(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111653092.X (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 高铭科维科技无锡有限公司 地址 214000 江苏省无锡市新吴区菱湖大 道200号中国传感网国际创新园G10- 1101 (72)发明人 刘华　陈远　 (74)专利代理 机构 苏州国诚专利代理有限公司 32293 代理人 陈松 (51)Int.Cl. G06V 10/44(2022.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 5/20(2006.01) G06T 7/66(2017.01)G06T 7/73(2017.01) G06V 20/10(2022.01) G01B 11/24(2006.01) G06T 7/00(2017.01) (54)发明名称 圆钢印中心点的视 觉精密测量方法 (57)摘要 本发明提供了圆钢印中心点的视觉精密测 量方法， 其使得后续机械臂的切割精准可靠， 确 保了车身关键工件的精度。 圆钢印中心点的视觉 精密测量方法， 其特征在于， 其基于机械臂挂载 激光轮廓仪进行测量， 其具体步骤如下： A对机械 臂所对应的机械臂坐标系与激光轮廓仪所对应 的激光轮廓仪坐标系进行标定， 使得机械臂坐标 系和激光轮廓仪坐标系之间建立映射关系； B系 统扫描点云数据的获取， 机械臂控制激光轮廓仪 上的激光传感器沿一个固定方向扫描,激光传感 器间隔时间周期Δt将捕获的圆钢印数据上传给 上位机保存， 通过多次扫描获得圆钢印一次完整 的扫描点数据， 之后通过建立的标定将激光轮廓 仪扫描数据转换成机械臂坐标系数据； C点云数 据处理。 权利要求书3页 说明书6页 附图9页 CN 114332486 A 2022.04.12 CN 114332486 A 1.圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于， 其基于机械臂挂载激光轮廓仪进 行测量， 其具体步骤如下： A对机械臂所对应的机械臂坐标系与激光轮廓仪所对应的激光轮廓仪坐标系进行标 定， 使得机 械臂坐标系和激光轮廓仪坐标系之间建立映射关系； B系统扫描点云数据的获取， 机械臂控制激光轮廓仪上的激光传感器沿一个固定方向 扫描,激光传感器间隔时间周期 Δt将捕获的圆钢印数据上传给上位机保存， 通过多次扫描 获得圆钢印一次完整的扫描点数据， 之后通过建立的标定将激光轮廓仪扫描 数据转换成机 械臂坐标系数据； C点云数据处 理， 其顺次进行如下操作： 1圆钢印边界点 提取； 2边界点噪声滤除； 3圆钢印的圆心坐标和法向计算； D通过计算获得的圆钢印中心点数据引导机 械臂进行后续切割作业。 2.如权利要求1所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于： 步骤A中机械 臂坐标系与激光轮廓仪坐标系的标定包括扫描方向标定和手眼标定 。 3.如权利要求2所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于： 所述扫描方向 标定,即计 算激光轮廓仪坐 标系与扫描方向的方向空间夹角 具体为将一个棋盘格标定板 放置在一个空间位置固定不动,利用激光轮廓仪的相 机在扫描过程中拍摄n幅图像并测量 棋盘格标定板的坐标原点pi|i＝1…n.通过对pi空间直线拟合获得 之后激光轮廓仪采集的数据,可以描述 为: 其中X0是激光轮廓仪获取的空间(x,y,z)坐标, △d是其每次在扫描方向上的移动间距； 所述手眼标定,即计算激光轮廓仪的坐标系与机械臂末端坐标系的转换关系,可以表 示为: 其中[Xc,Yc,Zc,1]是点云在相机坐标系下的齐 次坐标,转换矩阵gRc和gtc是相机坐标到 机械臂末端坐标的旋转和平移矩阵,[Xg,Yg,Zg,1]是点云转换到机械臂末端坐标系下的其 次坐标； 系统的手眼标定的具体实现为,将固定在机械臂上的相机在空间中移动多个位姿,拍 摄固定位置不变的棋盘格标定板,记录下标定板图像和机械臂末端坐标数据,从而解出转 换矩阵gRc和gtc.在实现了手眼标定后,激光轮廓仪的数据通过机械臂末坐标系端传 递给机 械臂基坐标系。 4.如权利要求1所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于,步骤C中圆钢 印边界点 提取的具体操作如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114332486 A 21.1设计一个中值滤波器对原始坐标数据信号进行滤波处理.中值滤波器的尺度根据 圆钢印边缘的尺寸确定， 该尺度的中值滤波器能够处理噪声信号,同时也能处理理想边界 信号； 1.2将中值滤波信号与原信号比较,计算两者的绝对差值， 信号差值大的部分集中在待 提取的边界区域； 1.3对信号差值取截断并将其归一化.差值信号大于阈值sigma的部分,属于圆边界区 域,赋值为1,得到归一 化信号， 其中sigma的取值 为0.1至0.5之间； 1.4提取每个位置信号的中心点,将该中心点作为圆钢印对应位置的边界点； 1.5对所有扫描 线依次处 理,得到圆钢印的全部边界点。 5.如权利要求4所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于： 步骤1.3 中， 由 于可能存在小部 分边界区域信号未被赋值为 1,形成一个间隙， 故进一步采用闭运算形态学 操作填补归一化信号可能存在的间隙， 其中理想信号没有间隙,信号本身不会被闭运算操 作改变； 而噪声信号的间隙会被闭运 算填补。 6.如权利要求5所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于,步骤C中边界 点噪声滤除的具体步骤如下： 2.1利用RANSAC(RAndom  SAmple Consensus)算法,将提取的有所点， 拟合出一个平面 Pi,其平面方程记为Ax+By+C z+D＝0.平面Pi的法向方向(A,B,C)记作Vn； 2.2所有提取的边 界点集合记作P e(e∈{1, …,N}).由罗德里格斯旋转方程,将Pe由(A, B,C)法向旋转到(0,0,1)方向.其中罗德里格斯方程定义如下. vrot＝vcosθ +(k ×v)sinθ +k(k·v)(1‑cosθ ) k是与转轴同向的单位向量, θ 是v绕k的右手方向旋转经 过的角度； 旋转后的边界点集合记作Pe ’(e∈{1,…,N}).将所有提取的边界点投影到z＝0平面. 由于Pe’的法向是(0,0,1),直接将Pe ’的z分量赋为0值.此时构建一个2D图像,将Pe ’的xy坐 标分量的整型 数值赋值到2D图像上； 2.3接下来在2D图像上使用Hough变换进行圆拟合.由于Hough变化具有强大的抗干扰 能力,能够将距离边界较近但属于噪声的点识别出来.根据Hough圆的拟合结果,计算Pe ’的 xy坐标到圆的距离,如果 a距离大于阈值t则判断为噪声点. b距离小于阈值t判断为效点， 将有效点记为 7.如权利要求6所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于,步骤C中圆钢 印的圆心坐标计算具体如下： 由于 是浮点数据类型,对其重新进行最小二乘拟合得到精 确的圆心坐标(x ’c,y’c,0)； 由罗德里格斯旋转公式,将(x ’c,y’c,0)旋转回Pi平面,得到(xc,yc,z’c)； 由于实际的圆钢印的物理外形上并非是平面,而是一个弧面,(xc,yc,z’c)实际上是圆 钢印凹陷部位的圆心坐标.因此需要由(xc,yc,z’c)出发,沿着法线(记为ln)方向Vn,在弧面 上的点云中搜索距离ln最近的N个点， 取这N个点的Z分量平均值作为圆心坐标的zc.将(xc, yc,zc)作为圆钢印的圆心坐标最终计算结果,Vn是它的法向方向。 8.如权利要求7所述的圆钢印中心点的视觉精密测量方法， 其特征在于： 步骤D中， 在计 算出圆钢印的圆心(xc,yc,zc)及其法向量Vn后,通过手眼标定方程将结果转换给切割机械权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114332486 A 3