(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210527571.5 (22)申请日 2022.05.16 (71)申请人 河北科技大学 地址 050026 河北省石家庄市裕翔街26号 (72)发明人 张付祥　张斌　黄永建　黄风山　 (51)Int.Cl. G06T 7/10(2017.01) G06T 7/70(2017.01) G06V 10/762(2022.01) (54)发明名称 轧钢机螺栓头部视觉分割与定位方法 (57)摘要 轧钢机螺栓头部视觉分割 与定位方法， 包括 如下步骤： 第1步， 对取得的原始三维点 云依次进 行直通滤波和体素滤波， 完成预处理； 第2步， 从 预处理后的点云中分割出目标螺栓头部顶平面 点云； 第3步， 机器人示教与目标螺栓规格相同的 标准螺栓， 获得标准螺栓位姿矩阵， 视觉采集并 分割， 得到标准螺栓头部顶平面点云， 把标准螺 栓头部顶平面点云作为模板螺栓点云； 第4步， 识 别定位目标螺栓头部位姿。 该方法根据轧钢机螺 栓位置特点， 实现轧钢机螺栓头部顶平面点云的 精准分割， 根据不同轧钢机螺栓规格尺寸， 建立 模板螺栓库， 引导机器人运动到位， 定位准确率 高、 速度快。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 114792324 A 2022.07.26 CN 114792324 A 1.轧钢机 螺栓头部视觉分割与定位方法， 包括如下步骤： 第1步， 在 轧钢生产准备车间环境下， 采用手眼视觉系统获取轧钢机螺栓部位的原始三 维点云， 所述原始三维点云包括轧钢机螺栓周围机壳点云、 轧钢机螺栓头部整体点云以及 一些噪声点， 对取 得的原始三维点云依次进行直 通滤波和体素 滤波， 完成预处 理； 第2步， 从预处 理后的点云中分割出目标螺 栓头部顶平面点云， 具体步骤为： （1） 采用基于平面模型的随机抽样一致性算法拟合螺栓底部机壳部分的点云并分割， 将机壳部分的点云删除； （2） 根据目标螺栓的规格尺寸和各点间欧氏距离差异， 聚类分割出螺栓头部的整体点 云； （3） 采用基于平面模型的随机抽样一 致性算法拟合并分割， 得到 螺栓头部顶平面点云； 第3步， 机器人示教与目标螺栓规格相同的标准螺栓， 获得标准螺栓位姿矩阵， 视觉采 集并分割， 得到标准螺 栓头部顶平面点云， 把标准螺 栓头部顶平面点云作为模板 螺栓点云； 第4步， 识别定位目标螺 栓头部位姿， 具体步骤为： （1） 采用主成分分析法对目标螺栓点云和模板螺栓点云进行粗配准， 获得初始刚性变 换矩阵； （2） 针对初始刚性变换矩阵， 使用迭代最近邻点法进行点云精配准， 得到相机坐标系下 目标螺栓位姿； （3） 计算相机坐标系下目标螺栓位姿矩阵与标准螺栓位姿矩阵的乘积， 得到机器人基 座标系下螺 栓位姿。 2.如权利要求1所述的轧钢机螺栓头部视觉分割与定位方法， 其特征在于： 方法第1步 采用的机器人手眼视觉系统包括机器人地轨 （1） 、 工业机器人 （2） 、 线激光立体相机 （3） 、 扳 手 （4） 和轧钢机螺栓库 （5） ， 机器人地轨 （1） 水平布置在待拆装轧钢机的一侧， 工业机器人 （2） 放置于机器人地轨 （1） 上， 工业机器人 （2） 的末端布置线激光立体相机 （3） 和扳手 （4） ， 轧 钢机螺栓库 （5） 布置在工业机器人 （2） 的工作空间内， 用于存放轧钢机 螺栓。 3.如权利要求1所述的轧钢机螺栓头部视觉分割与定位方法， 其特征在于： 第4步计算 机器人基座标系下螺栓位姿的公 式为：baseHobject=baseHtemplatetemplateHobject， 其中，baseHobject为 目标螺栓坐标系到机器人基坐标系的转换矩阵，baseHtemplate为模板螺栓坐标系相对于机器 人基坐标系的转换矩阵，templateHobject为目标螺 栓点云与模板 螺栓点云的转换矩阵。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114792324 A 2轧钢机螺栓头部视觉分割与定位方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种三维点云分割与定位方法， 尤其涉及一种轧钢机螺栓头部三维点 云的分割与定位方法， 属于图像处 理技术领域。 背景技术 [0002]随着经济社会的不断发展， 我国对棒材产品的需求量与日俱增， 对棒材的质量要 求也越来越高， 这就给生产棒材的相关设备， 特别是轧钢机提出新的要求。 在棒材生产中， 轧辊的孔型会有不同程度的磨损， 粗糙度不能满足轧制需要， 导致轧制的棒材尺寸超差， 影 响棒材质量， 因此快速、 及时换辊对提高生产效率和产品质量具有重要意义。 轧钢机螺栓拆 装的时间和工作量可占到换辊工作的一半以上， 在换辊过程中首先需要拆卸固定机架和轧 辊的六角螺 栓。 [0003]目前， 世界范围内拆卸轧钢机螺栓主要依靠半自动化机械装备辅助人工作业完 成， 工作时间长、 效率低， 工人劳动强度大、 安全系数低。 由此可见， 轧钢机螺栓拆卸需要实 现自动化、 智能化， 以代替人工操作， 轧钢机螺栓的自动化拆卸需要引入机器人， 而引导机 器人智能识别定位螺栓头部需要引入机器视觉技术。 因此， 根据工业现场生产 环境， 提出轧 钢机螺栓头部图像的分割与定位方法， 为实现轧钢机螺栓自动拆卸的工业化应用奠定基 础。 发明内容 [0004]为了解决以上技术问题， 本发明提出轧钢机螺栓头部视觉分割与定位方法， 为轧 钢机螺栓的自动化拆卸提供技 术基础。 [0005]轧钢机螺栓头部视觉分割与定位方法， 包括如下步骤： 第1步， 在轧钢生产准备车间环境下， 采用手眼视觉系统获取轧钢机螺栓部位的原 始三维点云， 所述原始三维点云包括轧钢机螺栓周围机壳点云、 轧钢机螺栓头部整体点云 以及一些噪声点， 对取 得的原始三维点云依次进行直 通滤波和体素 滤波， 完成预处 理； 第2步， 从预处理后的点云中分割出目标螺栓头部顶平面点云， 具体步骤为： （1） 采 用基于平面模型的随机抽样一致性算法拟合螺栓底部机壳部分的点云并分割， 将机壳部分 的点云删除； （2） 根据目标螺栓的规格尺 寸和各点间 欧氏距离差异， 聚类 分割出螺栓头部的 整体点云； （3） 采用基于平面模型的随机抽样一致性算法拟合并分割， 得到螺栓头部顶平 面 点云； 第3步， 机器人示教与目标螺栓规格相同的标准螺栓， 获得标准螺栓位姿矩阵， 视 觉采集并分割， 得到标准螺栓头部顶平面点云， 把标准螺栓头部顶平面点云作为模板螺栓 点云； 第4步， 识别定位目标螺栓头部位姿， 具体步骤为： （1） 采用主成分分析法对目标螺 栓点云和模板螺栓点云进行粗配准， 获得初始刚性变换矩阵； （2） 针对初始刚性变换矩阵， 使用迭代 最近邻点法进 行点云精配准， 得到相机坐标系下目标螺栓位姿； （3） 计算相机坐标说　明　书 1/6 页 3 CN 114792324 A 3