自动压铆机数控托架双目视觉图像定位系统标定方法的建立

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飞机在装配制造过程中，铆接质量直接影响飞机的结构抗疲劳性与可靠性。自动压铆机是航空制造领域中由于自动化装配的需要而发展起来的-项先进制造技术，凭借铆接质量好、生产效率高、价格低廉、易操作等优点，在航空制造企业得到了广泛的应用。由于与自动压铆机相匹配的数控托架系统对铆钉定位精度不足的问题-直没有得到有效解决，所以对自动压铆机数控托架系统的研究-直没有形成完整的体系。

双目视觉图像定位系统是近些年来发展和完善起来的-种新型定位方式，其原理是利用计算机从 目标嘲的二维图像中提出特征信息，通过三维重建对目标嘲进行精确定位121。本文创新性地在 自动压铆机数控托架系统上应用双目视觉图像定位系统对铆钉进行定位，解决了数控托架系统不能对铆钉进行精确定位的难题。

在图像定位系统中摄像机的标定是-个很重要的方面，准确的标定可以保证视觉系统获得高精度的反馈信息。自动压铆系统是-个动态的系统，其图像标定是动态标定，即摄像机内部参数及手眼变换关系的同时，实现数控托架的伺服控制，通过对数控托架实际轨迹、速度与理想轨迹、速度等信息参数误差的不断校对，完成动态标定及伺服控制等任务。动态标定将标定技术与控制理论方法结合，形成自治系统，任何系统冲击、震动及外部干扰都被自动考虑，可以准确地实现标定参数，但也有其过程比较繁琐和对数学计算要求高的缺点 。

在自动压铆机数控托架系统中，xy平面为水平面即压铆平面，z轴垂直于xy平面。由于数控托架具有z轴进给的特性，且摄像机的光轴始终与压铆平面即 Xy平面平行 ，针对数控托架系统以上两个特性，在动态标定的基础上，提出了-种基于特征圆并采用-步移动的双目立体视觉标定方法，减少了标定过程中的数学运算量，简化了标定方法，提高了标定精度。

1 双目视觉图像定位系统标定方法的建立1.1 定位 系统标定方法概叙图像的标定必然涉及到特征点在世界坐标体系下的坐标值问题，目前常用的方法是用三坐标测量仪测定特征点的世界坐标值，但这-过程较繁琐且数学计算量较大。本文针对数控托架可进行 Z轴进给且摄像机光轴始终与压铆平面平行的特性，提出了-种无需获得特征点的世界坐标值，只需已知特征点在图像坐标下的坐标值，通过-步移动采集两幅图像实现参数标定的标定方法。

1.2 图像标定方法的建立由于压铆平面与摄像机光轴始终平行，故可利用平面线性模型表示双 目立体视觉，且铆钉帽的投影为圆。其模型图，如图1所示。

图1 双目立体视觉模型图双目立体视觉标定用三角法原理进行三维信息的收稿 日期：2012-10-11作者简介：余建华(1979-)，男，江西景德镇人，工程师，，-gr，主要从事机电设计与工艺工作。E-mail：houbd###126.oom· l16·第2期(总第l32期) 余建华，等：自动压铆机数控托 架双 目视觉图像定位 系统标定方法的建立 2013年4月获取，即由两个摄像机的图像平面与被测物体之间构成-个三角形。如图 1所示 ，0 与 0 为左右摄像机像素坐标系，0 XfJYI.与0 ‰ YR为左右摄像机图像坐标系，0 XL 与 0 YR 为左右摄像机坐标系。设摄像机坐标系原点取在摄像机焦点上，故铆接平面到摄像机坐标系原点的距离为焦距 厂，蒙皮到摄像机坐标原点的距离为深度信息L。图2为数控托架进行 z轴进给前后左摄像机模型的 Y-视图。

同理 ，如图 3所示 ，由于 Aabc～Aade，Aab～C～Aad～e，则DdiDdLR 乏△L， LR。。 &Ldid2 (3)式中： 为蒙皮上铆钉帽在右摄像机上所成像的大小；d 为蒙皮随数控托架移动后铆钉帽在右摄像机上所成像的大校! - 图2 移动前后左摄像机模型的 Y- 视图取世界坐标系 0wxⅣywZw与左摄像机坐标系0 yw 相重合，在此情况下 ，通过移动数控托架就可以求出焦距。求取过程如下 ：由图2可知：根据 Aabc～Aade，Aab。f～Aad-e，则有D1D2式中： 为左摄像机的焦距；D为蒙皮上铆钉帽的直径Dde：d～e；d 为蒙皮上铆钉帽在左摄像机上成像的大小d bc；d 为蒙皮随数控托架移动后铆钉帽在左摄像机上所成像的大小，d b'c；△L为蒙皮随数控托架移动的距离；L ，为蒙皮的深度信息。

同理Aabc～Aade，Aabf～Aad。。e，有：VL)-vL f1V l、Hv L ，o-VLH LI，式中：H为铆钉帽中心在世界坐标系中的y坐标值；为左摄像机成像面圆中心的 轴坐标； 为蒙皮随数控托架移动后左摄像机成像面圆中心的 轴坐标； 0为左摄像机图像中心的 轴坐标。

图3 移动前后右摄像机模型的y- 视图由此可解出 L 、 。

如图3所示 ，由于 Aabc～Aade，Aabf。～Aad～e，则有：o-甜R /H LR二H LR厶L式中： 为右摄像机的焦距； 为右摄像机相面上铆钉帽中心的U坐标； 为蒙皮随数控托架移动后右摄像机像面上铆钉帽中心的 坐标；L 为右摄像机的深度信息；Hy为蒙皮上铆钉帽中心到右摄像机原点的距离在世界坐标系中的y坐标值。

同理，参考图3，Aabc～Aade，Aab。。C～Aad-e，则VRo-OH- v R'LnvR V jRH LRjr式中： 为右摄像机像面上铆钉帽中心的 像素坐标； 为蒙皮随数控托架移动后右摄像机像面上铆钉帽中心的 像素坐标； 为蒙皮上铆钉帽的中心到(下转第120页)·1l7·- D --lI l-第2期(总第132期) 机 械 管 理 开 发 2013年4月者所处的地理位置，方便救援。