本發(fā)明涉及屬于盾構(gòu)管片拼裝，具體涉及一種盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量系統(tǒng)及其測量方法。

背景技術(shù)：

1、眾所周知，在隧道施工中，通常采用盾構(gòu)管片拼裝成環(huán)形成穩(wěn)定支撐，隨著隧道建設(shè)的多元化發(fā)展，大直徑、長距離隧道的建設(shè)逐漸增多，由于隧道直徑增加，其使用盾構(gòu)管片的尺寸、質(zhì)量也相應(yīng)增大，這類盾構(gòu)管片在抓取定位前，需要檢測空間位姿，傳統(tǒng)的檢測方式是人工目視檢測，即依靠人工控制遙控器進(jìn)行操作，通過多次嘗試實現(xiàn)抓取定位，該方案存在勞動強(qiáng)度大、效率低、精準(zhǔn)度有限、安全風(fēng)險大等問題，已逐漸棄用。

2、也有通過機(jī)器視覺技術(shù)識別管片特征標(biāo)識、解析構(gòu)建待抓取盾構(gòu)管片空間位姿，進(jìn)而實現(xiàn)盾構(gòu)管片自動抓取定位的方式；如中國專利cn108104834b就公開了一種盾構(gòu)管片自動拼裝方法和系統(tǒng)，該方案根據(jù)圖像特征信息、拼裝機(jī)設(shè)備運(yùn)動邏輯，完成盾構(gòu)管片自動化拼裝動作的調(diào)整；如中國專利cn107464262b就公開了一種基于進(jìn)化圖像處理的真空吸盤定位抓取系統(tǒng)，通過超聲波傳感器和攝像頭進(jìn)行盾構(gòu)管片抓取定位，實現(xiàn)盾構(gòu)管片自動化抓取作業(yè)；如專利cn113107550a就公開了一種基于機(jī)器視覺的盾構(gòu)管片自動拼裝方法，該方法通過檢測管片標(biāo)靶特征角點(diǎn)計算管片拼裝點(diǎn)位，并通過視覺伺服控制策略，閉環(huán)控制拼裝機(jī)設(shè)備運(yùn)動速度，進(jìn)而實現(xiàn)管片自動化拼裝流程；如中國專利cn117231264a就公開了一種基于深度圖像立體視覺的管片位置姿態(tài)識別及抓取方法，利用深度視覺傳感器獲取管片深度信息，計算待抓取管片相對于傳感器位置和姿態(tài)，解算待拼裝管片運(yùn)動估計和運(yùn)動參數(shù)，進(jìn)行自動化抓取管片；但上述方案均未考慮盾構(gòu)施工中環(huán)境的復(fù)雜性，包括視覺檢測環(huán)境不佳，存在環(huán)境照度低、管片表面易污染、光照不均勻等問題，以及視覺傳感器容易在其它施工環(huán)節(jié)中被碰撞，導(dǎo)致其偏離安裝位置，從而影響檢測結(jié)果的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個缺點(diǎn)，提供一種盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量系統(tǒng)及其測量方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案中的產(chǎn)品是，盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量系統(tǒng)，包括：

3、視覺檢測模塊，所述視覺檢測模塊包括視場覆蓋盾構(gòu)管片的視覺相機(jī)，所述視覺相機(jī)的位置姿態(tài)可調(diào)；

4、數(shù)據(jù)處理模塊，所述數(shù)據(jù)處理模塊用于接收所述視覺相機(jī)拍攝的圖像并進(jìn)行處理；

5、所述視覺檢測模塊還包括安裝在管片拼裝機(jī)上的結(jié)構(gòu)光柵，所述結(jié)構(gòu)光柵與所述管片拼裝機(jī)上真空吸盤的相對位置保持固定，在所述真空吸盤抓取定位所述盾構(gòu)管片時，所述結(jié)構(gòu)光柵在所述盾構(gòu)管片上投射出若干條相間隔的光柵線，所述光柵線在所述盾構(gòu)管片的邊緣處產(chǎn)生亮度驟變的角點(diǎn)；

6、所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述圖像中所有所述角點(diǎn)的位置，擬合出所述盾構(gòu)管片的邊緣線，并利用該邊緣線分割所述圖像，以濾除所述圖像中的無效特征。

7、優(yōu)選地，所述視覺檢測模塊還包括用于調(diào)整所述視覺相機(jī)位置姿態(tài)的調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)與所述數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)連通，在所述數(shù)據(jù)處理模塊檢測出所述圖像中相鄰所述光柵線的間距不等時，所述數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)出調(diào)整信號給所述調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整所述相機(jī)的位置姿態(tài)，使所述視覺相機(jī)重新拍攝圖像并發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理模塊，直至所述圖像中相鄰所述光柵線的間距相等。

8、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括視覺系統(tǒng)控制與圖像處理單元、上位機(jī)、可編程控制器，所述視覺系統(tǒng)控制與圖像處理單元與所述視覺相機(jī)數(shù)據(jù)連通，用于接收所述視覺相機(jī)拍攝的所述圖像，所述上位機(jī)與所述視覺系統(tǒng)控制與圖像處理單元、所述可編程控制器數(shù)據(jù)連通，所述可編程控制器與所述管片拼裝機(jī)的執(zhí)行模塊數(shù)據(jù)連通。

9、本發(fā)明提供的技術(shù)方案中的方法是，盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量方法，采用上述任意一種所述的盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量系統(tǒng)實現(xiàn)，其特征在于，所述盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量方法包括以下步驟：

10、a.調(diào)整所述視覺相機(jī)的位置姿態(tài)，使其視場能夠覆蓋盾構(gòu)管片；

11、b.開啟所述結(jié)構(gòu)光柵，使其在所述盾構(gòu)管片上投射出若干條相間隔的光柵線；

12、c.通過所述視覺相機(jī)拍照，并將拍照所得的圖像發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理模塊；

13、d.所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述圖像中所述光柵線上亮度驟變的角點(diǎn)擬合出所述盾構(gòu)管片的邊緣線；

14、e.所述數(shù)據(jù)處理模塊利用所述邊緣線分割所述圖像，獲得與所述盾構(gòu)管片對應(yīng)的管片區(qū)域和位于所述盾構(gòu)管片外側(cè)的非管片區(qū)域；

15、f.所述數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)所述管片區(qū)域計算所述盾構(gòu)管片的空間位姿，給所述管片拼裝機(jī)的自動抓取定位提供依據(jù)。

16、優(yōu)選地，所述步驟d中的所述擬合包括定位角點(diǎn)圓心和構(gòu)建擬合直線兩步；

17、所述定位角點(diǎn)圓心采用以下方式實現(xiàn)：

18、s1.對所述光柵線的原始圖像進(jìn)行降噪、二值化處理，獲取二值圖像；

19、s2.遍歷所述二值圖像獲取圓心輪廓區(qū)域點(diǎn)，循環(huán)趨近圓心點(diǎn)位；

20、s3.計算距圓心(xm,ym)(m＝1,2,...)最近點(diǎn)(xi,yi)距離為rm，其中，

21、

22、s4.移動圓心(xm,ym)使之與點(diǎn)(xi,yi)的距離在直線方向增加，即,

23、

24、s5.進(jìn)行步驟s3至s4的循環(huán)，每次循環(huán)對比當(dāng)前距離與上次循環(huán)距離，當(dāng)rm+1＜rm時退出循環(huán)，即可得到所求圓半徑rm+1，圓心為(xm+1,ym+1)；

25、所述構(gòu)建擬合直線通過對多個角點(diǎn)圓心進(jìn)行線性擬合實現(xiàn)，得到所述邊緣線。

26、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟e中的所述分割通過以所述邊緣線的兩端點(diǎn)外延，使其與圖像的邊框相交，得到擬合分割線，根據(jù)該擬合分割線將所述圖像分割成所述管片區(qū)域和所述非管片區(qū)域。

27、優(yōu)選地，所述盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量方法還包括校正所述視覺相機(jī)位置姿態(tài)的步驟x。

28、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟x為：通過所述視覺相機(jī)拍照，并將拍照所得的圖像發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理模塊，若所述數(shù)據(jù)處理模塊檢測出所述圖像中相鄰所述光柵線的間距不等，則所述數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)出調(diào)整信號給所述視覺相機(jī)的調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整所述相機(jī)的位置姿態(tài)，調(diào)整后，所述視覺相機(jī)重新拍攝圖像并發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理模塊，直至所述數(shù)據(jù)處理模塊檢測出所述圖像中相鄰所述光柵線的間距相等。

29、進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟x位于所述步驟e與所述步驟f之間，或者，所述步驟x位于所述步驟b和步驟c之間。

30、優(yōu)選地，所述步驟b位于所述步驟a之前。

31、由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

32、本發(fā)明提供的盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量系統(tǒng)，包括視覺檢測模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，視覺檢測模塊包括位置姿態(tài)可調(diào)的視覺相機(jī)，數(shù)據(jù)處理模塊用于接收視覺相機(jī)拍攝的圖像并進(jìn)行處理，通過使視覺檢測模塊還包括與管片拼裝機(jī)上真空吸盤相對位置保持固定的結(jié)構(gòu)光柵，能夠利用結(jié)構(gòu)光柵在盾構(gòu)管片上投射出若干條相間隔的光柵線，且光柵線會在盾構(gòu)管片的邊緣處產(chǎn)生亮度驟變的角點(diǎn)；再通過數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)圖像中所有角點(diǎn)的位置，擬合出盾構(gòu)管片的邊緣線，并利用該邊緣線分割圖像，即可濾除圖像中的無效特征，剔除外部環(huán)境干擾，大幅提高識別效率及精準(zhǔn)度，本發(fā)明提供的盾構(gòu)管片自動抓取定位用深度視覺測量方法，步驟簡單、準(zhǔn)確率高、易于實施。