CN117387491B - 一种适用于架桥机的双目视觉标志物定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于架桥机的双目视觉标志物定位装置及方法，装置包括双目视觉工业相机、结构光源、计算机、云台、路由器和标志物；工业相机对标志物的三维坐标信息进行提取与采集，结构光源为双目视觉系统提供可跟踪监测的特征区域，标志物放置于箱梁的两端，对箱梁端处的标志物的移动进行检测，云台用于将工业相机镜头调整至正对待测区域，路由器将计算机处理后的数据转发给PLC指导天车移动，使得测量系统精度高，对被测对象干扰小。本发明利用结构光源结合工业相机检测的方式，能够实现对标志物的完全无接触式测量，在架桥机阳光直射的工作环境下对目标的高精度识别，充分适应架桥机工作环境，具有高稳定性和高准确性。
Description
技术领域
本发明涉及大型物体高精度定位研究领域，具体涉及一种适用于架桥机的双目视觉标志物定位装置及方法。
背景技术
装配式桥梁施工中一个关键的技术是节点连接，包括承台与墩柱、墩柱与箱梁之间的连接。节点连接多使用承插式连接，以承台与墩柱的连接为例，承插式连接的具体方法是在承台顶部预留多根钢筋，墩柱在预制时预留出钢筋的套筒，安装时将墩柱的孔洞套到承台的套筒上，随后进行垂直度和相对位置的调节，最后在套筒中灌注砂浆，完成承台与墩柱的连接。
承插式连接的难点在于钢筋与套筒的准确对位，其实质是对承台钢筋和墩柱套筒的精确定位，考虑多种因素的影响，要求定位精度控制在±3mm。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺点和不足，提供一种适用于架桥机的双目视觉标志物定位装置及方法，以实现对架桥机箱梁位置的实时准确测量。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一方面，本发明提供一种适用于架桥机的双目视觉标志物定位装置，包括标志物部分、投影测量部分、路由器和计算机；
所述投影测量部分包括结构光源和两个工业相机，结构光源分别和两个工业相机固定在架桥机支腿上，结构光源的镜面正对架桥机支腿下方，两个工业相机分别安装于待架设箱梁预定位置上方，保证其视场范围包含待架设箱梁架设完成时的两端位置，路由器安装于架桥机支腿机箱处，将计算机处理后的数据转发给架桥机天车PLC。
另一方面，本发明还提供一种适用于架桥机的双目视觉标志物定位方法，包括：
利用云台对工业相机进行镜面调整，使镜面垂直于待测区域；
打开结构光源，将结构光均匀投射至视场范围内，确保均匀投射到箱梁架设时标志物的表面，形成具有连续特征区域的光斑场；
利用两个工业相机对标志物采集连续的图像，在图像上划分并选取感兴趣的特征子区域，获得标志物的三维坐标信息，通过滑动平均对信息进行处理，数据由路由器发送给天车处PLC。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明利用结构光源结合工业相机检测的方式，一方面能够实现对标志物的完全无接触式测量，测量结果具有较高的准确性；另一方面可以实现在架桥机阳光直射的工作环境下对目标的高精度识别，充分适应架桥机工作环境，具有高稳定性和高准确性。
附图说明
图1是箱梁假设流程图。
图2是整体标志示意图。
图3是箱梁未就位俯视图。
图4是待架箱梁俯视图。
图5是本发明实施例双目视觉标志物定位装置应用示意图。
图6是本发明实施例的双目视觉系统流程图。
附图标记：1-天车运行轨道，2-架桥机第一支腿，3-架桥机第二支腿，4、5-天车前后抓钩，6-第一工业相机，7-第二工业相机，8-第一测量标志，9-第三测量标志，10-第二测量标志（2个）， 11-第四测量标志（2个），12-第五测量标志（2个），13-第六测量标志，14-已架梁，15-待架设箱梁，16-架桥机第一支腿对应桥墩，17-架桥机第二支腿对应桥墩。
具体实施方式
本发明的一种适用于架桥机双目视觉标志物定位装置，包括标志物部分、投影测量部分、路由器和计算机。投影测量部分包括结构光源和两个工业相机，结构光源分别和两个工业相机固定在架桥机支腿上，结构光源的镜面正对架桥机支腿下方，两个工业相机分别安装于待架设箱梁预定位置上方，保证其视场范围包含待架设箱梁架设完成时的两端位置，路由器安装于架桥机支腿机箱处，将计算机处理后的数据转发给架桥机天车PLC。
基于同样的发明构思，本发明还提供一种适用于架桥机双目视觉标志物定位方法，基于前述的定位装置实现，该方法包括：
利用云台对工业相机进行镜面调整，使镜面垂直于待测区域。打开结构光源，将结构光均匀投射至视场范围内，确保均匀投射到箱梁架设时标志物的表面，形成具有连续特征区域的光斑场。利用两个工业相机组成的双目视觉测量系统对标志物采集连续的图像，在图像上划分并选取感兴趣的特征子区域，运行相应的数字图像相关算法，获得标志物的三维坐标信息，通过滑动平均对信息进行处理，数据由路由器发送给天车处PLC。
结构光源投射至标志物表面，可以减弱架桥机工作环境下阳光直射对定位精度的影响。
两个工业相机同时在采集的连续图像中划分并选取感兴趣的特征子区域，利用双目视觉定位算法对标志物进行识别并获得三维坐标信息，由计算机进行处理后反馈给架桥机天车PLC箱梁架设状态，对箱梁的移动进行指导，实现与架桥机天车的实时通信。
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
实施例
结合图1~图4所示，本实施例提供一种适用于架桥机双目视觉标志物定位方法，具体包括如下步骤：
步骤1：在架桥机选定位置固定安装工业相机，并调整角度，以使第一工业相机6的测量范围，在落梁前包括第二测量标志10和第四测量标志11，在落梁过程中包括第二测量标志10和第一测量标志8；以使第二工业相机7的测量范围，在落梁前包括第五测量标志12和第六测量标志13，在落梁过程中包括第三测量标志9和第六测量标志13。
架桥机第一支腿处安装第一工业相机6位置为固定在架桥机第一支腿上的伸出的铝板平台，其位置位于架桥机第一支腿对应桥墩16正上方，架桥机第二支腿处安装第二工业相机7位置为固定在架桥机第二支腿上的伸出的铝板平台，其位置位于架桥机第二支腿对应桥墩17正上方。
其中，第一测量标志8位于待架设箱梁15靠近架桥机第一支腿2的一端，第三测量标志9位于待架设箱梁15靠近架桥机第二支腿3的一端。
步骤2：在架桥机第二支腿3上布设第六测量标志13，并调整布设位置，以使所述测点在落梁过程中，避开所架梁体的遮挡。架桥机就位后，设置架桥机第一支腿对应桥墩16上方中心的第四测量标志11，以及设置架桥机第二支腿对应桥墩17上方中心的第五测量标志12，以及设置已架梁14前端顶面边缘沿横向布置的2个第二测量标志10。第一测量标志、第三测量标志分别位于架桥机第一、第二支腿垂直放下对应箱梁端处的上表面。
步骤3：架桥机就位，喂梁过程中，第二工业相机7拍摄架桥机第二支腿3上布设的第六测量标志13和架桥机第二支腿对应桥墩17上方的第五测量标12；第一工业相机6拍摄已架梁14前端顶面边缘沿横向布置的2个第二测量标志10和架桥机第一支腿对应桥墩16上方的第四测量标志11。
步骤4：第二工业相机7的拍摄数据经过数据处理终端处理，以架桥机第二支腿对应桥墩17上方的第五测量标志12的两个测量标志相对位置关系建立空间坐标系XYZ-1，并计算得到架桥机第二支腿3的两个测量标志在空间坐标系XYZ-1中的三维坐标值，计算出墩柱需要移动的方向和距离。第一工业相机6的拍摄数据经过数据处理终端处理，以架桥机第一支腿对应桥墩16上方的第四测量标志11的两个测量标志相对位置关系建立空间坐标系XYZ-2，并计算得到已架梁14前端顶面边缘沿横向布置的2个测量标志10在空间坐标系XYZ-2中的三维坐标值，计算出墩柱需要移动的方向和距离。
步骤5：数据处理终端，即计算机，将架桥机需要修正的数据通过TCP的Socket通信发送给PLC设备。
步骤6：PLC设备接收到计算机发送过来的修正数据，操作员通过PLC设备控制架桥机，改变喂梁过程中箱梁的位置。
步骤7：在合适的位置，开始落梁，落梁过程中，重复步骤3至步骤6直至箱梁到达预计位置。
步骤8：落梁完成。
本发明的基于双目视觉技术的智能装配造桥机墩柱自动对位方法，解决了传统的RTK定位方法的精度低的问题，将测量精度提高到了毫米级别。
下面结合附图对本发明的应用作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
系统简略框图如图5所示，通信模块、双目视觉定位模块和RTK定位模块这三个模块构成一个整体作为地面测试装置。通信模块采用的是TCP的Socket通信方式。辅助定位的标签被置于被测组装件需要精确对位的位置上。RTK定位模块将定位信息发送给主控模块，提供粗定位信息。双目视觉定位模块将光学定位信息传递给主控模块，提供精确定位信息。主控模块接收到定位信息，根据定位信息解算出对伺服机构的控制量，并利用控制算法对伺服机构发送控制指令改变被测物体位置。
如图6所示，深度图像获取模块的双目视觉算法工业相机获取图像后，由计算机生成场景的深度图像，深度图像提供场景的深度信息；目标检测模块由单目RGB相机和目标检测算法组成，实现对RGB图像中标志物的精确定位；数据处理模块将深度图像获取模块的深度信息和目标检测模块的标志物位置信息相结合，得到标志物的深度信息，并进行中值滤波和滑动平均，得到最终的标志物深度信息；通信模块实现整个双目视觉定位系统与架桥机系统的主控模块的通信，将标志物的深度信息发送给主控模块，由主控模块控制被测物体的移动。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (4)
1.一种适用于架桥机的双目视觉标志物定位装置，其特征在于，包括标志物部分、投影测量部分、路由器和计算机；
所述投影测量部分包括结构光源和两个工业相机，结构光源分别和两个工业相机固定在架桥机支腿上，结构光源的镜面正对架桥机支腿下方，两个工业相机分别安装于待架设箱梁预定位置上方，保证其视场范围包含待架设箱梁架设完成时的两端位置，路由器安装于架桥机支腿机箱处，将计算机处理后的数据转发给架桥机天车PLC；
所述标志物部分包括第一测量标志~第六测量标志；
第一测量标志、第三测量标志分别位于架桥机第一、第二支腿垂直放下对应箱梁端处的上表面；
第二测量标志布设于已架梁前端顶面边缘；
第四测量标志布设于架桥机第一支腿对应桥墩上方中心；
第五测量标志布设于架桥机第二支腿对应桥墩上方中心；
第六测量标志布设于架桥机第二支腿上；
在落梁前，第二测量标志、第四测量标志位于第一工业相机测量范围内，第五测量标志、第六测量标志位于第二工业相机测量范围内；在落梁过程中，第一测量标志、第二测量标志位于第一工业相机测量范围内，第三测量标志、第六测量标志位于第二工业相机测量范围内；
打开结构光源，将结构光均匀投射至视场范围内，确保均匀投射到箱梁架设时标志物的表面，形成具有连续特征区域的光斑场；
利用两个工业相机组成的双目视觉测量系统对标志物采集连续的图像，在图像上划分并选取感兴趣的特征子区域，获得标志物的三维坐标信息，通过滑动平均对信息进行处理；
计算机将架桥机需要修正的数据通过TCP的Socket通信发送给PLC；
通信模块、双目视觉定位模块和RTK定位模块这三个模块构成一个整体作为地面测试装置；通信模块采用的是TCP的Socket通信方式；辅助定位的标签被置于被测组装件需要精确对位的位置上；RTK定位模块将定位信息发送给主控模块，提供粗定位信息；双目视觉定位模块将光学定位信息传递给主控模块，提供精确定位信息；主控模块接收到定位信息，根据定位信息解算出对伺服机构的控制量，并利用控制算法对伺服机构发送控制指令改变被测物体位置；深度图像获取模块的双目视觉算法工业相机获取图像后，由计算机生成场景的深度图像，深度图像提供场景的深度信息；目标检测模块由单目RGB相机和目标检测算法组成，实现对RGB图像中标志物的精确定位；数据处理模块将深度图像获取模块的深度信息和目标检测模块的标志物位置信息相结合，得到标志物的深度信息，并进行中值滤波和滑动平均，得到最终的标志物深度信息；通信模块实现整个双目视觉定位系统与架桥机系统的主控模块的通信，将标志物的深度信息发送给主控模块，由主控模块控制被测物体的移动。
2.一种基于权利要求1所述适用于架桥机的双目视觉标志物定位装置的定位方法，其特征在于，该方法包括：
利用云台对工业相机进行镜面调整，使镜面垂直于待测区域；
打开结构光源，将结构光均匀投射至视场范围内，确保均匀投射到箱梁架设时标志物的表面，形成具有连续特征区域的光斑场；
利用两个工业相机对标志物采集连续的图像，在图像上划分并选取感兴趣的特征子区域，获得标志物的三维坐标信息，通过滑动平均对信息进行处理，数据由路由器发送给天车处PLC；
两个工业相机同时在采集的连续图像中划分并选取感兴趣的特征子区域，利用双目视觉定位算法对标志物进行识别并获得三维坐标信息，由计算机进行处理后反馈给架桥机天车PLC箱梁架设状态，对箱梁的移动进行指导，实现与架桥机天车的实时通信。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，标志物部分包括第一测量标志~第六测量标志；
第一测量标志、第三测量标志分别位于架桥机第一、第二支腿垂直放下对应箱梁端处的上表面；
第二测量标志布设于已架梁前端顶面边缘；
第四测量标志布设于架桥机第一支腿对应桥墩上方中心；
第五测量标志布设于架桥机第二支腿对应桥墩上方中心；
第六测量标志布设于架桥机第二支腿上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在落梁前，第二测量标志、第四测量标志位于第一工业相机测量范围内，第五测量标志、第六测量标志位于第二工业相机测量范围内；在落梁过程中，第一测量标志、第二测量标志位于第一工业相机测量范围内，第三测量标志、第六测量标志位于第二工业相机测量范围内。
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