视觉检测系统定位误差分离方法

　　引　言

　　计算机多视觉检测系统是一种空间三坐标测量系统,但只对空间特定线、特定面、特定区域上的点进行测量,然后采用整体标定方法,对它们的空间位置进行标定。根据标定结果及传感器信息计算出待测点在整体坐标系中的位置,对检测结果作出评价。因此,待测工件必须相对检测系统定位,才能保证所测到的点是工件上预先确定的点。所以定位系统的定位精度将直接影响检测精度。

　　研制高精度的工件定位方法对提高检测系统的精度及系统可靠性有十分重要的意义。这是因为视觉检测系统的被检对象通常是大型工件,如车身、车体等,工件的实际位置是不精确的;而且由于车身由薄钢板焊接而成,整体柔性很大,在外力作用下,易变形产生颤动,很难精确定位;当检测系统用于生产线中,要求能实现快速定位,带来了更大难度。因此,采用软件定位不仅降低了机械定位的难度,而且测量精度也大大地提高了。

　　1　定位误差数学模型的建立

　　定位误差是指待测工件实际位置与“标准位置”的偏差。如图1所示,假定工件的自身坐标系为,Opxpypzp,定位架坐标系为Osxsyszs(即工件位于标准位置时坐标系)。

　　则　(xp,yp,zp)——工件上任一点在自身坐标系中的坐标;

　　(xs,ys,zs)——工件上任一点相对于Osxsyszs坐标系的坐标;

　　在进行两个坐标系之间的转换中,任意两个坐标系的相互关系通常用6个参数(三个旋转参数和三个平移参数)来确定,但各个参数以非线性方式相联系,而且在求解时需大量的非线性搜索。在这里将任意的两坐标之间的关系归纳到12个参数的确定,这样,求取参数的算法就是基于直接线性转换的方法。用在场景中相对任一坐标系的某些可识别特征的坐标位置确定一组超定线性方程,只需解这一超定方程组便可求得转换矩阵。

其中R是一正交矩阵,R,T分别表示工件相对于标准坐标系的旋转和平移,R,T是定位误差的度量。

　　2　测量模型的建立

　　定位误差是系统误差,它对测得的坐标值的影响是确定的,测量结果是R,T的函数。当存在定位误差时,特性线(面)在Osxsyszs中的位置发生变化,当采用光带型结构光传感器测量工件上某一棱边与光平面交点的空间坐标时,由于光平面相对于Osxsyszs坐标系的位置是固定的,当存在定位误差时,棱线与光平面交点的空间坐标发生变化,因此某一测点的坐标值总可用下式函数关系式表达:

　　2.1　用光带型传感器测工件上棱线

　　2.2　用线型传感器测工件上平面

　　车身上平面可以通过线型传感器来测量,让光源投射器产生一束光线投射到待测物上,光束与物体平面相交成一点,利用光点在摄像机像面上的成像位置可获取物体表面光点的三维坐标。进而可求得定位误差的度量—旋转矩阵R及平移矩阵T。若线型传感器方程为: