悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统改进
张旭辉1
谢楠2
张超2
杨文娟2
张楷鑫2
周创2
1.西安科技大学机械工程学院,陕西西安 710054;陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室,陕西西安 7100542.西安科技大学机械工程学院,陕西西安 710054
摘要：基于红外LED特征的悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统中,外参标定稳定性和红外LED光斑中心提取精确性对截割头位姿检测精度具有重要影响.现有外参标定方法需依靠经验将截割臂摆至正中位置(未知),标定结果存在较大波动.针对该问题,提出了 一种基于多点固定的外参标定方法,该方法控制掘进机截割臂分别摆动到左上角、右上角、左下角、右下角4个已知极限位置并采集标靶图像,计算外参矩阵值,可有效提高外参标定稳定性.现有的灰度质心法采用像素的灰度值作为权重来计算光斑质心,精度只能到像素级,仅粗略满足实际应用需求.针对该问题,提出采用亚像素级边缘检测算法改进光斑中心提取方法:首先采用灰度质心法进行光斑中心粗提取,然后采用亚像素级边缘检测算法求出亚像素级边缘坐标,最后使用最小二乘法拟合光斑中心,实现光斑中心精确提取.实验结果表明:改进光斑中心提取方法将标靶LED灯间距最大测量误差从3.2 mm缩小为1 mm,提高了检测精度;基于多点固定的外参标定方法所获得的外参数矩阵比较稳定,平移矩阵中位移的最大变化幅度为15 mm,旋转矩阵中角度的最大变化幅度为1°;视觉测量系统改进前对截割头摆角的测量误差范围为[-1.2°,1.7°],改进后截割头水平摆角误差范围为[-0.5°,0.5°],垂直摆角误差范围为[-0.6°,0.6°],说明改进方法有效提高了截割头摆角的检测精度.
关键词：悬臂式掘进机截割头位姿检测防爆工业相机视觉测量外参标定光斑中心提取
分类号：TD632(矿山电工)
资助基金：国家自然科学基金(51974228)国家自然科学基金(51834006)国家科技支撑计划(2018TD-032)陕西省重点研发计划项目(2018ZDCXL-GY-06-04)
论文发表日期：2021-07-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：7( 1-7 )
英文信息