[發明專利]一種基于機器視覺的圓形工件平面坐標高精度定位方法

在審

• 申請號: 202110850090.3
• 申請日: 2021-07-27
• 公開（公告）號: CN113592955A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李明;閆睿
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/70;G06T7/136;G06T7/13;G06T5/00;G06T3/40
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發明提供一種基于機器視覺的圓形工件平面坐標高精度定位方法，解決現有激光加工無法實現工件微米級精度定位的問題。該方法包括：1)確定相機的參數；2)獲取被加工件不同部分邊緣的圖像；3)獲取高分辨率的圖像；4)消除圖像中工件區域內部的空洞；5)采用基于Zernike矩的亞像素邊緣檢測算法提取各圖像中被加工件的輪廓坐標點，然后像素坐標轉化為機床坐標系坐標，并對各部分輪廓坐標點進行補償，獲得各部分輪廓像素點坐標對應的機床坐標系絕對坐標；步驟六、采用隨機采樣一致算法對步驟五獲取的絕對坐標進行擬合，最終獲得圓心坐標。本發明方法基于機器視覺算法，精度高，自動化程度高，效率高。

技術領域

本發明屬于激光加工領域，具體涉及一種基于機器視覺的圓形工件平面坐標高精度定位方法。

背景技術

激光加工技術是一種高精度的加工手段，可以實現不同微米甚至亞微米級的制造，已成為航空、航天、航海、汽車、電子等多個領域的關鍵加工技術。隨著以上領域提出的高精度高品質的制造要求，對定位方式和定位手段提出了更高的要求。隨著機器視覺的逐步發展，機器視覺已替代人工操作成為工件定位監測的新手段，在可以提高工作效率的同時也能夠更好的保證精度要求，降低誤差。

基于機器視覺的檢測定位方式有很多，例如結構光、雙目視覺等，但大多數算法精度最高僅能達到幾十微米，要達到激光加工過程中微米級精度的制造要求，則必須對幾十毫米級目標工件達到幾微米的定位精度，以上方法顯然無法滿足，而且在實際工程應用中，微米級定位往往是視覺定位的極限精度，此時提升相機、鏡頭以及光源等硬件參數定位效果也無法繼續提高，因此仍然亟需一種更高精度的定位手段和算法。

中國專利CN112001917A公開了一種基于機器視覺的圓形有孔零件形位公差檢測方法，用于提高零件形位公差檢測的效率和精度。由其公開內容可知，該方法通過兩次標定消除畸變，并計算實際像素和物理尺寸的關系，提取圖像連通域和二值圖像輪廓，計算獲得圓心坐標和邊緣輪廓，計算連通區域的外接矩形和最小外接矩形進行孔的圓度分析，再對邊緣信息進行霍夫圓變換得到圓心與半徑信息，并與之前得到的數據比較，計算零件形位公差。該方法直接進行邊緣提取并使用霍夫圓變換可以實現圓度分析和形位公差的計算，但無法實現工件微米級精度定位。

中國專利CN110599544A公開了一種基于機器視覺的工件定位方法及裝置，可以對工件進行準確的識別與定位。該方法通過預測框的回歸坐標確定目標工件的輪廓和中心點的二維坐標，標注圖像作為訓練集輸入到Fast-R-CNN神經網絡中并輸出目標工件的預測框，計算測試框和預測框的重合度，并對預測框進行閾值分割，并采用邊緣檢測算法和最小外接矩形法獲取目標工件輪廓和中心點坐標，該方法結合深度學習和圖像處理算法對目標工件進行識別與定位，魯棒性和普適性好，但對于較大的目標工件，仍無法達到微米級定位要求。

發明內容

本發明的目的是解決現有激光加工無法實現工件微米級精度定位的問題，提供一種基于機器視覺的圓形工件平面坐標高精度定位方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于機器視覺的圓形工件平面坐標高精度定位方法，包括以下步驟：

步驟一、根據被加工件的定位精度進行相機與鏡頭的參數選型，進而確定相機的安裝位置，采用張正友標定法對相機進行標定，獲得相機的內參數、外參數和畸變系數，并使用畸變系數對圖像進行校正；

步驟二、將被加工件放置在工作臺上，根據被加工件的大小設置機床的移動向量，根據該移動向量移動機床，由相機獲取被加工件不同部分邊緣的圖像；

步驟三、對步驟二獲取的多個圖像進行濾波和圖像超分辨率增強處理，獲取多個高分辨率圖像；

步驟四、對步驟三獲取的多個圖像進行閾值分割，采用形態學處理或漫水填充對閾值分割后的圖像進行處理，消除圖像中工件區域內部的空洞；