CN113670203A - 一种pnp算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种PNP算法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，先对工业相机和测量靶标进行标定，工业机器人带动工业相机和测量靶球接近待测螺纹孔，测量靶球与待测螺纹孔紧密接触，工业相机获取测量靶标上圆形标记点的图像信息，上位机对圆形标记点的图像信息数据处理，获得待测螺纹孔的位置信息；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。本发明装置使用机器人承载的工业相机结合可拆卸式的测量靶标，完成自动测量任务，由PNP算法实现螺纹孔空间位置信息的获取，实现了高精度、自动化、通用性强的螺纹孔中心位置测量。

Description

一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置及方法

技术领域

本发明涉及视觉测量领域，特别是涉及一种PNP算法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PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置及方法，具有高精度、自动化、通用性强的优点，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：

1.一种基于PNP算法的接触式螺纹孔中心定位方法，包括如下步骤：

1)测量设备开启，工业机器人回到初始位置，进行各个坐标系之间的标定过程；

2)标定完成后开始测量，工业机器人带动工业相机移动到待测螺纹孔的位置，使测量靶球接近待测螺纹孔，同时由弹簧柔性结构来确保测量靶球始终与待测螺纹孔紧密接触；

3)工业相机对测量靶标的五个圆形标记点进行拍摄，由工业相机将拍摄到的图片上传至上位机；

4)上位机接收到图片后将图片中五个圆形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，以此来获得待测螺纹孔在目标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)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的相对位置关系进行标定，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。

进一步地，步骤2)通过弹簧柔性结构的弹性形变保证测量靶球与待测螺纹孔紧密接触，从而确保测量靶球的球心与待测螺纹孔的孔心共线。

进一步地，步骤4)中五个圆形标记点和工业相机是绝对式的空间定位，测得测量靶标上的五个圆形标记点位置即可测得待测螺纹孔的空间位置信息，通过PNP算法解算出测量靶标的位置关系，得出待测螺纹孔中心的位置坐标。

一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置，包括：工业机器人、相机装置和测量装置；所述相机装置一端安装在所述工业机器人上，相机装置的另一端与测量装置相连，所述相机装置拍摄所述测量装置通过PNP算法求得螺纹孔中心位置。

进一步地，所述相机装置包括：相机固定底座、相机外壳和工业相机；所述相机固定底座安装在所述工业机器人上，所述相机外壳固定安装在所述相机固定底座上，所述工业相机竖直向下安装在所述相机外壳上。

进一步地，所述测量装置包括：弹簧柔性结构、测量靶标、测量连杆和测量靶球；所述弹簧柔性结构安装在所述相机外壳的端部，所述测量靶标安装在所述弹簧柔性结构的底端，所述测量连杆安装在所述测量靶标的底端，所述测量靶球安装在所述测量连杆的底端。

进一步地，所述测量连杆与所述测量靶标为可拆卸式连接；所述测量靶球与所述测量连杆为可拆卸式连接。

进一步地，所述接触式测量的螺纹孔中心定位装置备有多个不同长短的所述测量连杆，备有多个不同形状和大小的所述测量靶球。

本发明的有益效果在于：

(1)测量便捷性：采用工业机器人携带工业相机进行测量的测量方式可以有效避免离线测量中工件移动与重定位的复杂过程，只需要控制工业机器人将工业相机移动到待测位置即可。同时也区别于传统测量方式，避免了脚手架等辅助装置的安装过程，有助于保护工作人员的人身安全。

(2)测量精确性：本方案采用PNP算法结合接触式测量的方式，通过测量靶标以及高分辨率相机拍照的方式进行测量，后期由PNP算法进行计算和定位，能够有效提高精度以及工作效率。

(3)测量通用性：针对不同位置以及不同大小的待测螺纹孔，可以更换适合长度的测量连杆以及适合大小、形状的测量靶头。

(4)测量自动化：在本方案中，工业机器人搭载工业相机等测量装置进行运动，待测螺纹孔中心位置由工业相机、测量连杆、测量靶标以及测量靶球共同测量得出。在测量过程中只需要将提前设置好的机器人运动路线输入到工业机器人中即可实现自动测量，不需要手动测量螺纹孔的具体位置，自动化程度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为接触式测量的螺纹孔中心定位装置结构示意图。

图2为测量靶标圆形标记点示意图。

其中，图中：

1-工业机器人、2-相机固定底座、3-相机外壳、4-工业相机、5-弹簧柔性结构、6-测量靶标、7-测量靶球、8-待测螺纹孔、9-待测工件、10-测量连杆、11-圆形标记点。

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。

本发明提供一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位方法：包括如下步骤：1)测量设备开启，工业机器人1回到初始位置，进行各个坐标系之间的标定过程；

2)标定完成后开始测量，工业机器人1带动工业相机4移动到待测螺纹孔8的位置，使测量靶球7接近待测螺纹孔8，同时由弹簧柔性结构5来确保测量靶球7始终与待测螺纹孔8紧密接触；

3)工业相机4对测量靶标6的五个圆形标记点11进行拍摄，由工业相机4将拍摄到的图片上传至上位机；

4)上位机接收到图片后将图片中五个圆形标记点11的位置数据进行数据处理，使其变换到待求的坐标系中，以此来获得待测螺纹孔8在目标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。

参照附图1-2所示，本发明提供一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置，包括：工业机器人1、相机装置和测量装置；相机装置一端安装在工业机器人1上，测量装置安装在相机装置的另一端。相机装置包括：相机固定底座2、相机外壳3和工业相机4；相机固定底座2安装在工业机器人1上，相机外壳3固定安装在相机固定底座2上，工业相机4安装在相机外壳3内部。测量装置包括：弹簧柔性结构5、测量靶标6、测量连杆10和测量靶球7；弹簧柔性结构5安装在相机外壳3的端部，测量靶标6安装在弹簧柔性结构5的底端，测量连杆10安装在测量靶标6的底端，测量靶球7安装在测量连杆10的底端。

测量开始之前要进行标定过程，主要目的是将工业相机4与测量靶标6之间的3D-2D关系确定下来，以满足PNP算法的需求以及获取靶标的空间位置信息，同时完成其他标定过程，其中包含工业机器人1与工业相机4之间手眼关系的标定等具体内容。开始测量之后工业机器人1将移动工业相机4到待测工件9的上方，之后在弹簧柔性结构5的辅助之下将测量靶标6和测量靶球7固定在待测螺纹孔8之上，期间由弹簧柔性结构5来保证球状测头与待测螺纹孔8紧密接触，以确保测量靶球7的球心与待测螺纹孔8的孔心共线，在完成上述操作之后将进行拍照、上传到上位机、数据处理以及图像处理等过程。之后通过PNP算法对测量靶标6上五个圆形标记点11的位置精确解算便可获取待测螺纹孔8的中心位置。

如此，测量装置在初始位置与其他待测位置之间运动，由工业相机4拍照并测量数据便可以得到每个待测螺纹孔8的中心位置，从而实现对车身螺纹孔位置的精确测量。

针对不同位置以及不同大小的待测螺纹孔8，可以更换适合长度的测量连杆10以及适合大小、形状的测量靶球7。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于PNP算法的接触式螺纹孔中心定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)测量设备开启，工业机器人回到初始位置，进行各个坐标系之间的标定过程；

2)标定完成后开始测量，工业机器人带动工业相机移动到待测螺纹孔的位置，使测量靶球接近待测螺纹孔，同时由弹簧柔性结构来确保测量靶球始终与待测螺纹孔紧密接触；

3)工业相机对测量靶标的五个圆形标记点进行拍摄，由工业相机将拍摄到的图片上传至上位机；

4)上位机接收到图片后将图片中五个圆形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，以此来获得待测螺纹孔在目标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。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的接触式螺纹孔中心定位方法，其特征在于，步骤1)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的相对位置关系进行标定，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。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的接触式螺纹孔中心定位方法，其特征在于，步骤2)通过弹簧柔性结构的弹性形变保证测量靶球与待测螺纹孔紧密接触，从而确保测量靶球的球心与待测螺纹孔的孔心共线。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉测量的接触式螺纹孔中心定位方法，其特征在于，步骤4)中五个圆形标记点和工业相机是绝对式的空间定位，测得测量靶标上的五个圆形标记点位置即可测得待测螺纹孔的空间位置信息，通过PNP算法解算出测量靶标的位置关系，得出待测螺纹孔中心的位置坐标。

5.一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置，其特征在于，包括：工业机器人、相机装置和测量装置；所述相机装置一端安装在所述工业机器人上，相机装置的另一端与测量装置相连，所述相机装置拍摄所述测量装置通过PNP算法求得螺纹孔中心位置。

6.根据权利要求5所述的一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置，其特征在于，所述相机装置包括：相机固定底座、相机外壳和工业相机；所述相机固定底座安装在所述工业机器人上，所述相机外壳固定安装在所述相机固定底座上，所述工业相机竖直向下安装在所述相机外壳上。

7.根据权利要求5所述的一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置，其特征在于，所述测量装置包括：弹簧柔性结构、测量靶标、测量连杆和测量靶球；所述弹簧柔性结构安装在所述相机外壳的端部，所述测量靶标安装在所述弹簧柔性结构的底端，所述测量连杆安装在所述测量靶标的底端，所述测量靶球安装在所述测量连杆的底端。

8.根据权利要求6所述的一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置，所述测量连杆与所述测量靶标为可拆卸式连接；所述测量靶球与所述测量连杆为可拆卸式连接。

9.根据权利要求7所述的一种PNP算法结合接触式测量的螺纹孔中心定位装置，其特征在于，所述接触式测量的螺纹孔中心定位装置备有多个不同长短的所述测量连杆，备有多个不同形状和大小的所述测量靶球。

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