基于3D视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法与流程

文档序号:22334394发布日期:2020-09-25 18:07阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于3d视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,钩缓装置包括视觉检测机构,所述视觉检测机构包括直线模组与机械臂,机械臂安装在直线模组上,直线模组带动机械臂运动,机械臂安装有3d视觉相机,机械臂、3d视觉相机与视觉检测工控机通信,视觉检测工控机控制机械臂与直线模组动作,3d视觉相机采集图像信息后传递至视觉检测工控机进行图像分析;该测量方法包括钩缓装置长度测量方法,其特征在于,所述钩缓装置长度测量方法包括:

3d视觉相机采集钩缓装置连挂面正面三维图像,并生成点云信息,并在点云图像上自动截取roi区域;

根据roi区域确定连挂面方程,计算连挂面到相机坐标系原点距离;

将连挂面到相机坐标系原点距离变换为连挂面到机械臂基坐标系原点距离d1;

直线模组带动机械臂向钩缓装置安装面方向移动距离d0,机械臂动作使3d视觉相机采集钩缓装置安装面的正面三维图像,根据连挂面到机械臂基坐标系原点距离的计算过程计算出机械臂基坐标系原点到钩缓装置安装面距离d2;

由连挂面到机械臂基坐标系原点距离d1、机械臂向钩缓装置安装面方向移动距离d0、以及机械臂基坐标系原点到钩缓装置安装面距离d2,确定钩缓装置的长度为d=d2-d1+d0。

2.根据权利要求1所述的基于3d视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,其特征在于,使用roi区域内的三维点云数据拟合确定平面方程;所述roi区域为钩缓装置连挂面的roi区域或钩缓装置安装面的roi区域,所述平面方程确定为连挂面方程或安装面方程。

3.根据权利要求2所述的基于3d视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,其特征在于,使用roi区域内的三维点云数据拟合确定平面方程的方法为:

获取roi区域内所有三维点云数据的坐标信息,假设有n个三维点,分别是(xi,yi,zi),i=0,1,…,n-1,假设平面方程为ax+by+cz+d=0,则z=a0x+a1y+a2;

根据最小二乘算法,拟合平面方程参数需满足下面公式:

将各三维点信息带入上式,得到a0、a1、a2,进而由z=a0x+a1y+a2确定平面方程。

4.根据权利要求2所述的基于3d视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,其特征在于,计算连挂面或安装面到相机坐标系原点距离的方法为:

根据确定的平面方程,所述平面为钩缓装置连挂面或安装面,则得到平面到相机坐标系原点距离为:

从相机坐标系原点o到平面做垂线,设垂线与平面的交点坐标为p0=(x0,y0,z0),根据平面方程z=a0x+a1y+a2,在平面内任意取三个点p1=(x1,y1,z1),p2=(x2,y2,z2)和p3=(x3,y3,z3),则有结合平面方程,可得方程组:

解方程组得到p0=(x0,y0,z0)为:

则由式(3)、(5)计算平面到相机坐标系原点距离dcam,进而确定连挂面到相机坐标系原点距离d'1或安装面到相机坐标系原点距离d'2。

5.根据权利要求4所述的基于3d视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,其特征在于,将连挂面到相机坐标系原点距离d'1变换为连挂面到机械臂基坐标系原点距离d1,或将安装面到相机坐标系原点距离d'2变换为安装面到机械臂基坐标系原点距离d2的方法为:

对3d视觉相机和机械臂进行手眼标定,计算出相机坐标系在设定的机械臂工具坐标系中的位姿

根据采集平面三维图像时获取的机械臂工具坐标系在机械臂基坐标系中的位姿所述平面为钩缓装置连挂面或安装面,计算出垂点p0=(x0,y0,z0)在机械臂基坐标系中的位置为

则机械臂基坐标系原点obase到平面的距离为进而确定连挂面到机械臂基坐标系原点距离d1或安装面到机械臂基坐标系原点距离d2。

6.一种基于3d视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,该测量方法还包括钩缓装置连挂间隙测量方法,其特征在于,钩缓装置连挂间隙测量方法包括:

两个钩缓装置连挂之后,采集钩缓装置连挂面不同位置的三维图像,并从各三维图像中截取roi区域;

从roi区域中利用阈值分割法分割出连挂面间隙区域,将图像坐标系下连挂面间隙区域的像素宽度转化为相机坐标系下连挂面间隙距离,计算出各位置的三维图像的连挂面间隙;

将采集的所有三维图像测量出的连挂面间隙求平均值得到两钩缓装置连挂间隙。

7.根据权利要求6所述的基于3d视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,其特征在于,将图像坐标系下连挂面间隙区域的像素宽度转化为相机坐标系下连挂面间隙距离,计算出各位置的三维图像的连挂面间隙的方法为:

在roi区域内等间隔横向截取多行图像,每行图像都穿过连挂面间隙区域;

计算每行像素的间隙宽度:

在截取出的每行图像中,计算任意相邻两像素点(x1,y,z1)和(x1,y,z2)的图像梯度grad=|z1-z2|;

取最大梯度值对应的两像素点,其所在位置xmax1和xmax2即为连挂间隙的两个边沿,计算出两个边沿的距离:

其中,x和y为当前像素点对应的相机坐标系横坐标和纵坐标位置,x0和y0为常数,x和y为当前像素点在三维图像中的横向像素位置和纵向像素位置,dx和dy为相机坐标系和图像坐标系换算的比例系数;

则每行像素的间隙宽度为(xmax1-xmax2)*dx;

将所有行像素的间隙宽度求和取均值后,确定各位置的三维图像的连挂面间隙。


技术总结
一种基于3D视觉的轨道车辆钩缓装置关键参数测量方法,包括钩缓装置长度测量方法与连挂间隙测量方法。对于钩缓装置长度测量,通过确定连挂面到机械臂基坐标系原点距离、机械臂向钩缓装置安装面方向移动距离、以及机械臂基坐标系原点到钩缓装置安装面距离,可确定钩缓装置的长度,实现对钩缓装置长度的测量,极大的提高了测量精度。对于钩缓装置连挂间隙的测量,通过采集钩缓装置连挂面不同位置的三维图像,将图像坐标系下连挂面间隙区域的像素宽度转化为相机坐标系下连挂面间隙距离,确定各图像的连挂面间隙,各图像连挂间隙取均值后得到两钩缓装置连挂间隙,实现对钩缓装置连挂间隙的测量,较传统的人工测量方式,极大的提高了测量精度。

技术研发人员:李明扬;张念坤;李光瑞;张胜男;周丽萍;钱永军
受保护的技术使用者:中车青岛四方车辆研究所有限公司
技术研发日:2020.06.29
技术公布日:2020.09.25
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