基于双目视觉的铆接件孔位测量研究应用

摘要

目前，工厂现有的小型半自动铆钉机送料装置，采用手动输入待铆接板件各铆接孔中心坐标。这种定位方式效率低，普适性差，不能达到全自动化的标准。为实现立式铆钉机与小型半自动化送料装置的一体化，减少铆接过程中工作人员的劳动强度，提高铆接效率和质量，本课题重点研究双目立体视觉技术测量铆接件的各个定位孔信息的算法。　　本课题主要研究内容有以下几个部分：　　（1）双目摄像机标定。分析各个坐标系之间的转换关系与摄像机成像模型，结合张正友标定法与双目视觉原理，对双目摄像机进行标定。通过多组标定实验分析与验证，获得标定误差为0.22pixels以及双目摄像机的内外参数。　　（2）对待铆接板件图像进行特征点提取与匹配。选用最大值法与中值滤波对采集的图像完成预处理，用邻域检索法对Canny算子检测的轮廓进行边缘连接。结合板件特性，提出基于hough变换的线性约束图像分割法对铆接板件、定位直角块的完全分割，提出基于位置约束的匹配方式对提取的特征点进行一一匹配。　　（3）坐标系统一。通过位姿描述将铆接孔转换到建立在定位直角块上全局坐标系中，其中，采用SVD（SingularValueDecomposition）对相对位姿参数R，T进行求解以达到位姿估计的目的。　　（4）系统实验平台搭建。为铆接孔双目视觉系统选择合适的硬件，搭建双目视觉平台，设计合理的系统界面，并结合所提算法编程实现对铆接孔的定位。　　经过实验验证，使用双目视觉定位技术能对铆接孔精确定位。该方法结构简单、价格低廉，基于双目视觉的铆接孔中心定位绝对平均误差为0.1584mm，垂直方向z轴深度信息绝对平均误差为0.0403mm，而铆接行业中对于薄板铆接中心定位精度在0.2mm以内，该方法满足行业要求。

目录

声明

第1章绪论

1.1研究意义与背景

1.2国内外研究现状

1.2.1双目立体视觉技术国外研究现状

1.2.2双目立体视觉技术国内研究现状

1.2.3双目立体视觉技术的发展趋势

1.3论文章节安排

第2章铆接孔双目视觉定位系统总体方案设计

2.1研究目标

2.2定位系统总体方案设计

2.2.1图像采集方式设计

2.2.2双目视觉定位系统流程设计

2.3本章小结

第3章双目立体视觉的数学模型与摄像机标定

3.1像机成像模型

3.1.1各坐标系间的转换关系

3.1.2针孔成像模型

3.2.1双目视觉测量原理

3.2.2双目视觉测量数学模型

3.3.1张正友标定法

3.3.2双目摄像机标定

3.3.3标定实验结果

3.3.4标定精度分析

3.4本章小结

第4章铆接件特征提取与立体匹配

4.1薄板图像预处理

4.1.1薄板图像灰度化

4.1.2铆接薄板图像去噪

4.2图像分割

4.2.1基于Canny的图像轮廓检测

4.2.2邻域检索法

4.2.3基于hough变换的线性约束图像分割

4.2.4铆接板件与定位直角块分割实验

4.3提取特征点

4.3.1获取铆接孔边缘

4.3.2提取铆接孔中心坐标

4.3.3铆接孔中心提取实验

4.4基于位置约束的特征点匹配

4.5本章小结

第5章铆接件位姿估计算法研究

5.1位姿描述概述

5.2位姿估计

5.3奇异值分解法（SVD）

5.4位姿估计实验验证

5.5本章小结

第6章双目视觉系统实验验证

6.1搭建硬件平台

6.2软件设计与验证

6.2.1系统界面设计

6.2.2系统测试

6.3定位精度分析

6.4本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果