配：通过装配机械手将螺栓装配到螺纹孔内。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202010067774.1A CN111311676A (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 螺纹孔安装视觉垂直度检测、校正方法以及同轴装配方法 |
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| CN202010067774.1A CN111311676A (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 螺纹孔安装视觉垂直度检测、校正方法以及同轴装配方法 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN111311676A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112164036A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-01-01 | 西安交通大学 | 一种钢丝螺套装配参数检测装置及方法 |
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2020
- 2020-01-20 CN CN202010067774.1A patent/CN111311676A/zh not_active Withdrawn
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