一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及于計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，特別是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器視覺采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，識(shí)別對(duì)象的幾何形狀，并根據(jù)對(duì)象的幾何特征及象素的比例關(guān)系計(jì)算對(duì)象的形狀尺寸及位置坐標(biāo)。數(shù)控設(shè)備加工時(shí)需要確定工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的位置。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的點(diǎn)位控制，尤其是數(shù)控裝備的定位，如點(diǎn)膠機(jī)和貼片機(jī)等，需要高精度的定位系統(tǒng)。目前，工業(yè)上常用的定位方法有:人工操作定位、模具機(jī)械定位、機(jī)器視覺定位。其中，人工操作定位主要靠肉眼檢測(cè)，手工協(xié)調(diào)操作，容易受到人的情緒和操作技術(shù)的影響，致使效率低下，精度不高；模具機(jī)械定位主要是根據(jù)特定的定位要求制作模板，通過定位銷或定位孔等機(jī)械工藝設(shè)計(jì)的定位方法，這種方法的定位精度受到機(jī)械加工精度的限制，而且只能針對(duì)特定的模板，不能適應(yīng)模板類型頻繁變化的定位設(shè)備；機(jī)器視覺定位是當(dāng)前比較先進(jìn)的定位方法，具有精度高，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，雖然機(jī)器視覺定位自動(dòng)化程度高，但是當(dāng)進(jìn)行精密定位時(shí)，對(duì)機(jī)器視覺系統(tǒng)的光學(xué)器件要求很高，價(jià)格不菲。
[0003]機(jī)器視覺定位是在設(shè)備上裝個(gè)攝像頭，通過拍照獲取對(duì)象的特征存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理后，再根據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上的目標(biāo)對(duì)象的幾何形狀和尺寸等信息進(jìn)行匹配，找到目標(biāo)對(duì)象后，再根據(jù)像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系，計(jì)算出目標(biāo)對(duì)象在坐標(biāo)系中的具體坐標(biāo)位置。采用機(jī)器視覺獲得高精度的定位，要么是高質(zhì)量的攝像頭，但成本增加；要么是應(yīng)用復(fù)雜的算法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行校正，消除圖像畸變，但開發(fā)難度大，對(duì)硬件要求高。
[0004]公開號(hào)CN101788805A的中國發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N基于運(yùn)動(dòng)伺服校正的高精度機(jī)器視覺二維定位方法，包括:將相機(jī)固聯(lián)到激光切割機(jī)等設(shè)備的運(yùn)動(dòng)機(jī)頭上，選定加工對(duì)象上的幾何圖形作為定位幾何特征，設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制器將相機(jī)移動(dòng)到定位幾何特征上方，獲取定位幾何特征的數(shù)字圖像，采用模板匹配或邊緣檢測(cè)的方法計(jì)算幾何中心坐標(biāo)，再將該中心坐標(biāo)作為機(jī)頭運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)地址，移動(dòng)相機(jī)使相機(jī)軸線與該坐標(biāo)重合，并重新獲取定位幾何特征圖像，再計(jì)算中心坐標(biāo)。如重新計(jì)算所得的中心坐標(biāo)與當(dāng)前的相機(jī)軸線坐標(biāo)偏差大于許用值，重新移動(dòng)機(jī)頭，獲取圖像，計(jì)算該中心坐標(biāo)，如此迭代直到達(dá)到滿意的精度為止。其采用的攝像頭是球面鏡頭，實(shí)施一次曝光采集一幅圖片，針對(duì)圖片的質(zhì)量離鏡頭軸線越遠(yuǎn)畸變?cè)絿?yán)重，進(jìn)而提出采用位移傳感器不斷校準(zhǔn)攝像頭軸線位置，使得目標(biāo)對(duì)象逼近軸線位置的高清圖像區(qū)域。這種方法的定位精度受限于傳感器的精度和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精度，而且校正過程繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種不需要校正也能獲得高精度的位移和像素信息，進(jìn)而保證高精度定位的基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一、感光元件移動(dòng)到工件上方，沿著工件表面掃描，在掃描的過程中持續(xù)將掃描的像素?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到指定存儲(chǔ)空間，直至掃描獲得完整的數(shù)字圖像信息；
[0009]步驟二，獲得完整的數(shù)字圖像信息后，圖像控制器采用模板匹配算法或者邊沿檢測(cè)方法找到工件幾何形狀，并根據(jù)像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
[0010]具體的，所述步驟一中，獲得完整的數(shù)字圖像信息具體步驟為:
[0011]如果感光元件一次掃過的面積足于覆蓋工件所有數(shù)字圖像信息，則一次掃描即可完成工件的數(shù)字圖像信息的采集；否則，感光元件多次掃描，然后把存儲(chǔ)在指定空間的坐標(biāo)信息經(jīng)過去重等處理后，再整合成一幅完整的圖像及獲得其數(shù)字圖像信息。
[0012]基于同一構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位裝置，包括用于放置工件的工作臺(tái)，所述工作臺(tái)上方設(shè)有Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安裝在Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、及安裝在X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的底端設(shè)有帶光源的感光元件；還包括:運(yùn)動(dòng)控制器，與X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于規(guī)劃感光元件的運(yùn)動(dòng)軌跡；存儲(chǔ)器，與感光元件連接，用于存儲(chǔ)感光元件獲得的數(shù)字圖像信息；圖像控制器，與存儲(chǔ)器連接，用于根據(jù)數(shù)字圖像信息找到工件幾何形狀，并根據(jù)數(shù)字圖像信息中的像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
[0013]通過本發(fā)明提出的基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法及裝置，能達(dá)到以下技術(shù)效果:
[0014]1、任意形狀的工件都能一次掃描成高清圖像，而且圖像后處理簡(jiǎn)單，不需要圖像信息的校正，能適應(yīng)多樣化的產(chǎn)品定位需求。
[0015]2、工件在工作臺(tái)上的位置可以任意擺放，運(yùn)動(dòng)控制器可以規(guī)劃一定規(guī)律的運(yùn)動(dòng)軌跡，再計(jì)算運(yùn)動(dòng)過程軌跡坐標(biāo)跟像素的關(guān)系，進(jìn)而完成高精度的定位。
[0016]3、如果工件里面只需要局部定位(如幾何中心)，只可以通過控制器控制感光元件掃描目標(biāo)局部位置，這樣能減少圖像信息的存儲(chǔ)空間和計(jì)算量。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0019]實(shí)施例
[0020]本實(shí)施提供一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法，包括以下步驟:
[0021]步驟一、感光元件移動(dòng)到工件上方，沿著工件表面掃描，在掃描的過程中持續(xù)將掃描的像素?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到指定存儲(chǔ)空間，直至掃描獲得完整的數(shù)字圖像信息；
[0022]步驟二，獲得完整的數(shù)字圖像信息后，圖像控制器采用模板匹配算法或者邊沿檢測(cè)方法找到工件幾何形狀，并根據(jù)像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
[0023]具體的，所述步驟一中，獲得完整的數(shù)字圖像信息具體步驟為:
[0024]如果感光元件一次掃過的面積足于覆蓋工件所有數(shù)字圖像信息，則一次掃描即可完成工件的數(shù)字圖像信息的采集；否則，感光元件多次掃描，然后把存儲(chǔ)在指定空間的坐標(biāo)信息經(jīng)過去重等處理后，再整合成一幅完整的圖像及獲得其數(shù)字圖像信息。
[0025]基于同一構(gòu)思，如圖1，本發(fā)明還提供一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位裝置，包括用于放置工件的工作臺(tái)1，所述工作臺(tái)1上方設(shè)有Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、安裝在Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2上的X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、及安裝在X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3上的Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4，所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的底端設(shè)有帶光源的感光元件5 ;還包括主控單元6及主控單元6連接的:運(yùn)動(dòng)控制器7，與X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3及Ζ軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4連接，用于規(guī)劃感光元件的運(yùn)動(dòng)軌跡；存儲(chǔ)器8，與感光元件5連接，用于存儲(chǔ)感光元件獲得的數(shù)字圖像信息；圖像控制器9，用于根據(jù)數(shù)字圖像信息找到工件幾何形狀，并根據(jù)數(shù)字圖像信息中的像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
[0026]本發(fā)明提出利用平行感光元件代替球面攝像頭，連續(xù)掃描成像代替一次曝光成像，這種方法能獲取到高質(zhì)量的圖像信息，并且一次掃描就能獲得完整的圖片信息，不需要校正也能獲得高精度的位移和像素信息，進(jìn)而保證高精度定位。
[0027]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、感光元件移動(dòng)到工件上方，沿著工件表面掃描，在掃描的過程中持續(xù)將掃描的像素?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到指定存儲(chǔ)空間，直至掃描獲得完整的數(shù)字圖像信息； 步驟二，獲得完整的數(shù)字圖像信息后，圖像控制器采用模板匹配算法或者邊沿檢測(cè)方法找到工件幾何形狀，并根據(jù)像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法，其特征在于，所述步驟一中，獲得完整的數(shù)字圖像信息具體步驟為: 如果感光元件一次掃過的面積足于覆蓋工件所有數(shù)字圖像信息，則一次掃描即可完成工件的數(shù)字圖像信息的采集；否則，感光元件多次掃描，然后把存儲(chǔ)在指定空間的坐標(biāo)信息經(jīng)過去重等處理后，再整合成一幅完整的圖像及獲得其數(shù)字圖像信息。3.—種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位裝置，包括用于放置工件的工作臺(tái)，所述工作臺(tái)上方設(shè)有Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安裝在Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、及安裝在X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的底端設(shè)有帶光源的感光元件；還包括:運(yùn)動(dòng)控制器，與X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，用于規(guī)劃感光元件的運(yùn)動(dòng)軌跡；存儲(chǔ)器，與感光元件連接，用于存儲(chǔ)感光元件獲得的數(shù)字圖像信息；圖像控制器，與存儲(chǔ)器連接，用于根據(jù)數(shù)字圖像信息找到工件幾何形狀，并根據(jù)數(shù)字圖像信息中的像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法，包括以下步驟：感光元件移動(dòng)到工件上方，沿著工件表面掃描，在掃描的過程中持續(xù)將掃描的像素?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到指定存儲(chǔ)空間，直至掃描獲得完整的數(shù)字圖像信息；獲得完整的數(shù)字圖像信息后，圖像控制器采用模板匹配算法或者邊沿檢測(cè)方法找到工件幾何形狀，并根據(jù)像素與坐標(biāo)的比例關(guān)系計(jì)算出目標(biāo)工件在設(shè)備坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。本發(fā)明還公開了一種基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位裝置。通過本發(fā)明提出的基于機(jī)器視覺掃描成像的高精度運(yùn)動(dòng)定位方法及裝置，任意形狀的工件都能一次掃描成高清圖像，而且圖像后處理簡(jiǎn)單，不需要圖像信息的校正，能適應(yīng)多樣化的產(chǎn)品定位需求。
【IPC分類】G05B19/19
【公開號(hào)】CN105425724
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510815806
【發(fā)明人】張碧陶
【申請(qǐng)人】張碧陶
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日