[發明專利]一種軸孔裝配自動對中的靶心識別方法

有效

• 申請號: 201710623740.4
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107633502B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 程云勇;張明;史耀耀;唐虹;李俊杰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06K9/46
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 劉艷霞

1.一種軸孔裝配自動對中的靶心識別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟a.使用階梯靶標(1)，所述階梯靶標(1)包括同軸設置且位于前部的第一圓柱體(1-1)和位于后部的第二圓柱體(1-2)，且第一圓柱體(1-1)的直徑小于第二圓柱體(1-2)的直徑，所述第一圓柱體(1-1)和第二圓柱體(1-2)的前端面上、且繞其邊緣一周均設置有4A個圓形圖案(1-3)，且對應端面上的圓形圖案(1-3)的圓心分別位于對應的圓的圓周上，所形成的對應的兩個圓為同心圓，其中：A為大于1的自然數，且兩個圓柱體前端面的A的取值不要求相同；

在待裝配孔內的安裝階梯靶標，所述階梯靶標(1)上的圖案朝向待裝配孔前端，且階梯靶標軸線與待裝配孔處于共軸狀態，在待裝配孔前端朝向孔內采集階梯靶標，得階梯靶標圖像；

步驟b.對步驟a中獲得到階梯靶標圖像進行處理，得到邊緣平滑過渡的階梯靶標圖像；

步驟c.對步驟b中邊緣平滑過渡的階梯靶標圖像處理，獲得階梯靶標圖像邊緣輪廓集合，對邊緣輪廓集合中的每個子集分別進行最小二乘橢圓擬合，得到一組擬合橢圓中心點集合；

步驟d.將步驟c中得到的擬合橢圓中心點集合分為第一圓柱體前端面點集和第二圓柱體前端面點集；

步驟e.將步驟d中的所述第一圓柱體前端面點集和第二圓柱體前端面點集，分別運用最小二乘法進行橢圓擬合，即得到對應的第一圓柱體前端面中心點和第二圓柱體前端面中心點；連接兩個中心點，即為階梯靶標(1)的軸線，靶標軸線的位姿即為待裝配孔的位姿；

所述步驟d的具體過程如下：

步驟d1.設處理后的階梯靶標圖像左上角第一個像素點為圖像坐標系原點，水平向右為X軸正方向，豎直向下為Y軸正方向；在圖像坐標系中，將所述擬合橢圓中心點如距離圖像坐標系原點由小到大的原則重新排序，獲得有序點集S_i(i＝1,2,3,4,5,6…)；

步驟d2.遍歷有序點集S_i，搜索滿足正方形分布的坐標點，首先設S₁為正方形的一個頂點Pt1，以頂點Pt1為對角線的一個點，遍歷有序點集S_i，在該對角線上尋找正方形的第二個頂點Pt2，該對角線的斜率k滿足如下要求：0.5k3；

步驟d3.搜索正方形的第三個頂點，設Pt1和Pt2兩點間對角線對應的一次函數為：y₁＝ax+b，該對角線中點為其中：Pt1(m1,n1)和Pt2(m2,n2)；Pt1到M點的距離為L，過M點作Pt1與Pt2連線的中垂線，得到該中垂線的一次函數為：設中垂線上一點為：遍歷有序點集S_i，若存在S_i滿足則將S_i設為Pt3點；

若S_i不滿足重新執行步驟d2，搜尋其他滿足條件的Pt1、Pt2再執行步驟d3，直至存在S_i滿足則將S_i設為Pt3點；

步驟d4.搜尋正方形的第四個頂點，以點Pt1，Pt3確定向量VecX，點Pt2，Pt3確定向量VecY，設Pt1為坐標原點，向量VecX所在方向為X軸，向量VecY所在方向為Y軸，構建新坐標系；由正方形頂點排列特性得到參考點Pt4’在新構建的坐標系中可表示為：Pt4’＝Pt1+VecY，遍歷有序點集S_i，保存滿足的S_i點集，設為點集Q_i，點集Q_i中滿足||Pt4'-Q_i||取得最小值的點即為Pt4點，若存在Pt4點則執行步驟d6，若不存在Pt4點，則執行步驟d5；

步驟d5.如果以S1點作為第一個頂點Pt1，不存在另外3個點滿足步驟d2、d3、d4，則遍歷點集S_i，依次令Si(i＝2,3,4…)為Pt1，再繼續步驟d2、d3、d4；

步驟d6.將搜尋到的滿足正方形分布的4個坐標點的中心作為采集的階梯靶標圖像的參照點，計算橢圓圓心S_i(i＝1，2，3…)到參照點的距離G_i(i＝1，2，3…)，并求得所有橢圓圓心到參照點的距離和的均值Ver；

若G_iVer，且則該點屬于外圓；

若G_iVer且則該點屬于內圓；

其中比例值P為階梯靶標的內外圓半徑之比；

得到內圓點集和外圓點集，內圓點集為第一圓柱體(1-1)前端面點集；外圓點集為第二圓柱體(1-2)前端面點集；

其中：內圓為第一圓柱體(1-1)前端面上的圓形圖案的圓心形成的圓，外圓為第二圓柱體(1-2)前端面上的前端面上的圓形圖案的圓心形成的圓；

步驟d7.若階梯靶標傾斜角度過大，前端面對后端面的圓形圖案遮擋，經過分類處理后只能得到第一圓柱體(1-1)前端面點集，則再次遍歷點集Si剔除得到的第一圓柱體(1-1)前端面點集，即可得到第二圓柱體(1-2)前端面點集。