[发明专利]一种含螺纹目标物位姿的计算方法

说明书

本发明提供了一种基于数学模型的含螺纹目标物位姿的计算方法，记含螺纹目标物固定时其与他物相交处的平面为第一平面，获取含螺纹目标物侧表面及第一平面的点云数据；拟合所述第一平面的平面方程；作N个平行于所述第一平面的平面C_i；所述平面C_i将含螺纹目标物侧表面的点云分割成N+1段，各段点云记为Ω_n；将每个平面C_i两侧的点云Ω_n投影到相应的平面C_i上，根据约束条件，建立含螺纹目标物的数学模型，将各平面C_i上投影点代入数学模型，利用最优化方法构建目标函数，求解所述数学模型的未知参数，得到轴线的方向向量，将其记为含螺纹目标物的位姿，本方法具有准确、高效的特点。

技术领域

本发明涉及视觉检测领域，具体涉及一种基于数学模型的含螺纹目标物位姿计算方法。

背景技术

在工业制造、建筑领域中有多个场景需使用含螺纹目标物进行联接、传动或者密闭，含螺纹目标物的位姿对后续工序有重大影响。目前针对含螺纹目标物的位姿检测有以下两种方法：人工检测、线结构光检测。人工检测采用断差尺、百分表、钢板尺、楔形塞尺、铁片尺等工具进行，测量精度、效率都较低，不能实现在线测量。而结构光检测，美国Perceptron公司研制了多线结构光的传感器用于螺柱位姿检测，其通过利用线结构光对螺柱进行重建，从而分析螺柱的位姿，但螺柱表面较为复杂，并且具有高反光特性，这一特性势必影响光条中心提取的精度，另外使用线激光耗时较长，不能满足在线测量实时性的要求，另一种方法通过三维测量设备获取目标物螺纹的点云数据，但由于含螺纹目标物外形复杂、且具有高反光特性，不能够获取完整的目标物点云，直接分析点云数据难以准确的得到目标物的位姿信息。

发明内容

为了实现对含螺纹目标物的自动在线位姿检测，本发明方法构建了含螺纹目标物的数学模型，先将点云数据投影到多层平面，在每个平面上建立几何图形约束，再整体约束各个几何图形，建立含螺纹目标物的数学模型，利用最优化的方法得出目标函数的最优解，从而计算出螺纹目标物的位姿数据，本方法实时性好，适用于在线检测。

本发明的技术方案如下：

一种含螺纹目标物位姿的计算方法，包括如下步骤：

1)记含螺纹目标物固定时其与他物相交处的平面为第一平面，获取含螺纹目标物侧表面及第一平面的点云数据；

拟合所述第一平面的平面方程；

2)作N个平行于所述第一平面的平面，记为平面C_i，1≤i≤N，N≥2；所述平面C_i将含螺纹目标物侧表面的点云分割成N+1段，各段点云记为Ω_n，1≤n≤N+1，单段点云Ω_n至少包含一圈螺纹；

3)将每个平面C_i两侧的点云Ω_n投影到相应的平面C_i上，记各投影点的坐标为(x_i,y_i)；

4)根据约束条件，建立含螺纹目标物的数学模型，将各平面C_i上投影点坐标(x_i,y_i)代入数学模型，利用最优化方法构建目标函数，求解所述数学模型的未知参数，得到轴线的方向向量，将其记为含螺纹目标物的位姿；

所述约束条件为：各平面C_i上投影点拟合出的几何图形，具有相同的尺寸，且各个几何图形的中心点在同一直线上。

进一步，所述几何图形为椭圆环、正圆环、椭圆或正圆；

当所述几何图形为椭圆环时，所述约束条件为：各个椭圆环的内、外椭圆具有相同的长轴、短轴、椭圆倾斜角；各个椭圆环的中心点在同一直线上，将该直线记为含螺纹目标物的轴线；