CN112629444B - 一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，所述方法主要通过对放射源库矩形盖板上方两角侧和起重机抓具正前方的标识圆进行检测定位，利用相机采集图像信息，利用圆检测算法获取像素平面中的圆心坐标位置；在起重机抓取盖板由于负载不均衡导致盖板歪斜时，根据盖板两侧的标识圆圆心坐标和反正切公式测算出偏移角度作为纠正参数反馈至控制系统给予角度纠正；在起重机落放盖板的过程中，根据盖板两侧的标识圆圆心至抓具标识圆圆心的观察距离变化率判断盖板落放卡边的情况，并作出相应的调整策略。本方法实现负载时盖板歪斜角度及位置自动调整，确保盖板落放顺利合盖，调整精度高，成本低，同时具有安全、可靠、高效等优点。

Description

一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法
技术领域
本发明涉及放射源库桥式起重机吊运领域，具体涉及一种矩形盖板落放误差的检测纠正方法。
背景技术
随着近几十年石油勘探、无损检验等事业的高速发展，许多地区用源单位产生了不同形态的废放射源，数量大且种类多。由于废放射源中的高能射线对环境和人体都会造成不同程度的危害，因此必须严格管理，用源单位需要将废放射源送交其所在区域环保部门所属的城市放射性废物库。针对放射源库中的矩形水泥盖板，工程上为达到理想的防辐射屏蔽效果，通常在设计中盖板与坑位之间的合盖间隙为毫米级（不超过1cm），同时由于盖板的水泥浇筑不均匀会导致其整体重心偏移，这种情况极易造成起重机抓盖时负载不均衡导致的盖板位姿歪斜而无法合盖的问题。对于这一问题，当前基本是依赖操作员手动操作，调整歪斜盖板的角度和位置进行纠正，以确保盖板能顺利合上。但是对于放射源库这一具有高辐射性的特殊工况，实际作业依赖于现场人工纠正具有一定的危险性，并且效率低，所以实现放射源库起重机自动化作业具有非常重要的意义。
为了达到观察者与被观察对象无实际接触的安全目的和高度自动化的要求，机器视觉作为一种代替人眼反馈过程中需要理解的视觉信息的技术已被广泛应用。机器视觉不仅在吊运系统定位工作中扮演重要角色，在解决实际工程中遇到的如负载不均衡导致的盖板歪斜偏差问题也能发挥其积极作用。核用起重机的绝对定位精度通常需要达到±3mm的高标准，而上述提到的盖板位姿歪斜问题会严重影响其盖板落放时的定位精度，直接导致放射源库盖板无法顺利合上。如何利用视觉技术实现放射源库中矩形盖板因位姿歪斜无法合盖的自动纠正，已成为起重机自动化技术领域一个亟待解决的问题。
发明内容
发明目的：本发明提出一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，解决放射源库中因起重机抓具负载不均衡导致的矩形盖板歪斜落放卡边的问题。
技术方案：一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，包括以下步骤：
（1）在放射源库矩形盖板上方两角侧位置和起重机抓具正前侧添加标识圆，并且确保盖板上两圆圆心连线与盖板边线平行，负载时抓具标识圆圆心位于盖板两圆位置的中心轴线上；
（2）在起重机抓具硬臂上方侧边固定一工业相机，确保镜头与地面平行，在观察视野内能够看到抓具和盖板上的标识圆；
（3）放射性废物桶入库需要抓盖前，利用视觉圆检测算法对盖板上的标识圆进行识别定位，在像素坐标系中，记一侧圆心坐标为(x l , y l )，另一侧圆心坐标为(x r , y r )，根据反正切角度公式测算合盖时盖板初始角度
Figure 966321DEST_PATH_IMAGE001
；
（4）完成放射性废物桶入库操作后，当起重机抓取盖板至落放位置时，测量盖板上两侧标识圆圆心坐标(x l ', y l ')和(x r ', y r ')，得到两个圆心在x与y轴方向上的差值
Figure 346487DEST_PATH_IMAGE002
与
Figure 2727DEST_PATH_IMAGE003
，根据
Figure 31076DEST_PATH_IMAGE004
与
Figure 871993DEST_PATH_IMAGE005
测算盖板的当前角度
Figure 145980DEST_PATH_IMAGE006
；
（5）根据初始角度α和当前角度β计算需要纠正的偏移角度值θ=β－α，将θ作为角度纠正参数反馈至控制系统，通过起重机旋转机构纠正偏移角度；
（6）当盖板高度下落至预设的观察高度阈值H 0时，记该时刻为t 0，开始进行数据采样，共采集N组数据样本，包括像素平面上盖板两侧标识圆圆心坐标以及抓具标识圆圆心坐标，测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根据两侧观察距离变化率的对比情况判断盖板是否发生卡边；
（7）当判断到盖板发生卡边时进行调整，将盖板起升至安全高度后根据卡边偏向给予位移点动纠正，再次落放直至顺利合盖。
作为一种优选的实施方式，所述步骤（6）中测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根据两侧观察距离变化率的对比情况判断盖板是否发生卡边包括：
记像素平面上盖板两侧标识圆圆心坐标分别为(x A , y A )和(x B , y B )，两侧标识圆称为A侧标识圆和B侧标识圆，抓具标识圆圆心坐标为(x C , y C )，t i时刻盖板两侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的横向距离分别为l AC(t i)、l BC(t i)：
Figure 42129DEST_PATH_IMAGE007
根据l AC(t i)测算得到盖板A侧观察高度值d A(t i)，根据l BC(t i)测算得到盖板B侧观察高度值d B(t i)，观察高度值指的是相机光心至盖板平面某点的物距；
根据下式执行计算，观察盖板AB两侧高度观察距离的变化趋势：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中
Figure 85172DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
分别为盖板AB两侧高度观察距离的变化曲线，d A(t 0)和d B(t 0)分别为t 0时刻盖板AB两侧观察高度值，
Figure 972356DEST_PATH_IMAGE011
为两侧高度观察距离的差值变化曲线，当曲线
Figure 61535DEST_PATH_IMAGE012
的绝对值大于等于预设阈值T时，判定为盖板落放卡边的情况。
作为优选的实施方式，所述根据l AC(t i)测算得到盖板A侧观察高度值d A(t i)，根据l BC(t i)测算得到盖板B侧观察高度值d B(t i)，具体计算方法为：
Figure 325157DEST_PATH_IMAGE013
Figure 190083DEST_PATH_IMAGE014
式中，f为相机焦距，L AC 为盖板A侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离，L BC 为盖板B侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离。
作为优选的实施方式，所述步骤（7）包括：
当判断到卡边情况时，向控制系统的主控PLC发出急停命令字，令起升机构停止下降动作，并缓慢上升至安全高度；
根据
Figure 841644DEST_PATH_IMAGE015
观察值的正负性判定盖板的卡边偏向，若
Figure 418119DEST_PATH_IMAGE016
，则盖板为B侧卡边，若
Figure 485432DEST_PATH_IMAGE017
，则盖板为A侧卡边，根据卡边偏向情况给予相反的位移补偿点动；
点动调整后等待一段时间至盖板无摇晃状态，再次落放盖板，若再次卡边则返回步骤（6）继续调整，若无卡边状态发生则顺利合盖结束流程。
有益效果：本发明所提供的基于视觉的放射源库矩形盖板落放误差自动纠正方法，利用机器视觉技术，能够准确测量盖板偏斜的角度，并能辅助判断盖板落放卡边时的偏向，帮助对其纠正。本方法能够实现负载时盖板的歪斜角度及位置自动调整，确保盖板落放顺利合盖，调整精度高，成本低，同时具有安全、可靠、高效等优点，具有重大的实用价值。
附图说明
图1为理想情况下起重机负载的示意图，其中(a)为起重机负载时的主视图，(b)为起重机负载时的侧视图，(c)为工业相机视角下起重机负载时的俯视图；
图2为盖板落放卡边的示意图，其中(a)为盖板落放顺利合盖时的理想情况，(b)为盖板吊点定位偏右造成落放时单侧卡边的情况，虚线框中为盖板右侧刮蹭到坑位边缘的情况；
图3为工业相机视角下，盖板与抓具标识圆之间的相对关系示意图，其中(a)为测量盖板角度的示意图，(b)为检测盖板倾斜情况的示意图；
图4为正视图视角下盖板落放卡边过程中位姿的几何关系示意图；
图5为判断盖板落放卡边情况时盖板透过相机镜片至感光平面的映射关系示意图；
图6为盖板两侧基准点高度观察距离的变化趋势曲线图；
图7为基于本发明的盖板落放误差自动检测和纠正方法的一个实施例的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明实施例提出一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，基于一个包括大车、小车、WCS编码尺、起重臂、起升机构、起升机构编码器、旋转机构、抓具、工业相机、标识圆和上位机的检测和纠正系统。其中，工业相机安装于起重臂一侧，镜头平行于地面，能确保清晰地看到起重机抓具和标识圆；标识圆分别设置于矩形盖板上方两角侧和抓具正前方，作为视觉识别定位的基准。
图1为理想情况下起重机负载的示意图，其中(a)为起重机负载时的主视图，标号1为起升机构，负责控制抓具的起升活动调整其高度位置；标号2为旋转机构，负载控制抓具的旋转角度；标号3为一种四爪型抓具，用于抓取矩形水泥盖板；标号4为矩形水泥盖板。(b)为起重机负载时的侧视图，其中矩形水泥盖板和坑位的两侧轮廓均为阶梯型设计，具有较好的密封性和一定程度上的落放导向作用；标号5为工业相机，其镜头平行于地面，能确保清晰地观察到起重机抓具和标识圆；标号6为设置于抓具上的标识圆，作为对抓具进行视觉识别定位的基准。图(c)为工业相机视角下起重机负载时的俯视图，其中标号7为设置于矩形盖板上方两侧的标识圆，作为对盖板位姿检测的基准，以上所述标识圆要求与环境背景色对比度大，利于图像识别分析。
根据本发明的一实施例，放射性废物桶入库前，操作员需要在上位机软件中查询并选择具有空间的坑位，然后根据数据库中给出的坑位吊点坐标信息控制大小车行至相应位置，将盖板抓取放置一侧，待废物桶入库后再将盖板抓取放回至原坑位吊点坐标位置，将其合盖。为避免长久使用后镜头的歪斜对于盖板位姿测量造成的误差，工程中通过测算盖板角度的相对偏移量来进行纠正。以废物桶入库前盖板合盖时的位置为一基准，利用视觉圆检测算法对矩形盖板上的标识圆进行识别定位。在像素坐标系中，记盖板左侧圆心坐标为(x l , y l )，右侧圆心坐标为(x r , y r )，然后根据反正切角度公式测算合盖时盖板角度
Figure 706329DEST_PATH_IMAGE018
，并且将其合盖时的角度信息记录至数据库中。起重机抓取水泥盖板时，由于负载不均衡可能造成盖板歪斜，如图3(a)所示，为避免二次重复纠正操作增加工作量，开盖之后暂不对歪斜盖板进行角度测量。待起重机抓取目标废物桶，完成入库操作后再抓取已经歪斜的盖板落放回对应坑位，此时针对这一角度偏移误差，同样利用上述方法测量盖板左右两侧标识圆圆心坐标在x与y轴方向上的差值
Figure 794371DEST_PATH_IMAGE019
与
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，并根据
Figure 264666DEST_PATH_IMAGE019
与
Figure 729146DEST_PATH_IMAGE020
测算得到此时盖板的偏移角度
Figure 592101DEST_PATH_IMAGE021
。此时可以通过比较原先数据库中存储的合盖角度信息计算得到需要纠正的角度值
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，将其作为角度纠正参数反馈至控制系统，并通过起重机旋转机构对其进行纠正，角度值为正则顺时针调整旋转，反之则逆时针调整旋转。
根据本发明的一实施例，由图2解释性地说明了盖板落放卡边的情况，其中垂直虚线为坑位落放点的中轴线，可以根据抓具吊点与该参考线的相对位置判断落放点是否理想，其中左侧图(a)为盖板落放顺利合盖时的理想情况，而右侧图(b)为盖板吊点定位偏右造成落放时单侧卡边的情况，虚线框中为盖板右侧刮蹭到坑位边缘的情况，此时会导致无法合盖的问题。针对这一问题，首先可以建立起数学模型，如图4和图5所示，其中图4为正视图视角下盖板落放卡边过程中位姿的几何关系示意图，图5为盖板透过相机镜片至感光平面的映射关系示意图。记落放过程中的某一时刻为t，记该时刻盖板左右两侧的标识圆圆心坐标分别为A和B，作为左侧和右侧基准点，抓具标识圆圆心坐标为C，同时假定盖板落放卡边的某一时刻为t'，将该时刻下盖板两侧的基准点即盖板两侧标识圆的圆心坐标记作A'和B'，抓具标识圆圆心坐标记作C'。如图4所示，理想情况下点A、B、C应在同一水平线上，将相机光心至这一盖板平面的物距记作d，同时记t时刻相机光心至盖板左侧基准点A的物距为d A，至盖板右侧基准点B的物距为d B，t'时刻两侧物距分别记为d A'和d B'，点A至点A'的垂直距离差记作
Figure 257568DEST_PATH_IMAGE023
，点B至B'的垂直距离差记作
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；过点A'作A'C1垂直于中轴线，过点B'作B'C2垂直于中轴线；记A'C'与A'C1之间的夹角为
Figure 949581DEST_PATH_IMAGE025
。如图5所示，f为相机焦距，l为目标物在像素平面上的物理长度(mm)，L为目标物实际的长度(mm)，像素平面中目标物成像的物理长度l (mm)=目标物成像的像素长度(pixel)×像素尺寸(mm/pixel)，根据相似三角的几何原理，可以得到如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
(1)
图2(b)对应的数学几何关系如图4所示，反映的是盖板落放卡边的一个过程变化，其中中间的垂直虚线为一条过抓具标识圆圆心的中轴线（此处假设相机光心与抓具标识圆圆心在同一条中轴线上，若实际情况不符合亦不影响下述方法的结论）。由公式(1)可知，可以根据像素物理距离l的变化推算得到两侧观察点变化的高度差，公式如下：
Figure 421014DEST_PATH_IMAGE027
(2)
以图5中A、B两点高度变化为例进行具体分析，其中焦距f以及A、B、C三个基准点之间的实际距离L为已知参数。如图5所示，值得注意的是，成像平面上C'和C重合了，当t'时刻盖板平面产生倾斜时，由相似三角原理得到的几何关系式应为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
(3)
其中
Figure 849459DEST_PATH_IMAGE029
和
Figure DEST_PATH_IMAGE030
的表达式如下：
Figure 216986DEST_PATH_IMAGE031
(4)
实际情况中，由于盖板长度较大，而倾斜角
Figure 130715DEST_PATH_IMAGE025
较小(
Figure DEST_PATH_IMAGE032
)，故可以近似认为A'、B'至C1、C2的垂直距离就等于A'、B'至点C'的实际距离，同样可认为L A'C' 和L AC 近似相等，L B'C' 和L BC 近似相等。至此可以根据上述条件推算出盖板两侧变化的高度差
Figure 202577DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 423211DEST_PATH_IMAGE035
(5)
通过反复实验可以观察到，当出现图2(a)中盖板顺利合盖的情况时，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；作为对比，出现图2(b)中盖板落放右侧卡边的情况时，
Figure 227219DEST_PATH_IMAGE037
。对于不同的落放情况，盖板两侧基准点的高度变化规律也随之不同，故可以将其作为判断盖板卡边的一项参考因素。同时经过反复实验研究分析，若仅仅采样t和t'两个时刻的信息，将高度差值
Figure DEST_PATH_IMAGE038
的大小和方向作为判断依据，当采样数据因网络通信延时造成误差或出现盖板单侧蹭着水泥坑位壁顺利落放却遇到摩擦阻力的情况时，两侧高度差值会大幅度增大或减小，将出现被系统误判为落放卡边的问题。故需要在此前的基础上增加采样样本。如图3(b)所示，记像素物理平面上抓具标识圆圆心坐标为(x C , y C )，盖板上A侧圆心坐标为(x A , y A )，B侧圆心坐标为(x B , y B )，盖板两侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的横向距离分别为两侧观察距离l AC和l BC，盖板落放过程中两侧观察距离随时间t的变化而变化，其中下标i为采样点序号，共采集N组样本，其定义如下：
Figure 97086DEST_PATH_IMAGE039
(6)
根据本发明的一实施例，在盖板偏移角度纠正之后，控制系统将其缓慢落放，在这一过程中，选取一高度阈值H 0，为盖板下方最低位置接近坑位最高水平面处。控制系统通过起升编码器实时读取盖板落放过程中的高度信息，当盖板高度小于等于阈值H 0时，系统开始对盖板上方两角侧和抓具上的标识圆进行实时检测识别。设该初始时刻为t 0，从t 0时刻开始进行数据采样，共采集N组数据样本。假定t i时刻盖板A侧根据l AC(t i)测算得到的观察高度值为d A(t i)，B侧根据l BC(t i)测算得到的观察高度值记为d B(t i)，由公式(1)可知：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
(7)
Figure 644742DEST_PATH_IMAGE041
(8)
L AC 为盖板A侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离，L BC 为盖板B侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离。
为了更清楚地了解盖板左右两侧高度观察距离的变化趋势，定义如下三条观察曲线：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
(9)
其中
Figure 313359DEST_PATH_IMAGE043
和
Figure DEST_PATH_IMAGE044
分别为盖板左右两侧高度观察距离的变化曲线，为了更直观的体现出变化规律，在两条变化曲线公式中增加了初始常量d A(t 0)和d B(t 0)，另一方面将
Figure 22689DEST_PATH_IMAGE045
定义为两侧高度观察距离的差值变化曲线。图6为实际工程中的采样曲线图，由图6可知，当0<t<t n 时，盖板均速落放，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
与
Figure 442169DEST_PATH_IMAGE047
的变化趋势非常接近；t n 时刻，盖板于B侧卡边，由近大远小的成像原理，A侧高度观察距离
Figure DEST_PATH_IMAGE048
会逐渐大于
Figure 527936DEST_PATH_IMAGE049
；当t n <t<t m 时，如上图中所示，
Figure 880420DEST_PATH_IMAGE046
的变化率会同方向增大，而
Figure 728028DEST_PATH_IMAGE047
的变化率会同向减小，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
的观察值在此区间线性增长；t m 时刻，三条曲线均有小幅度的震荡变化；直至t m 时刻后，盖板的落放位姿呈稳定状态，即两侧观察距离的变化率为0，三条观察曲线呈常数值不变化状态。可以在区间(2,5)内取一判断阈值T，由图6所示可以观察到曲线
Figure 369225DEST_PATH_IMAGE050
对于盖板卡边的检测敏感程度较高，当观察曲线
Figure 55422DEST_PATH_IMAGE050
的绝对值大于等于阈值T时，即判定为盖板落放卡边的情况。当系统判断到卡边情况时，立即向主控PLC发出急停控制命令字，令起升机构停止下降动作，并缓慢上升至安全高度。根据
Figure 668937DEST_PATH_IMAGE050
观察值的正负性判定落放盖板的卡边偏向，若
Figure 454490DEST_PATH_IMAGE051
，则盖板为B侧卡边，向主控PLC发出控制命令字使抓具反向位移点动以调整盖板的落放位置，若
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，则盖板为A侧卡边，同理反向进行点动调整。待盖板没有摇晃时重复落放动作直至顺利合盖。
根据本发明的一个实施例，参照图7，基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法的具体实施步骤如下：
（1）在放射源库矩形盖板上方两角侧位置和起重机抓具正前侧添加与环境背景色对比度较大的标识圆，并且确保盖板上两圆圆心连线与盖板边线平行，负载时抓具标识圆圆心位于盖板两圆位置的中心轴线上；
（2）在起重机抓具硬臂上方侧边固定一工业相机，确保镜头与地面平行，在观察视野内能够清晰的看到抓具和目标盖板上的标识圆；
（3）放射性废物桶入库需要抓盖前，利用视觉圆检测算法对矩形盖板上的标识圆进行识别定位，记左侧圆心坐标为(x l , y l )，右侧圆心坐标为(x r , y r )，然后根据反正切角度公式测算合盖时盖板角度
Figure 81518DEST_PATH_IMAGE018
，并且将其记录至数据库中；
（4）完成放射性废物桶入库操作后，需要将其盖板落放回对应坑位，如图3(a)所示抓具负载时由于负载不均衡已经造成盖板歪斜。针对这一角度偏移误差，同样利用上述方法测量左右两侧圆心坐标在x与y轴方向上的差值
Figure 305826DEST_PATH_IMAGE019
与
Figure 305006DEST_PATH_IMAGE020
，并根据
Figure 120515DEST_PATH_IMAGE019
与
Figure 939567DEST_PATH_IMAGE020
可以测算得到此时盖板的偏移角度
Figure 498724DEST_PATH_IMAGE021
；
（5）此时可通过比较原先数据库中存储的合盖角度信息计算得到需要纠正的角度值
Figure 680307DEST_PATH_IMAGE053
，将其作为角度纠正参数反馈至控制系统，并通过起重机旋转机构对其进行纠正；
（6）当起重机抓具将盖板移动到对应坑位上方时，以缓慢的速度将其落放，在盖板最低处距离坑位约600mm处设定为一观察高度阈值H 0 ，根据安装在起升机构上的编码尺数据获取当前抓具的高度信息，待高度小于等于观察高度阈值H 0 时，实时通过盖板与抓具标识圆圆心坐标信息观察盖板左右两侧的倾斜情况。记像素平面上抓具标识圆圆心坐标为(x C, y C)，根据公式(6)得到在t i 时刻盖板两侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的横向距离，分别为l AC(t i)、l BC(t i)；
（7）从落放过程达到高度H 0 时，通过公式(7)和(8)推算得到d A(t i)和d B(t i)。根据公式(9)得到盖板左右两侧高度观察距离的变化曲线，以及两侧高度观察距离的差值变化曲线；
（8）设一判断阈值T，当观察曲线
Figure DEST_PATH_IMAGE054
的绝对值大于等于阈值T时，即判定为盖板落放卡边的情况，由图6所示可以看到曲线
Figure 978302DEST_PATH_IMAGE054
对于盖板卡边的检测敏感程度很高；
（9）当判断到卡边情况时，立即向主控PLC发出急停命令字，令起升机构停止下降动作，并缓慢上升至安全高度；
（10）根据
Figure 409283DEST_PATH_IMAGE054
观察值的正负性可以判定盖板的卡边偏向，若
Figure 647498DEST_PATH_IMAGE055
，则盖板为右侧卡边，若
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，则盖板为左侧卡边；
（11）然后根据卡边偏向情况，给予其相反的位移补偿点动，可以根据实际情况调整点动距离，通常将其设为2mm。
（12）点动调整后等待一段时间如3s至盖板无摇晃状态，然后再次落放盖板，若再次卡边则返回步骤（7）继续调整，若无卡边状态发生则顺利合盖结束流程。
本发明提出的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，通过在放射源库矩形盖板上方两角侧位置和起重机抓具正前侧添加标识圆，利用固定在起重机抓具硬臂上方侧边的工业相机获取标识圆的位置，在抓盖和落盖过程中利用视觉圆检测算法对盖板和抓具上的标识圆进行识别定位，实时准确测量盖板偏斜的角度，并能辅助判断盖板落放卡边时的偏向，帮助对其纠正，能够有效解决核用桥式起重机负载时盖板歪斜导致的无法合盖问题，角度调整精度和盖板落放卡边情况的检测敏感程度高，并具有安全、可靠、自动化程度高等优点，具有重大的实用价值。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在放射源库矩形盖板上方两角侧位置和起重机抓具正前侧添加标识圆，并且确保盖板上两圆圆心连线与盖板边线平行，负载时抓具标识圆圆心位于盖板两圆位置的中心轴线上；
（2）在起重机抓具硬臂上方侧边固定一工业相机，确保镜头与地面平行，在观察视野内能够看到抓具和盖板上的标识圆；
（3）放射性废物桶入库需要抓盖前，利用视觉圆检测算法对盖板上的标识圆进行识别定位，在像素坐标系中，记一侧圆心坐标为
Figure 983025DEST_PATH_IMAGE001
，另一侧圆心坐标为
Figure 514238DEST_PATH_IMAGE002
，根据反正切角度公式测算合盖时盖板初始角度
Figure 839041DEST_PATH_IMAGE003
；
（4）完成放射性废物桶入库操作后，当起重机抓取盖板至落放位置时，测量盖板上两侧标识圆圆心坐标
Figure 208842DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 896175DEST_PATH_IMAGE005
，得到两个圆心在x与y轴方向上的差值
Figure 834175DEST_PATH_IMAGE006
与
Figure 443011DEST_PATH_IMAGE007
，根据
Figure 554187DEST_PATH_IMAGE008
与
Figure 96027DEST_PATH_IMAGE009
测算盖板的当前角度
Figure 63983DEST_PATH_IMAGE010
；
（5）根据初始角度α和当前角度β计算需要纠正的偏移角度值θ=β－α，将θ作为角度纠正参数反馈至控制系统，通过起重机旋转机构纠正偏移角度；
（6）当盖板高度下落至预设的观察高度阈值
Figure 799595DEST_PATH_IMAGE011
时，记该时刻为
Figure 42358DEST_PATH_IMAGE012
，开始进行数据采样，共采集N组数据样本，包括像素平面上盖板两侧标识圆圆心坐标以及抓具标识圆圆心坐标，测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根据两侧观察距离变化率的对比情况判断盖板是否发生卡边；
（7）当判断到盖板发生卡边时进行调整，将盖板起升至安全高度后根据卡边偏向给予位移点动纠正，再次落放直至顺利合盖。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，所述步骤（5）中起重机旋转机构纠正偏移角度包括：当θ角度值为正值时，旋转机构顺时针调整旋转，反之则逆时针调整旋转。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，所述步骤（6）中测算盖板两侧标识圆至抓具标识圆之间的横向观察距离变化率，并根据两侧观察距离变化率的对比情况判断盖板是否发生卡边包括：
记像素平面上盖板两侧标识圆圆心坐标分别为
Figure 376387DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 515244DEST_PATH_IMAGE014
，两侧标识圆称为A侧标识圆和B侧标识圆，抓具标识圆圆心坐标为
Figure 239618DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 20492DEST_PATH_IMAGE016
时刻盖板两侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的横向距离分别为
Figure 5766DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 722049DEST_PATH_IMAGE018
：
Figure 228991DEST_PATH_IMAGE019
根据
Figure 547977DEST_PATH_IMAGE020
测算得到盖板A侧观察高度值
Figure 387757DEST_PATH_IMAGE021
，根据
Figure 274942DEST_PATH_IMAGE022
测算得到盖板B侧观察高度值
Figure 36224DEST_PATH_IMAGE023
，观察高度值指的是相机光心至盖板平面某点的物距；
根据下式执行计算，观察盖板AB两侧高度观察距离的变化趋势：
Figure 158901DEST_PATH_IMAGE024
其中
Figure 118767DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 911274DEST_PATH_IMAGE026
分别为盖板AB两侧高度观察距离的变化曲线，
Figure 222169DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 617378DEST_PATH_IMAGE028
分别为
Figure 133548DEST_PATH_IMAGE012
时刻盖板AB两侧观察高度值，
Figure 362535DEST_PATH_IMAGE029
为两侧高度观察距离的差值变化曲线，当曲线
Figure 629569DEST_PATH_IMAGE030
的绝对值大于等于预设阈值T时，判定为盖板落放卡边的情况。
4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，所述根据
Figure 94048DEST_PATH_IMAGE031
测算得到盖板A侧观察高度值
Figure 966189DEST_PATH_IMAGE032
，根据
Figure 366078DEST_PATH_IMAGE022
测算得到盖板B侧观察高度值
Figure 120407DEST_PATH_IMAGE023
，具体计算方法为：
Figure 388577DEST_PATH_IMAGE033
Figure 817022DEST_PATH_IMAGE034
式中，f为相机焦距，L AC 为盖板A侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离，L BC 为盖板B侧标识圆圆心至抓具标识圆圆心的物理距离。
5.根据权利要求3所述的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，所述步骤（7）包括：
当判断到卡边情况时，向控制系统的主控PLC发出急停命令字，令起升机构停止下降动作，并缓慢上升至安全高度；
根据
Figure 184550DEST_PATH_IMAGE035
观察值的正负性判定盖板的卡边偏向，若
Figure 426175DEST_PATH_IMAGE036
，则盖板为B侧卡边，若
Figure 498036DEST_PATH_IMAGE037
，则盖板为A侧卡边，根据卡边偏向情况给予相反的位移补偿点动；
点动调整后等待一段时间至盖板无摇晃状态，再次落放盖板，若再次卡边则返回步骤（6）继续调整，若无卡边状态发生则顺利合盖结束流程。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的放射库盖板落放误差自动纠正方法，其特征在于，位移补偿点动距离设置为2mm。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115143887B (zh) * 2022-09-05 2022-11-15 常州市建筑科学研究院集团股份有限公司 视觉监测设备测量结果的修正方法及视觉监测系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003075114A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Juki Corp マーク検出装置
CN101752218A (zh) * 2008-12-05 2010-06-23 东京毅力科创株式会社 基板检查方法、基板检查装置和存储介质
CN101809402A (zh) * 2007-09-28 2010-08-18 松下电器产业株式会社 检查装置以及检查方法
CN104197850A (zh) * 2014-08-11 2014-12-10 东莞市乐琪光电科技有限公司 一种基于机器视觉的元件管脚检测方法及其装置
CN109642785A (zh) * 2016-09-21 2019-04-16 株式会社斯库林集团 试料容器的位置偏移的检测方法以及使用该方法的拍摄方法和试料容器的位置偏移的检测装置
CN110249199A (zh) * 2016-11-24 2019-09-17 株式会社新川 接合装置以及被摄体的高度检测方法
CN110446905A (zh) * 2017-03-22 2019-11-12 住友重机械工业株式会社 位置检测装置及位置检测方法
CN110874832A (zh) * 2018-08-14 2020-03-10 波音公司 装配过程的自动监督和检查
DE102018129143A1 (de) * 2018-11-20 2020-05-20 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Variabler messobjektabhängiger Kameraaufbau und Kalibrierung davon
CN111442719A (zh) * 2019-01-16 2020-07-24 维蒂克影像国际无限责任公司 用于组装验证的图像的精确配准
CN111537518A (zh) * 2020-05-25 2020-08-14 珠海格力智能装备有限公司 电容端子的瑕疵的检测方法、装置、存储介质和处理器
CN111536872A (zh) * 2020-05-12 2020-08-14 河北工业大学 基于视觉的二维平面测距装置及方法、标记点识别装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003075114A (ja) * 2001-08-31 2003-03-12 Juki Corp マーク検出装置
CN101809402A (zh) * 2007-09-28 2010-08-18 松下电器产业株式会社 检查装置以及检查方法
CN101752218A (zh) * 2008-12-05 2010-06-23 东京毅力科创株式会社 基板检查方法、基板检查装置和存储介质
CN104197850A (zh) * 2014-08-11 2014-12-10 东莞市乐琪光电科技有限公司 一种基于机器视觉的元件管脚检测方法及其装置
CN109642785A (zh) * 2016-09-21 2019-04-16 株式会社斯库林集团 试料容器的位置偏移的检测方法以及使用该方法的拍摄方法和试料容器的位置偏移的检测装置
CN110249199A (zh) * 2016-11-24 2019-09-17 株式会社新川 接合装置以及被摄体的高度检测方法
CN110446905A (zh) * 2017-03-22 2019-11-12 住友重机械工业株式会社 位置检测装置及位置检测方法
CN110874832A (zh) * 2018-08-14 2020-03-10 波音公司 装配过程的自动监督和检查
DE102018129143A1 (de) * 2018-11-20 2020-05-20 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh Variabler messobjektabhängiger Kameraaufbau und Kalibrierung davon
CN111442719A (zh) * 2019-01-16 2020-07-24 维蒂克影像国际无限责任公司 用于组装验证的图像的精确配准
CN111536872A (zh) * 2020-05-12 2020-08-14 河北工业大学 基于视觉的二维平面测距装置及方法、标记点识别装置
CN111537518A (zh) * 2020-05-25 2020-08-14 珠海格力智能装备有限公司 电容端子的瑕疵的检测方法、装置、存储介质和处理器

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