專利名稱：一種基于輔助基準(zhǔn)的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視覺遮擋下的零件特征點和特征直線的檢測方法，屬于機(jī)器視覺輔助 下的精密裝配技術(shù)領(lǐng)域，用于零件的精密裝配和檢測。
背景技術(shù)：
在基于機(jī)器視覺的精密裝配中，零件裝配指標(biāo)的檢測是通過視覺采集特征邊界并 通過空間轉(zhuǎn)換獲得的。實際裝配中，經(jīng)常存在裝配作業(yè)空間狹小，系統(tǒng)硬件對視覺檢測產(chǎn)生 遮擋情況；此外，如果零件進(jìn)行疊加裝配，后續(xù)零件會對前序零件特征部分產(chǎn)生遮擋，這也 為視覺檢測零件特征帶來困難。此時需要引入遮擋部分還原機(jī)制來實現(xiàn)特征采集和定位。在現(xiàn)有遮擋邊界還原技術(shù)當(dāng)中，最常用的是采用圖像分層提取過濾算法實現(xiàn)邊界 還原。用傳統(tǒng)的統(tǒng)計模型分離背景，得到前景對象的集合，各個跟蹤對象模型包含RGB顏色 模板和一個可選擇的概率掩模，當(dāng)檢測到兩個或多個對象存在互相遮擋時，采用最大似然 分離函數(shù)將不確定的象素重新分配給每個對象從而獲取真實邊界。knior A W,Hampapur A, Brown L Μ, et al, Image and Vision Computing, 2006 U4)，1233—1243也有的采用合 并分裂濃縮算法跟蹤圖像序列中不確定輪廓，利用概率密度函數(shù)的估計量，使用粒子濾波 器進(jìn)行連續(xù)重要性采樣過程，每次復(fù)合目標(biāo)分裂后能夠成功地重建各個對象，實現(xiàn)對象跟 蹤。Isard M， Blake A， International Journal of Computer Vision，1998(29)，5-28
針對大面積遮擋問題最常采用的是基于圖像拼接的邊界還原定位算法，引入自適應(yīng)的非極 大值抑制技術(shù)，只在圖像的重疊區(qū)域進(jìn)行Harris角點檢測，并結(jié)合小波變換和對極幾何， 對圖像進(jìn)行快速特征匹配；在圖像融合中構(gòu)造一種非線性過渡函數(shù)，使圖像重疊區(qū)域之間 的過渡更平滑，識別效率和邊界真實度非常高。吳錦杰，劉肖琳，計算機(jī)工程，2010 (36)， 209-212此外還有采用模板匹配算法，在兩幅圖像的重疊區(qū)域中分別抓取一對初始匹配 點，分別以抓取點為中心取不同大小模板區(qū)域和搜索區(qū)域結(jié)合模板匹配法基本原理確定最 佳匹配點，，然后通過平移和旋轉(zhuǎn)變換完成圖像之間的配準(zhǔn)焦晶萍，廖文和，，沈建新，計算 機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2010 (20)，148-154。綜上所述，現(xiàn)有遮擋圖像還原技術(shù)多采用圖像模板和像素圖層算法進(jìn)行迭代還 原，運算量非常大，程序?qū)崿F(xiàn)相對復(fù)雜，在實際裝配應(yīng)用中有很大的局限性。同時現(xiàn)有技術(shù) 針對零件特征全遮擋現(xiàn)象的處理方法還比較少見，無法直接獲得特征圖像進(jìn)行圖像還原處 理，從而使被疊裝零件的檢測難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是視覺遮擋下的零件特征檢測方法，用于實現(xiàn)有視覺遮 擋情況下被遮擋特征點和特征直線的提取，以便與后續(xù)裝配零件的特征進(jìn)行比對。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)包括輔助基準(zhǔn)模板、定位移動平臺、對準(zhǔn)定位移動平臺的固定 倍率光學(xué)鏡頭、連接光學(xué)鏡頭的CCD攝像機(jī)、用于采集CCD攝像機(jī)圖像的圖像采集卡、工控機(jī)以及驅(qū)動定位位移平臺的運動控制板卡。采用電子束光刻鍍鉻的掩模版作為輔助基準(zhǔn)模 板，其上有均勻排列的三個矩形塊形狀，作為機(jī)器視覺采集的特征點和特征直線。工控機(jī)通 過圖像采集卡從CCD攝像機(jī)采集檢測特征的圖像數(shù)據(jù)，然后對圖像進(jìn)行相關(guān)特征的提取。將該檢測模板固定于無視覺遮擋的零件裝配平臺區(qū)域內(nèi)。裝配系統(tǒng)裝配完目標(biāo) 零件后，視覺系統(tǒng)運動平臺運動到目標(biāo)零件的特征檢測區(qū)域并檢測目標(biāo)零件特征點和特征 直線，通過圖像處理獲得特征點的位置信息(X1, Y1)和特征直線的角度信息θ i ；然后視覺 系統(tǒng)運動平臺運動到檢測模板的檢測位置，采集標(biāo)定板上特征點和特征直線的圖像，通過 圖像處理獲得特征點的位置信息( , )和特征直線的角度信息θ 2，將兩次獲得的角度和 位置信息通過空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系中，上述兩次測量的數(shù)據(jù)的差值即ΔΧ = X2-X1, AY = Y2-Y1, Δ θ = θ2-θ10當(dāng)后續(xù)零件裝配完成后，目標(biāo)零件的特征點和特征直線被遮 擋。視覺系統(tǒng)運動到此時的基準(zhǔn)檢測模板的檢測位置進(jìn)行特征點和特征直線的檢測，獲得 特征點位置信息(X3A3)和特征直線角度信息θ3。由于基準(zhǔn)檢測模板和目標(biāo)零件一次裝夾 后相對空間位置是固定的，所以根據(jù)空間相對位置關(guān)系可以得到，此時被遮擋的目標(biāo)零件 的特征點位置信息為& = X3+Δ X, Y4 = Y3+Δ Y，特征直線的角度信息為θ 4 = θ 3+Δ θ，從 而建立了后續(xù)裝配零件與目標(biāo)零件之間的特征點和特征直線關(guān)系。本發(fā)明的效果和益處是提供了一種簡單直觀的被遮擋零件特征檢測方法；該方 法借助輔助基準(zhǔn)模板的測量，通過空間轉(zhuǎn)換關(guān)系獲得被遮擋零件的空間位置信息，有效地 克服系統(tǒng)誤差對零件位置的影響，具有較高的定位精度，為其他零件裝配提供正確的基準(zhǔn) 位置信息。


圖1是本發(fā)明的遮擋零件的特征檢測方法流程圖。圖2是本發(fā)明的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)示意圖。圖3是本發(fā)明的遮擋零件的特征檢測方法的檢測實物示意圖。圖1CCD攝像機(jī)；2光學(xué)鏡頭；3視覺系統(tǒng)Z向運動導(dǎo)軌；4檢測目標(biāo)零件；5輔助 基準(zhǔn)模板；6固定工作臺；7視覺系統(tǒng)X向運動導(dǎo)軌。A目標(biāo)零件特征點；B第一次檢測時檢測模板中間矩形的特征點；B'第二次檢測時檢測模板中間矩形特征點；C遮擋零件特征點；D第一次檢測時檢測模板的上側(cè)矩形特征點；D'第二次檢測時檢測模板的上側(cè)矩形特征點；11目標(biāo)零件特征直線；12第一次檢測時檢測模板的特征直線；12'第二次檢測時檢測模板的特征直線；13遮擋零件特征直線。
具體實施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明專利的具體實施案例。
系統(tǒng)需要實現(xiàn)目標(biāo)零件和遮擋零件之間特征直線的平行度和特征點的同軸度檢 測。具體方法如下第一步，采用電子束光刻的鍍鉻的掩模版作為輔助基準(zhǔn)模板1，輔助基準(zhǔn)模板1上 有均勻排列的三個矩形塊形狀。當(dāng)目標(biāo)零件裝配完后，視覺系統(tǒng)ζ向運動導(dǎo)軌3和視覺系 統(tǒng)X向運動導(dǎo)軌7驅(qū)動前端固定光學(xué)鏡頭2的CXD攝像機(jī)1到目標(biāo)零件4的檢測位置，檢 測目標(biāo)零件4特征點A在圖像坐標(biāo)系中的位置(X1, Y1)和特征直線11的傾斜角θ 10第二步，視覺系統(tǒng)Z向運動導(dǎo)軌3和視覺系統(tǒng)X向運動導(dǎo)軌7驅(qū)動攝像機(jī)1到輔
助基準(zhǔn)模板5的檢測位置，檢測輔助基準(zhǔn)模板5中間矩形特征點B的位置坐標(biāo)(X2A2)和上
側(cè)矩形特征點D的位置坐標(biāo)(X3，Y3)。然后將獲得的兩個坐標(biāo)信息通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換統(tǒng)一到中
間矩形圖像坐標(biāo)系下，坐標(biāo)值為( '，V )和(X3'，Y3')，并計算出第一次檢測時輔助
f f
基準(zhǔn)模板5的特征直線12的傾斜角込=arctan(73,"72,)。
Jf3 -X1第三步，將中間矩形特征點B的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)值( , )轉(zhuǎn)換到目標(biāo)零件檢測時 的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值( " ,V')。然后計算出在目標(biāo)零件圖像坐標(biāo)系下，目標(biāo)零件特 征點A和檢測模板中間矩形特征點B的坐標(biāo)差值(ΔΧ，ΔΥ) = (X1-X2" ,Y1-Y2")；以及直 線11和12的傾斜角差值Δ θ = θ廠θ 2。第四步，當(dāng)遮擋零件對準(zhǔn)裝配完畢后，遮擋零件特征點C和遮擋零件特征直線1 3 可以通過視覺系統(tǒng)直接檢測得到C點的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)值(X4，Y4)和1 3傾斜角θ 3。此 時視覺系統(tǒng)再次運動到輔助基準(zhǔn)模板5特征邊界的檢測位置，按照步驟二檢測得到輔助基 準(zhǔn)模板5中間矩形特征點B'的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)值0(5，Y5)和特征直線12'的傾斜角θ4。 根據(jù)空間位置關(guān)系可以得到，此時目標(biāo)零件被遮擋特征點A的坐標(biāo)值為0(6，Y6) = (X5+Δ X, Y5+Δ Y)，被遮擋特征直線11的傾斜角為θ5= θ 4+Δ θ，并考慮輔助基準(zhǔn)模板5特征檢測 和遮擋零件特征檢測時，視覺系統(tǒng)Z向運動導(dǎo)軌3和視覺系統(tǒng)X向運動導(dǎo)軌7運動的位移， 將在輔助基準(zhǔn)模板5檢測時的圖像坐標(biāo)系下檢測得到的特征點A坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化到遮擋零件檢 測時的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值OC6'，Y6')。第五步，計算可以得到后續(xù)裝配的目標(biāo)零件特征點A和遮擋零件特征點C的同軸 度誤差為(1 ' -X4MY6' -Y4|)，目標(biāo)零件特征直線Ii和遮擋零件特征直線13的平行度 誤差為(θ 5- Θ 3)。
權(quán)利要求
1.一種基于輔助基準(zhǔn)的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)，其特征在于，機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)包括輔助基準(zhǔn)模板( 、定位移動平臺、對準(zhǔn)定位移動平臺的固定倍 率光學(xué)鏡頭O)、連接光學(xué)鏡頭的CCD攝像機(jī)(1)、用于采集CCD攝像機(jī)圖像的圖像采集卡、 工控機(jī)以及驅(qū)動定位位移平臺的運動控制板卡。采用電子束光刻鍍鉻的掩模版作為輔助基 準(zhǔn)模板，其上有均勻排列的三個矩形塊形狀，作為機(jī)器視覺采集的特征點和特征直線。
2.使用權(quán)利要求1所述機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的檢測方法，用于被遮擋零件特征的輔助檢 測，其特征在于如下步驟當(dāng)目標(biāo)零件裝配完后，視覺系統(tǒng)Z向運動導(dǎo)軌C3)和視覺系統(tǒng)X向運動導(dǎo)軌(7)驅(qū)動前端固定光學(xué)鏡頭( 的CCD攝像機(jī)(1)到目標(biāo)零件4的檢測位置，檢測目標(biāo)零件(4)特征點㈧在圖像坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)(XpY1)和特征直線(11)的傾斜角θ 1 ；然后，視覺系統(tǒng)Z向運動導(dǎo)軌(3)和視覺系統(tǒng)X向運動導(dǎo)軌(7)驅(qū)動CXD攝像機(jī)(1)到輔助基準(zhǔn)模板(5)的檢測位置，檢測輔助基準(zhǔn)模板( 中間矩形特征點(B)的位置坐標(biāo)( , )和上側(cè)矩形特征點(D)的位置坐標(biāo)0(3，Y3)；然后將獲得的兩個坐標(biāo)信息通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換統(tǒng)一到中間矩形圖像坐標(biāo)系下，坐標(biāo)值為OC2' ,Y2')和(X3' ,Y3')，并計算出第一次檢測時輔助基準(zhǔn)模板f f(5)的特征直線(12)的傾斜角込=arctan(A^r)港著，將中間矩形特征點⑶的圖像Jf3 -X1坐標(biāo)系坐標(biāo)值(x2，Y2)轉(zhuǎn)換到目標(biāo)零件檢測時的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值( " ,Y2")；然后 計算出在目標(biāo)零件圖像坐標(biāo)系下，目標(biāo)零件特征點(A)和檢測模板中間矩形特征點(B)的 坐標(biāo)差值(ΔΧ，ΔY) = (X1-X2"，Y1-Y2")以及直線(11)和(12)的傾斜角差值Δ θ = θ「θ 2 ；當(dāng)遮擋零件對準(zhǔn)裝配完畢后，視覺系統(tǒng)再次運動到輔助基準(zhǔn)模板( 特征邊界的 檢測位置，檢測得到輔助基準(zhǔn)模板(5)中間矩形特征點B'的圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)值(X5，Y5)和 特征直線12'的傾斜角θ 4;根據(jù)空間位置關(guān)系得到此時目標(biāo)零件被遮擋特征點(A)的坐 標(biāo)值為(X6, Y6) = (X5+ΔX，Y5+ΔY)，被遮擋特征直線(11)的傾斜角為θ5 = Θ4+Δ θ，并 考慮輔助基準(zhǔn)模板( 特征檢測和遮擋零件特征檢測時，視覺系統(tǒng)Z向運動導(dǎo)軌C3)和視 覺系統(tǒng)X向運動導(dǎo)軌(7)運動的位移，將在輔助基準(zhǔn)模板( 檢測時的圖像坐標(biāo)系下檢測 得到的特征點(A)坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化到遮擋零件檢測時的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值OV，Y6')。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于輔助基準(zhǔn)的遮擋零件特征點和特征直線的檢測方法，用于零件精密疊裝時的遮擋特征檢測。疊裝零件在裝配后會引起前序裝配零件的特征遮擋，同時系統(tǒng)運動誤差使得原始檢測信息不可信。通過架設(shè)外界檢測模板，將被遮擋零件的特征信息在未被遮擋前就轉(zhuǎn)換到檢測模板的坐標(biāo)系中，建立兩者空間絕對位置關(guān)系。當(dāng)后續(xù)裝配零件裝配引起遮擋后，系統(tǒng)檢測外界檢測模板的特征信息，結(jié)合被遮擋零件和檢測模板特征的空間絕對位置關(guān)系，即可還原此時被遮擋零件的特征信息。本發(fā)明有效克服了系統(tǒng)運動誤差引入的位置檢測誤差，還原任意裝配時段特定被遮擋零件的特征點位置信息和特征直線角度信息，保證零件相互之間的定位精度要求。
文檔編號G01B11/26GK102141376SQ20111000208
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者張習(xí)文, 朱萃, 王曉東, 羅怡 申請人:大連理工大學(xué)