[发明专利]基于视频图像的液压油缸尺寸测量和位姿估计方法及系统

说明书

本发明公开了基于视频图像的液压油缸尺寸测量和位姿估计方法及系统，属于工业自动化领域。本发明提出的方法及系统包括：(1)使用包含发光面和摄像机的成像装置对液压油缸进行连续视频拍摄；(2)使用带自旋装置的运输线使液压油缸通过成像装置时进行自转；(3)使用运行于工控机中的视频图像识别算法对包含液压油缸的高对比度视频进行检测，识别并测量液压缸筒、缸盖、活塞杆、液压锁等各部件；(4)基于视频图像中液压油缸位置的连续变化，对液压油缸的移动速度进行评估；(5)基于液压缸筒侧面的液压锁尺寸，对液压油缸的位姿进行评估。本发明获得液压油缸的尺寸、位姿和速度信息后，将进一步用于液压油缸的清洗、喷涂、抓取等操作。

技术领域

本发明涉及工业自动化技术领域，特别涉及基于视频图像的液压油缸尺寸测量和位姿估计方法及系统。

背景技术

液压油缸是一种将液压能转变为机械能的、做直线往复运动(或摆动运动)的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。

液压油缸应用广泛，需求量高，但其在生产制造过程中，需要装配、焊接、喷涂等多种工序，但由于缸筒和活塞杆均为铁质，重量从10千克到上百千克不等，在抓取搬运的过程中给生产工人造成诸多困难和不变。因此，亟需应用相关自动化设备或工业机器人提高生产效率并减轻工人负担，而完成液压油缸装配、焊接、喷涂等工序最基本的条件是获得液压油缸进行尺寸、位姿等信息。

当前基于图像处理的工件测量方法较多，但很少有针对液压油缸的方法。一般通用性方法如发明专利“一种基于图像处理的工件角度自动测量装置及测量方法”(201210483489.3)能够对工作台上待测工件的位置和选装角度进行测试，但此方法适用于小型、扁平的二维平面型工件；发明专利“一种基于图像处理的工件多尺寸多参数测量方法”(201610673414.X)构建了一个测量平台，利用摄像机拍摄评估工件位置再使用扫描仪滑动扫描，此方法测量精度高但运行效率偏低，不适应大批量生产的液压油缸；发明专利“图像处理系统及处理装置、工件的拾取方法”(201710943152.9)提出一种任意工件位置进行拾取的方法，对叠放工件按照叠放高度由上而下进行拾取，同样该方法更适用于二维平面型工件；发明专利“一种基于多图像获取设备的工件识别与分拣装置和方法”(201610125496.4)使用了两个摄像机分别获取所有工件和单个工件的图像，识别各个工件型号并确定分拣方法，对液压油缸的生产也具备一定可操作性，但本发明针对液压油缸外观特性设计一种更高效、低成本并能与其他工序衔接融合的液压油缸识别测量系统。

发明内容

本发明提出一种基于视频图像的液压油缸尺寸测量和位姿估计方法及系统，获取液压油缸的尺寸、位姿和移动速度等信息用于实现工业机器人对其的抓取、装配、焊接、喷涂等操作。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于视频图像的液压油缸尺寸测量和位姿估计方法及系统，所述方法包括如下步骤：

S1、运输线传送：使用运输线将液压油缸在两个工序位置之间传送，并在通过成像装置时使液压油缸自转；

S2、连续成像：使用成像装置对液压油缸连续拍摄，并将获取的视频图像传输给工控机进行处理；

S3、图像测量：在工控机中使用视频图像识别算法对成像装置发送的图像进行检测，识别并测量液压缸筒、缸盖、活塞杆和液压锁各部件；

S4、速度评估：在工控机中使用视频图像识别算法对视频连续多帧图像中的液压油缸位置进行测量，计算液压油缸的移动速度；

S5、位姿评估：在工控机中使用视频图像识别算法对液压缸筒侧面的液压锁图像可见尺寸实时测量，对液压油缸的自转角度进行计算，对液压油缸的位姿进行评估。

进一步地，所述步骤S3中视频图像识别算法包括如下入步骤：