[发明专利]一种基于线结构光的工件自动寻位找正方法

权利要求书

1.一种基于线结构光的工件自动寻位找正方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.固定工件：将工件用夹具或固定元件安装在卧式加工中心的回转工作台上；

S2.照射线结构光：使用激光器将线结构光照射于工件表面，此时工件表面出现亮光条纹；

S3.获取光条图像：用CCD相机对光条进行图像采集，获得光条的二维图像；

S4.图像处理：对所获得的图像进行图像滤波、图像分割、轮廓提取处理；

S5.获取光条上点的三维坐标：通过CCD相机标定可将二维图像坐标转化为三维实际坐标；

S6.计算与理想位置间的偏差：三维实际坐标可以对工件在加工中心上的位置精确描述，与其正确位置比对可获得包括旋转量与平移量的位置偏差；

S7.调整工件位姿：通过回转工作台将工件调整到正确的位置。

2.根据权利要求1所述的基于线结构光的工件自动寻位找正方法，其特征在于：所述S3中，CCD相机标定,获得三维坐标与二维坐标间的转换关系，CCD相机包括左、右相机，除了相机内外参数的标定外，还需要进行两个相机间位置关系的标定，首先将相机标定靶置于两相机视野范围内，设左、右相机坐标系与世界坐标系之间的平移量为T₁、T₂，旋转矩阵为R₁、R₂，标定靶上某标定点在左相机坐标系下坐标为P_l＝(X_cl,Y_cl,Z_cl)^T，在右相机坐标系下坐标为Pr＝(X_cr,Y_cr,Z_cr)^T，在世界坐标系下坐标为P＝(Xw,Y_w,Z_w)^T；则有：

可以得到

其中，

通过上式，可以得到左、右相机坐标系间的转换关系；

两相机的光轴平行，光轴与图像平面垂直，两相机间距为d；C_l、C_r为左、右相机坐标系，设三维点P在左相机坐标系下为(X_cl,Y_cl,Z_cl)，在右相机坐标系下为(X_cr,Y_cr,Z_cr)，像素坐标系与图像坐标系间关系为：

其中u0、v0为相机内参，(u_l,v_l)、(u_r,v_r)为P在左、右像素坐标系中的坐标，(x_l,y_l)、(x_r,y_r)为P在图像坐标系中的坐标；

结合图像坐标系与相机坐标系的关系，可得：

其中，f为相机焦距，α＝f/dx，β＝f/dy是相机内参，通过上式便可以实现图像坐标系与世界坐标系的坐标转换。

3.根据权利要求1所述的基于线结构光的工件自动寻位找正方法，其特征在于：所述S4中，获取光条后，采用灰度重心法进行光条中心提取，灰度重心法的计算公式为：

其中(X_i,Y_i)为光条平面中某一像素点的坐标，相应像素点的灰度值为I(X_i,Y_i),(i＝1,2,…,N)，N为截面内像素点的个数，(X_c,Y_c)为所求光条中心坐标。至此，可以求出光条中心点坐标。

4.根据权利要求1所述的基于线结构光的工件自动寻位找正方法，其特征在于：所述S6中，将其投射于Y＝0的平面，设该投影上任意两点A_i，B_j的坐标分别为A_i(X_Ai,Z_Ai)，Bj(X_Bj,Z_Bj)；过A做线段A_iC_i,j平行于X_w轴，过B_j做线段B_jC_i,j平行于Z_w轴，A_iC_i,j与B_iC_i,j相交于C_i,j，则C_i,j坐标为C_i,j(X_Bj,Z_Ai)，并有A_iC_i,j与A_iB_j的夹角α_i,j；则有：

可以得到：

最终所需旋转角度为：

其中，N为所获得的坐标点数；

设所测得的坐标点为(xi,yi)，正确位置相应坐标点为(Xi,Yi)，则位置偏差的平移量为：