專利名稱：一種精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密視覺伺服定位系統(tǒng)，特別是ー種精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
精密視覺伺服定位系統(tǒng)在現(xiàn)代エ業(yè)生產(chǎn)線上有著廣泛的應(yīng)用，例如應(yīng)用于半導(dǎo)體封裝、芯片邦定、LCD玻璃基板封裝粘住、LCD面板電氣質(zhì)量檢測(cè)等。在精密視覺伺服定位系統(tǒng)并入生產(chǎn)線之后，往往還需要大量的不同情況下的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，才能使整個(gè)系統(tǒng)正?？焖俜€(wěn)定地工作。然而，一方面，要使精密視覺伺服定位系統(tǒng)能夠正?？焖俜€(wěn)定地工作，需要通過大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試找到確定的伺服參數(shù)，這需要較多的調(diào)試時(shí)間，使得整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試周期較長(zhǎng)；另ー方面，某些實(shí)際運(yùn)行中難以出現(xiàn)或出現(xiàn)后產(chǎn)生嚴(yán)重后果的情況，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試是難以完成的，例如正常運(yùn)行中極少出現(xiàn)的極限位置的定位情況，成像系統(tǒng)的退化、光源質(zhì) 量的下降、環(huán)境塵埃污染程度、環(huán)境光照變化、相機(jī)鏡頭臟污情況等對(duì)視覺伺服定位性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)及方法以便能縮短調(diào)試時(shí)間。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的ー種精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是至少包括，伺服系統(tǒng)設(shè)置模塊，用于根據(jù)已經(jīng)做好的伺服系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)來設(shè)置定位平臺(tái)參數(shù)和各軸的伺服參數(shù)；Mark點(diǎn)相關(guān)設(shè)置模塊,用于根據(jù)攝像頭個(gè)數(shù)來設(shè)置Mark點(diǎn)個(gè)數(shù),設(shè)置Mark點(diǎn)位置，并設(shè)置Mark點(diǎn)模板圖像的相關(guān)參數(shù)如Mark點(diǎn)檢出條件、大小，存儲(chǔ)Mark點(diǎn)模板圖像；成像系統(tǒng)設(shè)置模塊，用于設(shè)置各個(gè)攝像頭的聚焦程度以及鏡頭的臟污程度等參數(shù)，用來模擬攝像機(jī)長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致的性能退化；光源系統(tǒng)設(shè)置模塊，用于設(shè)置光源光照強(qiáng)度的變化，用來模擬光源長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致光源光照強(qiáng)度的降低；環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置環(huán)境灰塵程度、環(huán)境光照程度，用來模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境；圖像相關(guān)模塊，用于Mark點(diǎn)圖像的采集、圖像的處理、Mark點(diǎn)是否檢出判斷、Mark點(diǎn)中心位置及與模板Mark點(diǎn)位置偏差的計(jì)算，用于決定定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)距離，判斷定位是否完成；定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于根據(jù)圖像相關(guān)模塊計(jì)算出來的定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)距離來控制平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)，使定位平臺(tái)完成定位；數(shù)據(jù)記錄模塊，用于記錄定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間以及完成定位所需的定位次數(shù)，為用戶評(píng)估所設(shè)置的伺服參數(shù)的優(yōu)劣并找出各軸的確定伺服參數(shù)值提供數(shù)據(jù)參考。伺服系統(tǒng)設(shè)置模塊所述的各軸伺服參數(shù)是根據(jù)多次的虛擬定位并分析各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間調(diào)整、比較獲取各軸的確定伺服參數(shù)。成像系統(tǒng)設(shè)置模塊所述的聚焦程度參數(shù)設(shè)置范圍為0-100%，O代表攝像頭完全不聚焦，100%代表攝像頭的聚焦程度最佳。成像系統(tǒng)設(shè)置模塊所述的鏡頭的臟污程度參數(shù)包括通過鼠標(biāo)拖拽或鍵盤輸入設(shè)置鏡頭的臟污范圍，通過0-100%參數(shù)選擇設(shè)置鏡頭的臟污程度，O代表鏡頭沒有臟污，100%代表鏡頭臟污最嚴(yán)重。
光源系統(tǒng)設(shè)置模塊所述的光源光照強(qiáng)度為設(shè)置光源的光照強(qiáng)度范圍，具體設(shè)置范圍為0-255，O代表光源光照強(qiáng)度為0，表示光源沒有點(diǎn)亮發(fā)光，255為最大值。環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊所述的環(huán)境灰塵程度，設(shè)置范圍為0-100%，O代表環(huán)境沒有灰塵，100%代表環(huán)境灰塵最多。環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊所述的環(huán)境光照程度為設(shè)置環(huán)境光的照度范圍，具體設(shè)置范圍為0-2000，O代表沒有環(huán)境光照，2000代表環(huán)境光照的最大值。精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試方法，其特征是至少包括如下步驟步驟200，設(shè)置定位平臺(tái)參數(shù)；步驟202，分別設(shè)置步驟200所選擇的定位平臺(tái)各軸控制模式、PID參數(shù)、定位分辨率、電子齒輪、運(yùn)行速度、加減速時(shí)間等參數(shù)；步驟204，根據(jù)步驟200所選擇的定位平臺(tái)，設(shè)置Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置，并設(shè)置Mark點(diǎn)模板圖像的相關(guān)參數(shù)如Mark點(diǎn)檢出條件、大小，存儲(chǔ)Mark點(diǎn)模板圖像；步驟206，在步驟200所選擇的定位平臺(tái)上放置待定位物體；步驟208，設(shè)置各攝像機(jī)的聚焦程度及鏡頭臟污程度參數(shù)；步驟210，設(shè)置光源光照強(qiáng)度；步驟212，設(shè)置環(huán)境灰塵程度、環(huán)境光照程度，用來模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境；步驟214,設(shè)置定位精度和最大定位次數(shù)；步驟216，采集Mark點(diǎn)圖像；步驟218，對(duì)步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像進(jìn)行處理變換，為步驟220和步驟224做準(zhǔn)備；步驟220，根據(jù)步驟204中所存儲(chǔ)的Mark點(diǎn)模板圖像判斷步驟216中所采集的Mark點(diǎn)圖像中是否包含Mark點(diǎn)檢出條件，如果沒有包含Mark點(diǎn)檢出條件，說明Mark點(diǎn)圖像采集失敗，則轉(zhuǎn)步驟222 ;否則，轉(zhuǎn)步驟224 ；步驟222，選擇是否調(diào)整待定位物體的放置位置，由于步驟220中沒有檢出Mark點(diǎn)檢出條件，說明步驟216中所采集的Mark點(diǎn)圖像中沒有Mark點(diǎn)，即步驟206中待定位物體的放置位置超出了定位極限位置；如果選擇調(diào)整待定位物體位置，使其在系統(tǒng)能夠定位的區(qū)域，則轉(zhuǎn)步驟206 ;否則，轉(zhuǎn)步驟240 ；步驟224，計(jì)算步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像的檢出條件的中心坐標(biāo)值，并計(jì)算與步驟204中所存儲(chǔ)的Mark點(diǎn)模板圖像的檢出條件的中心坐標(biāo)值的位置偏差；步驟226，將步驟224所計(jì)算出來的位置偏差轉(zhuǎn)換為定位平臺(tái)各軸所需運(yùn)動(dòng)的距離；步驟228，將步驟226所轉(zhuǎn)換的各軸運(yùn)動(dòng)距離與步驟214中所設(shè)定的定位精度相比較，如果各軸運(yùn)動(dòng)距離在所設(shè)定的定位精度之內(nèi)，則轉(zhuǎn)步驟230定位完成；否則，轉(zhuǎn)步驟232 ；步驟230，提示定位完成，轉(zhuǎn)步驟240 ；步驟232，判斷是否達(dá)到最大定位次數(shù)，從步驟216采集Mark點(diǎn)圖像到步驟238記錄各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，算作一次定位操作；如果達(dá)到了步驟214所設(shè)定的最大定位次數(shù)，則轉(zhuǎn)步驟234 ;否則轉(zhuǎn)步驟236 ；
步驟234，提示已達(dá)到最大定位次數(shù)；說明系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到步驟214所設(shè)定的最大定位次數(shù)，且定位精度沒有達(dá)到步驟214所設(shè)定的定位精度，定位失敗，轉(zhuǎn)步驟240 ；步驟236，根據(jù)步驟226所轉(zhuǎn)換的各軸運(yùn)動(dòng)距離控制定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)；步驟238，記錄各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，轉(zhuǎn)步驟216采集Mark點(diǎn)圖像；步驟240，結(jié)束。步驟204所設(shè)置的Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)與實(shí)際的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的攝像頭個(gè)數(shù)相等。步驟206所述的放置待定位物體，其放置位置可以通過設(shè)置其水平偏移位置、垂直偏移位置和旋轉(zhuǎn)量，或通過鼠標(biāo)直接拖動(dòng)放置。步驟214所述的最大定位次數(shù)是用來限制定位系統(tǒng)的無限制持續(xù)定位，如果定位系統(tǒng)的定位次數(shù)達(dá)到了所設(shè)定的最大定位次數(shù)并且定位系統(tǒng)還沒有達(dá)到所設(shè)定的定位精度，給出相應(yīng)提示信息，并可以判斷出定位系統(tǒng)定位失敗。步驟218所述的對(duì)步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像進(jìn)行處理變換包括步驟300，將Mark點(diǎn)圖像灰度化；步驟302，將Mark點(diǎn)圖像進(jìn)行線性變換或者Y校正；步驟304，中值濾波，濾除噪聲；步驟306，ニ值化；步驟308,計(jì)算Mark點(diǎn)尺寸、形狀、面積等特征量；用來判斷Mark點(diǎn)圖像中是否包含Mark點(diǎn)檢出條件。本發(fā)明具有的積極效果是定位完成后，用戶可以根據(jù)所記錄保存的各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間以及完成定位所需的定位次數(shù)來綜合評(píng)估所設(shè)置的伺服參數(shù)的優(yōu)劣，并找出各軸的確定伺服參數(shù)值，為并線后精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供有效快捷的伺服參數(shù)信息，有利于減少并線后的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。用戶還可以觀察精密視覺伺服定位系統(tǒng)在極限位置、成像系統(tǒng)退化、光源質(zhì)量下降、不同環(huán)境灰塵程度、不同環(huán)境光照、相機(jī)鏡頭臟污等情況下工作的直接效果，驗(yàn)證精密視覺伺服定位系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明 圖I是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)組成框圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例方法步驟過程圖；圖3是對(duì)圖2實(shí)施例方法步驟中圖像處理部分的具體說明；
圖4是精密視覺伺服定位系統(tǒng)的定位原理示意圖。圖中，102、伺服系統(tǒng)設(shè)置模塊；104、Mark點(diǎn)相關(guān)設(shè)置模塊；106、成像系統(tǒng)設(shè)置模塊；108、光源系統(tǒng)設(shè)置模塊；110、環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊；112、圖像相關(guān)模塊；114、定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)控制模塊；116、數(shù)據(jù)記錄模塊。
具體實(shí)施例方式圖I所示是本實(shí)施例精密視 覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試平臺(tái)的系統(tǒng)組成框圖。精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試平臺(tái)100由伺服系統(tǒng)設(shè)置模塊102、Mark點(diǎn)相關(guān)設(shè)置模塊104、成像系統(tǒng)設(shè)置模塊106、光源系統(tǒng)設(shè)置模塊108、環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊110、圖像相關(guān)模塊112、定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)控制模塊114和數(shù)據(jù)記錄模塊116組成。伺服系統(tǒng)設(shè)置模塊102根據(jù)已經(jīng)做好的伺服系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)來設(shè)置定位平臺(tái)參數(shù)和各軸的伺服參數(shù)，其中各軸伺服參數(shù)需要根據(jù)多次的虛擬定位并分析各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間來調(diào)整，只有通過多次試驗(yàn)調(diào)整才能找到各軸的確定伺服參數(shù)。通過精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試，能夠?yàn)椴⒕€后精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供有效快捷的伺服參數(shù)信息，有利于減少并線后的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。Mark點(diǎn)相關(guān)設(shè)置模塊104包括根據(jù)攝像頭個(gè)數(shù)來設(shè)置Mark點(diǎn)個(gè)數(shù),設(shè)置Mark點(diǎn)位置，并設(shè)置Mark點(diǎn)模板圖像的相關(guān)參數(shù)如Mark點(diǎn)檢出條件、大小，存儲(chǔ)Mark點(diǎn)模板圖像。精密視覺伺服定位系統(tǒng)就是根據(jù)所采集到的Mark點(diǎn)圖像中的Mark點(diǎn)與所設(shè)置保存的Mark點(diǎn)模板圖像中的Mark點(diǎn)的位置偏差來計(jì)算定位平臺(tái)各軸所需的運(yùn)動(dòng)距離。成像系統(tǒng)設(shè)置模塊106用于設(shè)置各個(gè)攝像頭的聚焦程度以及鏡頭的臟污程度等參數(shù)，用來模擬攝像機(jī)長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致的性能退化。聚焦程度參數(shù)設(shè)置范圍為0-100%，0代表攝像頭完全不聚焦，100%代表攝像頭的聚焦程度最佳，聚焦程度參數(shù)的設(shè)置直接影響到所采集的Mark點(diǎn)圖像質(zhì)量，具體表現(xiàn)為圖像模糊；鏡頭的臟污程度參數(shù)包括通過鼠標(biāo)拖拽或鍵盤輸入設(shè)置鏡頭的臟污范圍，通過0-100%參數(shù)選擇設(shè)置鏡頭的臟污程度，O代表鏡頭沒有臟污，100%代表鏡頭臟污最嚴(yán)重，鏡頭的臟污程度參數(shù)的設(shè)置直接影響到所采集的Mark點(diǎn)圖像質(zhì)量，具體表現(xiàn)為圖像噪聲斑點(diǎn)多少、圖像部分噪聲污染、圖像部分被遮擋。光源系統(tǒng)設(shè)置模塊108用于設(shè)置光源光照強(qiáng)度的變化，用來模擬光源長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致光源光照強(qiáng)度的降低。光源光照強(qiáng)度為設(shè)置光源的光照強(qiáng)度范圍，具體設(shè)置范圍為0-255，O代表光源光照強(qiáng)度為O,表不光源沒有點(diǎn)亮發(fā)光,數(shù)值越大代表光源光照越強(qiáng)，光源光照強(qiáng)度參數(shù)的設(shè)置直接影響到所采集的Mark點(diǎn)圖像質(zhì)量，具體表現(xiàn)為圖像較暗、圖像清晰、圖像較亮。環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊110用于設(shè)置環(huán)境灰塵程度、環(huán)境光照程度，用來模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境。環(huán)境灰塵程度設(shè)置范圍為0-100%，O代表環(huán)境沒有灰塵，100%代表環(huán)境灰塵最多，數(shù)值越大表示環(huán)境灰塵越多，環(huán)境灰塵程度的設(shè)置直接影響到所采集的Mark點(diǎn)圖像質(zhì)量，具體表現(xiàn)為圖像清晰，圖像噪聲斑點(diǎn)多少；環(huán)境光照程度為設(shè)置環(huán)境光的照度范圍，具體設(shè)置范圍為0-2000，O代表沒有環(huán)境光照，2000代表環(huán)境光照的最大值，數(shù)值越大表示環(huán)境越明亮，環(huán)境光照程度的設(shè)置直接影響到所采集的Mark點(diǎn)圖像質(zhì)量，具體表現(xiàn)為圖像較暗、圖像清晰、圖像較亮。圖像相關(guān)模塊112,用于Mark點(diǎn)圖像的采集、圖像的處理、Mark點(diǎn)是否檢出判斷、Mark點(diǎn)中心位置及與模板Mark點(diǎn)位置偏差的計(jì)算，用于決定定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)距離，判斷定位是否完成。定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)控制模塊114，用于根據(jù)圖像相關(guān)模塊112計(jì)算出來的定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)距離來控制平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)，使定位平臺(tái)完成定位。數(shù)據(jù)記錄模塊116，用于記錄定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間以及完成定位所需的定位次數(shù)，為用戶評(píng)估所設(shè)置的伺服參數(shù)的優(yōu)劣并找出各軸的確定伺服參數(shù)值提供數(shù)據(jù)參考。圖2所示是本實(shí)施例精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試方法的具體步驟流程圖。步驟200，設(shè)置定位平臺(tái)參數(shù)。用戶根據(jù)已經(jīng)做好的伺服系統(tǒng)來選擇相應(yīng)的定位平臺(tái)，例如XYΘ平臺(tái)、UVW平臺(tái)等，并設(shè)置定位平臺(tái)相關(guān)參數(shù)，如平臺(tái)尺寸大小等；
步驟202，設(shè)置伺服參數(shù)。分別設(shè)置步驟200所選擇的定位平臺(tái)各軸的伺服參數(shù)，例如控制模式、PID參數(shù)、定位分辨率、電子齒輪、運(yùn)行速度、加減速時(shí)間等參數(shù)；步驟204,設(shè)置Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)、位置及相關(guān)參數(shù)。在步驟200所選擇的定位平臺(tái)上設(shè)置Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置，所設(shè)置的Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)與實(shí)際的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的攝像頭個(gè)數(shù)相等，通常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的Mark點(diǎn)才能完成系統(tǒng)的精密定位；Mark點(diǎn)位置可以在定位平臺(tái)上任意設(shè)置，但一般不在定位平臺(tái)中心點(diǎn)處和定位平臺(tái)邊緣處設(shè)置，也不應(yīng)出現(xiàn)Mark點(diǎn)位置重復(fù)的情況。Mark點(diǎn)位置一旦設(shè)置即成為精密視覺伺服定位系統(tǒng)所需定位的目標(biāo)位置，也成為步驟216中Mark點(diǎn)圖像的采集位置,該Mark點(diǎn)即成為目標(biāo)Mark點(diǎn)。Mark點(diǎn)的其它相關(guān)參數(shù)主要包括Mark點(diǎn)圖像大小、Mark點(diǎn)的檢出條件和檢出條件圖像大小設(shè)置等，其中Mark點(diǎn)的檢出條件可以是實(shí)心圓、空心圓、實(shí)心十字、空心十字等，檢出條件圖像大小設(shè)置是指所設(shè)置的Mark點(diǎn)的檢出條件如實(shí)心圓、空心圓、實(shí)心十字、空心十字的大小，設(shè)置完成后保存為Mark點(diǎn)模板圖像即目標(biāo)Mark點(diǎn)圖像，并保存該Mark點(diǎn)模板圖像的Mark點(diǎn)檢出條件的中心坐標(biāo)值。該步驟決定步驟216中所采集的Mark點(diǎn)圖像的個(gè)數(shù)、采集區(qū)域、圖像大小及檢出條件。步驟206，放置待定位物體。在步驟200所選擇的定位平臺(tái)上放置待定位物體，放置位置可以通過設(shè)置其水平偏移位置、垂直偏移位置和旋轉(zhuǎn)量，也可以通過鼠標(biāo)直接拖動(dòng)放置。待定位物體的放置位置決定步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像中的Mark點(diǎn)檢出條件在Mark點(diǎn)圖像中的位置。如果待定位物體的水平偏移位置、垂直偏移位置和旋轉(zhuǎn)量設(shè)置過大，那么步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像中將可能只包含部分甚至不包含Mark點(diǎn)檢出條件。步驟208，設(shè)置成像系統(tǒng)參數(shù)。設(shè)置各攝像機(jī)的聚焦程度及鏡頭臟污程度參數(shù)，攝像機(jī)的聚焦程度設(shè)置范圍為0-100%，鏡頭臟污程度參數(shù)包括通過鼠標(biāo)拖拽或鍵盤輸入設(shè)置鏡頭的臟污范圍，通過0-100%參數(shù)選擇設(shè)置鏡頭的臟污程度,O代表鏡頭沒有臟污，100%代表鏡頭臟污最嚴(yán)重。步驟210，設(shè)置光源系統(tǒng)參數(shù)。設(shè)置光源光照強(qiáng)度，光源的光照強(qiáng)度設(shè)置范圍為為0-255，O代表光源光照強(qiáng)度為0，表示光源沒有點(diǎn)亮發(fā)光，255為最大值。步驟212，設(shè)置工作環(huán)境參數(shù)。設(shè)置環(huán)境灰塵程度、環(huán)境光照程度，用來模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境。環(huán)境灰塵程度設(shè)置范圍為0-100%，O代表環(huán)境沒有灰塵，100%代表環(huán)境灰塵最多；環(huán)境光照程度設(shè)置范圍為0-2000，O代表沒有環(huán)境光照，2000代表環(huán)境光照的最大值。
步驟214，設(shè)置定位精度和最大定位次數(shù)。定位精度用來判斷定位系統(tǒng)定位是否完成。最大定位次數(shù)用來限制定位系統(tǒng)的無限制持續(xù)定位，如果定位系統(tǒng)的定位次數(shù)達(dá)到了所設(shè)定的最大定位次數(shù)并且定位系統(tǒng)還沒有達(dá)到所設(shè)定的定位精度，給出相應(yīng)提示信息，并可以判斷出定位系統(tǒng)定位失敗。步驟216，采集Mark點(diǎn)圖像。所采集的Mark點(diǎn)圖像由步驟204、206、208、210和212共同決定。步驟218，圖像處理。對(duì)步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像做相應(yīng)的處理變換，為步驟220和步驟224做準(zhǔn)備。步驟220，判斷Mark點(diǎn)檢出條件是否檢出。根據(jù)步驟218圖像處理中所得到的Mark點(diǎn)相關(guān)信息如Mark點(diǎn)尺寸、形狀、面積等特征量與步驟204中所存儲(chǔ)的Mark點(diǎn)模板信息進(jìn)行比較，判斷步驟216中所采集的Mark點(diǎn)圖像中是否包含Mark點(diǎn)檢出條件，如果沒有包含Mark點(diǎn)檢出條件，說明Mark點(diǎn)圖像采集失敗，則轉(zhuǎn)步驟222 ;否則，轉(zhuǎn)步驟224。
步驟222，是否調(diào)整待定位物體位置。由于步驟220中沒有檢出Mark點(diǎn)檢出條件，說明步驟216中所采集的Mark點(diǎn)圖像中沒有Mark點(diǎn)，即步驟206中待定位物體的放置位置超出了定位極限位置。如果選擇調(diào)整待定位物體位置，使其在系統(tǒng)能夠定位的區(qū)域，則轉(zhuǎn)步驟206 ;否則，轉(zhuǎn)步驟240。步驟224，計(jì)算步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像的檢出條件的中心坐標(biāo)值，并計(jì)算與步驟204中所存儲(chǔ)的Mark點(diǎn)模板圖像的檢出條件的中心坐標(biāo)值的位置偏差。步驟226，根據(jù)位置偏差計(jì)算出各軸的運(yùn)動(dòng)距離。將步驟224所計(jì)算出來的位置偏差轉(zhuǎn)換為定位平臺(tái)各軸所需運(yùn)動(dòng)的距離。步驟228，判斷是否達(dá)到定位精度。將步驟226所轉(zhuǎn)換的各軸運(yùn)動(dòng)距離與步驟214中所設(shè)定的定位精度相比較，如果各軸運(yùn)動(dòng)距離在所設(shè)定的定位精度之內(nèi)，則轉(zhuǎn)步驟230定位完成；否則，轉(zhuǎn)步驟232。步驟230，定位完成。提示定位完成，轉(zhuǎn)步驟240。步驟232，判斷是否達(dá)到最大定位次數(shù)。從步驟216采集Mark點(diǎn)圖像到步驟238記錄各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，算作一次定位操作。如果達(dá)到了步驟214所設(shè)定的最大定位次數(shù)，則轉(zhuǎn)步驟234 ;否則轉(zhuǎn)步驟236。步驟234，提示已達(dá)到最大定位次數(shù)。說明系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到步驟214所設(shè)定的最大定位次數(shù)，且定位精度沒有達(dá)到步驟214所設(shè)定的定位精度，定位失敗，轉(zhuǎn)步驟240。步驟236，定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)。根據(jù)步驟226所轉(zhuǎn)換的各軸運(yùn)動(dòng)距離控制定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)。步驟238,記錄各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間。轉(zhuǎn)步驟216采集Mark點(diǎn)圖像。用戶可以根據(jù)該步驟所記錄的各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間來分析評(píng)估調(diào)整步驟202所設(shè)置的伺服參數(shù)，有利于用戶快速找到各軸的確定伺服參數(shù)。步驟240，結(jié)束。通過對(duì)步驟202伺服參數(shù)的設(shè)置可以找到定位平臺(tái)各軸的確定伺服參數(shù)，能夠?yàn)椴⒕€后精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試提供快捷有效的參考數(shù)據(jù)，能夠減少現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。通過對(duì)步驟206放置待定位物體能夠測(cè)試精密視覺伺服定位系統(tǒng)在不同位置甚至極限位置下的定位情況。通過對(duì)步驟208設(shè)置成像系統(tǒng)參數(shù)可以模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中成像系統(tǒng)退化的情況下，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過對(duì)步驟210設(shè)置光源系統(tǒng)參數(shù)可以模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中光源質(zhì)量下降的情況下，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過對(duì)步驟212設(shè)置工作環(huán)境參數(shù)可以模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)在各種現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境下的工作情況。
圖3是對(duì)圖2中步驟218圖像處理部分的具體說明。步驟300，灰度化。將圖2中步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像灰度化。步驟302，線性變換或者Y校正。將圖2中步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像進(jìn)行線性變換或者Y校正。步驟304，中值濾波。濾除噪聲。步驟306，ニ值化。步驟308,計(jì)算Mark點(diǎn)尺寸、形狀、面積等特征量。用來判斷圖2中步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像中是否包含Mark點(diǎn)檢出條件。圖4是精密視覺伺服定位系統(tǒng)的定位原理示意圖。由于Mark點(diǎn)標(biāo)記即Mark點(diǎn)的檢出條件可以是實(shí)心圓、空心圓、實(shí)心十字、空心十字等，本定位原理示意圖僅以空心圓為例進(jìn)行說明。如圖4所示，Al是存儲(chǔ)的目標(biāo)Mark點(diǎn)模板圖像I中的Mark點(diǎn)標(biāo)記，A2是存儲(chǔ)的目標(biāo)Mark點(diǎn)模板圖像2中的Mark點(diǎn)標(biāo)記，A3是Al與A2中心連線的中點(diǎn)；B1是采集的Mark點(diǎn)圖像I中的Mark點(diǎn)標(biāo)記,B2是采集的Mark點(diǎn)圖像2中的Mark點(diǎn)標(biāo)記,B3是BI與B2中心連線的中點(diǎn)。當(dāng)采集Mark點(diǎn)圖像并進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理后,通過Hough變換得到所采集的Mark點(diǎn)標(biāo)記的圓心；根據(jù)BI與Al的圓心位置偏差，B2與A2的圓心位置偏差計(jì)算B3與A3的偏移誤差Λ X、Λ Y、Λ θ ;再將Β3與A3的偏移誤差Λ X、Λ Y、Λ Θ轉(zhuǎn)換為定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)距離；控制定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)使BI向Al靠近、Β2向Α2靠近、Β3向A3靠近，直至使BI與Al重合、Β2與Α2重合、Β3與A3重合或者使偏移誤差ΛΧ、ΛΥ、Λ Θ在所設(shè)定的定位誤差限之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是至少包括，伺服系統(tǒng)設(shè)置 模塊(102)，用于根據(jù)已經(jīng)做好的伺服系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)來設(shè)置定位平臺(tái)參數(shù)和各軸的伺服參 數(shù)；Mark點(diǎn)相關(guān)設(shè)置模塊(104)，用于根據(jù)攝像頭個(gè)數(shù)來設(shè)置Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)，設(shè)置Mark點(diǎn)位 置，并設(shè)置Mark點(diǎn)模板圖像的相關(guān)參數(shù)如Mark點(diǎn)檢出條件、大小，存儲(chǔ)Mark點(diǎn)模板圖像；成像系統(tǒng)設(shè)置模塊(106)，用于設(shè)置各個(gè)攝像頭的聚焦程度以及鏡頭的臟污程度等參 數(shù)，用來模擬攝像機(jī)長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo)致的性能退化；光源系統(tǒng)設(shè)置模塊(108)，用于設(shè)置光源光照強(qiáng)度的變化，用來模擬光源長(zhǎng)時(shí)間使用導(dǎo) 致光源光照強(qiáng)度的降低；環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊(110)，用于設(shè)置環(huán)境灰塵程度、環(huán)境光照程度，用來模擬精密視覺 伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境；圖像相關(guān)模塊(112)，用于Mark點(diǎn)圖像的采集、圖像的處理、Mark點(diǎn)是否檢出判斷、 Mark點(diǎn)中心位置及與模板Mark點(diǎn)位置偏差的計(jì)算，用于決定定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)距離，判 斷定位是否完成；定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)控制模塊(114)，用于根據(jù)圖像相關(guān)模塊(112)計(jì)算出來的定位平 臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)距離來控制平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)，使定位平臺(tái)完成定位；數(shù)據(jù)記錄模塊(116)，用于記錄定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間以及完成定位所需的 定位次數(shù)，為用戶評(píng)估所設(shè)置的伺服參數(shù)的優(yōu)劣并找出各軸的確定伺服參數(shù)值提供數(shù)據(jù)參考。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是伺服系 統(tǒng)設(shè)置模塊(102)所述的各軸伺服參數(shù)是根據(jù)多次的虛擬定位并分析各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí) 間調(diào)整、比較獲取各軸的確定伺服參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是成像系 統(tǒng)設(shè)置模塊(106)所述的聚焦程度參數(shù)設(shè)置范圍為0-100%，0代表攝像頭完全不聚焦，100% 代表攝像頭的聚焦程度最佳，聚焦程度參數(shù)的設(shè)置直接影響到所采集的Mark點(diǎn)圖像質(zhì)量， 具體表現(xiàn)為圖像模糊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是成像系 統(tǒng)設(shè)置模塊(106)所述的鏡頭的臟污程度參數(shù)包括通過鼠標(biāo)拖拽或鍵盤輸入設(shè)置鏡頭的臟 污范圍，通過0-100%參數(shù)選擇設(shè)置鏡頭的臟污程度，0代表鏡頭沒有臟污，100%代表鏡頭臟 污最嚴(yán)重。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是光源 系統(tǒng)設(shè)置模塊(108)所述的光源光照強(qiáng)度為設(shè)置光源的光照強(qiáng)度范圍，具體設(shè)置范圍為 0-255，0代表光源光照強(qiáng)度為0，表示光源沒有點(diǎn)亮發(fā)光，255為最大值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是環(huán)境參 數(shù)設(shè)置模塊(110)所述的環(huán)境灰塵程度，設(shè)置范圍為0-100%，0代表環(huán)境沒有灰塵，100%代 表環(huán)境灰塵最多。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)，其特征是環(huán) 境參數(shù)設(shè)置模塊(110)所述的環(huán)境光照程度為設(shè)置環(huán)境光的照度范圍，具體設(shè)置范圍為 0-2000, 0代表沒有環(huán)境光照，2000代表環(huán)境光照的最大值。
8.一種精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試方法，其特征是至少包括如下步驟步驟200，設(shè)置定位平臺(tái)參數(shù)；步驟202，分別設(shè)置步驟200所選擇的定位平臺(tái)各軸控制模式、PID參數(shù)、定位分辨率、 電子齒輪、運(yùn)行速度、加減速時(shí)間等參數(shù)；步驟204，根據(jù)步驟200所選擇的定位平臺(tái)，設(shè)置Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置，并設(shè)置Mark點(diǎn)模 板圖像的相關(guān)參數(shù)如Mark點(diǎn)檢出條件、大小，存儲(chǔ)Mark點(diǎn)模板圖像；步驟206，在步驟200所選擇的定位平臺(tái)上放置待定位物體；步驟208，設(shè)置各攝像機(jī)的聚焦程度及鏡頭臟污程度參數(shù)；步驟210，設(shè)置光源光照強(qiáng)度；步驟212，設(shè)置環(huán)境灰塵程度、環(huán)境光照程度，用來模擬精密視覺伺服定位系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng) 工作環(huán)境；步驟214，設(shè)置定位精度和最大定位次數(shù)；步驟216，采集Mark點(diǎn)圖像；步驟218，對(duì)步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像進(jìn)行處理變換，為步驟220和步驟224做準(zhǔn)備;步驟220，根據(jù)步驟204中所存儲(chǔ)的Mark點(diǎn)模板圖像判斷步驟216中所采集的Mark點(diǎn) 圖像中是否包含Mark點(diǎn)檢出條件，如果沒有包含Mark點(diǎn)檢出條件，說明Mark點(diǎn)圖像采集 失敗，則轉(zhuǎn)步驟222 ;否則，轉(zhuǎn)步驟224 ；步驟222，選擇是否調(diào)整待定位物體的放置位置，由于步驟220中沒有檢出Mark點(diǎn)檢出 條件，說明步驟216中所采集的Mark點(diǎn)圖像中沒有Mark點(diǎn)，即步驟206中待定位物體的放 置位置超出了定位極限位置；如果選擇調(diào)整待定位物體位置，使其在系統(tǒng)能夠定位的區(qū)域， 則轉(zhuǎn)步驟206 ;否則，轉(zhuǎn)步驟240 ；步驟224，計(jì)算步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像的檢出條件的中心坐標(biāo)值，并計(jì)算與步驟 204中所存儲(chǔ)的Mark點(diǎn)模板圖像的檢出條件的中心坐標(biāo)值的位置偏差；步驟226，將步驟224所計(jì)算出來的位置偏差轉(zhuǎn)換為定位平臺(tái)各軸所需運(yùn)動(dòng)的距離； 步驟228，將步驟226所轉(zhuǎn)換的各軸運(yùn)動(dòng)距離與步驟214中所設(shè)定的定位精度相比較， 如果各軸運(yùn)動(dòng)距離在所設(shè)定的定位精度之內(nèi)，則轉(zhuǎn)步驟230定位完成；否則，轉(zhuǎn)步驟232 ； 步驟230，提示定位完成，轉(zhuǎn)步驟240 ；步驟232，判斷是否達(dá)到最大定位次數(shù)，從步驟216采集Mark點(diǎn)圖像到步驟238記錄各 軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，算作一次定位操作；如果達(dá)到了步驟214所設(shè)定的最大定位次數(shù)，則 轉(zhuǎn)步驟234 ;否則轉(zhuǎn)步驟236 ；步驟234，提示已達(dá)到最大定位次數(shù)；說明系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到步驟214所設(shè)定的最大定位次 數(shù)，且定位精度沒有達(dá)到步驟214所設(shè)定的定位精度，定位失敗，轉(zhuǎn)步驟240 ；步驟236，根據(jù)步驟226所轉(zhuǎn)換的各軸運(yùn)動(dòng)距離控制定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)；步驟238，記錄各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間，轉(zhuǎn)步驟216采集Mark點(diǎn)圖像；步驟240，結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試方法，其特征是步驟204 所設(shè)置的Mark點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)與實(shí)際的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的攝像頭個(gè)數(shù)相等；步驟206所述 的放置待定位物體，其放置位置可以通過設(shè)置其水平偏移位置、垂直偏移位置和旋轉(zhuǎn)量，或通過鼠標(biāo)直接拖動(dòng)放置；步驟214所述的最大定位次數(shù)是用來限制定位系統(tǒng)的無限制持續(xù) 定位，如果定位系統(tǒng)的定位次數(shù)達(dá)到了所設(shè)定的最大定位次數(shù)并且定位系統(tǒng)還沒有達(dá)到所 設(shè)定的定位精度，給出相應(yīng)提示信息，并可以判斷出定位系統(tǒng)定位失敗。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試方法，其特征是步驟 218所述的對(duì)步驟216所采集的Mark點(diǎn)圖像進(jìn)行處理變換包括步驟300，將Mark點(diǎn)圖像灰度化；步驟302，將Mark點(diǎn)圖像進(jìn)行線性變換或者Y校正；步驟304，中值濾波，濾除噪聲；步驟306，二值化；步驟308,計(jì)算Mark點(diǎn)尺寸、形狀、面積等特征量；用來判斷Mark點(diǎn)圖像中是否包含 Mark點(diǎn)檢出條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及精密視覺伺服定位系統(tǒng)，特別是一種精密視覺伺服定位系統(tǒng)的虛擬調(diào)試系統(tǒng)及方法。至少包括，伺服系統(tǒng)設(shè)置模塊102；Mark點(diǎn)相關(guān)設(shè)置模塊104；成像系統(tǒng)設(shè)置模塊106，用于設(shè)置各個(gè)攝像頭的聚焦程度以及鏡頭的臟污程度等參數(shù)；光源系統(tǒng)設(shè)置模塊108，用于設(shè)置光源光照強(qiáng)度；環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊110，用于設(shè)置環(huán)境灰塵程度、環(huán)境光照程度；圖像相關(guān)模塊112；定位平臺(tái)各軸運(yùn)動(dòng)控制模塊114；數(shù)據(jù)記錄模塊116，用于記錄定位平臺(tái)各軸的運(yùn)動(dòng)軌跡和時(shí)間以及完成定位所需的定位次數(shù)，為用戶評(píng)估所設(shè)置的伺服參數(shù)的優(yōu)劣并找出各軸的確定伺服參數(shù)值提供數(shù)據(jù)參考。
文檔編號(hào)G05B23/02GK102662392SQ20121013891
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者何振響, 劉貴喜, 施國(guó)棟, 鄧勇, 郭靜 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)