[发明专利]一种飞机涡轮发动机叶片修复机器人的视觉标定方法

摘要

本发明公开一种飞机涡轮发动机叶片修复机器人的视觉标定方法，该视觉标定方法包括以下步骤：（1）确定在机器人坐标系下的标靶特征点；（2）构建机器人手眼系统；（3）拍摄标靶图像，建立立体标靶；（4）求解CCD摄像机内外参数；（5）标定结果的误差分析；（6）双目视觉系统采集待修复飞机涡轮发动机叶片图像；（7）待修复飞机涡轮发动机叶片的视觉标定；（8）待修复飞机涡轮发动机叶片模型的坐标系转换。本发明视觉标定方法具有标定速度快，精度高（精度能达到0.1mm），适于工业化使用等特点。

主权项

一种飞机涡轮发动机叶片修复机器人的视觉标定方法，该视觉标定方法包括以下步骤：（1）确定在机器人坐标系下的标靶特征点；将工具安装到六自由度机器人法兰盘上，并放置好平面圆形标志标靶；对工具坐标系进行标定，然后利用标定好的工具确定平面圆形标志标靶圆心特征点在机器人坐标系下的位置；（2）构建机器人手眼系统；将单个CCD摄像机安装在机器人的执行末端，并控制机器人使平面圆形标志标靶处在CCD摄像机的正下方，建立单个CCD摄像机与机器人之间的机器人手眼系统；（3）拍摄标靶图像，建立立体标靶；利用单个CCD摄像机建立基于双目视觉理论的三维测量系统，通过机器人携带单个CCD摄像机运动，使用PhotonFocus在标靶的左、右和上方分别拍摄多帧标靶图像，使用一个平面圆形标志标靶虚拟构造立体标靶；（4）求解CCD摄像机内外参数；在MATLAB编制程序，对所拍摄的图像进行处理，包括前期预处理、圆度阈值分割、边缘检测、周长阈值分割和亚像素圆心拟合，并利用已得到的标靶坐标值，求得摄像机的内外参数，实现相机的高精度标定；（5）标定结果的误差分析；将标靶任意布置在双目视觉的视场下，采集CCD摄像机在两个工作位置时的标靶图像，进行标靶特征点的三维测量，并检验测量精度，进而对标定结果进行绝对误差和相对误差分析；（6）双目视觉系统采集待修复飞机涡轮发动机叶片图像；将待修复的飞机涡轮发动机叶片固定在工作台上，通过在机器人上搭建的已标定好的双目视觉检测系统，从两个视场采集所述叶片的图像；（7）待修复飞机涡轮发动机叶片的视觉标定；在MATLAB中编制程序，确定五点法标定方法，即选定待修复飞机涡轮发动机叶片顶部轮廓上曲线的两个三等分点、下曲线的两个等分点和一个顶部两小边轮廓的中心点为五个本体特征点，根据所述叶片上所设定的五个本体特征点，完成对所述叶片的视觉标定；（8）待修复飞机涡轮发动机叶片模型的坐标系转换；先以仿射变换法求取旋转矩阵，再以旋转矩阵代入计算平移参数；根据所求得的变换矩阵和所述五个本体特征点在机器人坐标系下的坐标值，实现所述叶片模型从三维光栅扫描仪坐标系到机器人坐标系下的转换。