CN105425724A - 一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法，包括以下步骤：感光元件移动到工件上方，沿着工件表面扫描，在扫描的过程中持续将扫描的像素数据发送到指定存储空间，直至扫描获得完整的数字图像信息；获得完整的数字图像信息后，图像控制器采用模板匹配算法或者边沿检测方法找到工件几何形状，并根据像素与坐标的比例关系计算出目标工件在设备坐标系中的坐标值。本发明还公开了一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位装置。通过本发明提出的基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法及装置，任意形状的工件都能一次扫描成高清图像，而且图像后处理简单，不需要图像信息的校正，能适应多样化的产品定位需求。

Description

一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法及装置
技术领域
本发明涉及于计算机控制领域，特别是数控技术领域，具体是指一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法及装置。
背景技术
机器视觉采用计算机图像处理技术，识别对象的几何形状，并根据对象的几何特征及象素的比例关系计算对象的形状尺寸及位置坐标。数控设备加工时需要确定工件在设备坐标系中的位置。运动控制系统的点位控制，尤其是数控装备的定位，如点胶机和贴片机等，需要高精度的定位系统。目前，工业上常用的定位方法有：人工操作定位、模具机械定位、机器视觉定位。其中，人工操作定位主要靠肉眼检测，手工协调操作，容易受到人的情绪和操作技术的影响，致使效率低下，精度不高；模具机械定位主要是根据特定的定位要求制作模板，通过定位销或定位孔等机械工艺设计的定位方法，这种方法的定位精度受到机械加工精度的限制，而且只能针对特定的模板，不能适应模板类型频繁变化的定位设备；机器视觉定位是当前比较先进的定位方法，具有精度高，适应性强等优势，虽然机器视觉定位自动化程度高，但是当进行精密定位时，对机器视觉系统的光学器件要求很高，价格不菲。
机器视觉定位是在设备上装个摄像头，通过拍照获取对象的特征存储到计算机，计算机对特征数据进行相关处理后，再根据存储在计算机上的目标对象的几何形状和尺寸等信息进行匹配，找到目标对象后，再根据像素与坐标的比例关系，计算出目标对象在坐标系中的具体坐标位置。采用机器视觉获得高精度的定位，要么是高质量的摄像头，但成本增加；要么是应用复杂的算法对图像质量进行校正，消除图像畸变，但开发难度大，对硬件要求高。
公开号CN101788805A的中国发明专利申请提出了一种基于运动伺服校正的高精度机器视觉二维定位方法，包括：将相机固联到激光切割机等设备的运动机头上，选定加工对象上的几何图形作为定位几何特征，设备的运动控制器将相机移动到定位几何特征上方，获取定位几何特征的数字图像,采用模板匹配或边缘检测的方法计算几何中心坐标，再将该中心坐标作为机头运动的目标地址,移动相机使相机轴线与该坐标重合，并重新获取定位几何特征图像，再计算中心坐标。如重新计算所得的中心坐标与当前的相机轴线坐标偏差大于许用值，重新移动机头，获取图像，计算该中心坐标，如此迭代直到达到满意的精度为止。其采用的摄像头是球面镜头，实施一次曝光采集一幅图片，针对图片的质量离镜头轴线越远畸变越严重，进而提出采用位移传感器不断校准摄像头轴线位置，使得目标对象逼近轴线位置的高清图像区域。这种方法的定位精度受限于传感器的精度和运动控制系统的控制精度，而且校正过程繁琐。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种不需要校正也能获得高精度的位移和像素信息，进而保证高精度定位的基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法，包括以下步骤：
步骤一、感光元件移动到工件上方，沿着工件表面扫描，在扫描的过程中持续将扫描的像素数据发送到指定存储空间，直至扫描获得完整的数字图像信息；
步骤二，获得完整的数字图像信息后，图像控制器采用模板匹配算法或者边沿检测方法找到工件几何形状，并根据像素与坐标的比例关系计算出目标工件在设备坐标系中的坐标值。
具体的，所述步骤一中，获得完整的数字图像信息具体步骤为：
如果感光元件一次扫过的面积足于覆盖工件所有数字图像信息，则一次扫描即可完成工件的数字图像信息的采集；否则，感光元件多次扫描，然后把存储在指定空间的坐标信息经过去重等处理后，再整合成一幅完整的图像及获得其数字图像信息。
基于同一构思，本发明还提供一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位装置，包括用于放置工件的工作台，所述工作台上方设有Y轴运动机构、安装在Y轴运动机构上的X轴运动机构、及安装在X轴运动机构上的Z轴运动机构,所述Z轴运动机构的底端设有带光源的感光元件；还包括：运动控制器，与X轴运动机构、Y轴运动机构及Z轴运动机构连接，用于规划感光元件的运动轨迹；存储器，与感光元件连接，用于存储感光元件获得的数字图像信息；图像控制器，与存储器连接，用于根据数字图像信息找到工件几何形状，并根据数字图像信息中的像素与坐标的比例关系计算出目标工件在设备坐标系中的坐标值。
通过本发明提出的基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法及装置，能达到以下技术效果：
1、任意形状的工件都能一次扫描成高清图像，而且图像后处理简单，不需要图像信息的校正，能适应多样化的产品定位需求。
2、工件在工作台上的位置可以任意摆放，运动控制器可以规划一定规律的运动轨迹，再计算运动过程轨迹坐标跟像素的关系，进而完成高精度的定位。
3、如果工件里面只需要局部定位(如几何中心)，只可以通过控制器控制感光元件扫描目标局部位置，这样能减少图像信息的存储空间和计算量。
附图说明
图1为本发明基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施提供一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法，包括以下步骤：
步骤一、感光元件移动到工件上方，沿着工件表面扫描，在扫描的过程中持续将扫描的像素数据发送到指定存储空间，直至扫描获得完整的数字图像信息；
步骤二，获得完整的数字图像信息后，图像控制器采用模板匹配算法或者边沿检测方法找到工件几何形状，并根据像素与坐标的比例关系计算出目标工件在设备坐标系中的坐标值。
具体的，所述步骤一中，获得完整的数字图像信息具体步骤为：
如果感光元件一次扫过的面积足于覆盖工件所有数字图像信息，则一次扫描即可完成工件的数字图像信息的采集；否则，感光元件多次扫描，然后把存储在指定空间的坐标信息经过去重等处理后，再整合成一幅完整的图像及获得其数字图像信息。
基于同一构思，如图1，本发明还提供一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位装置，包括用于放置工件的工作台1，所述工作台1上方设有Y轴运动机构2、安装在Y轴运动机构2上的X轴运动机构3、及安装在X轴运动机构3上的Z轴运动机构4,所述Z轴运动机构4的底端设有带光源的感光元件5；还包括主控单元6及主控单元6连接的：运动控制器7，与X轴运动机构2、Y轴运动机构3及Z轴运动机构4连接，用于规划感光元件的运动轨迹；存储器8，与感光元件5连接，用于存储感光元件获得的数字图像信息；图像控制器9，用于根据数字图像信息找到工件几何形状，并根据数字图像信息中的像素与坐标的比例关系计算出目标工件在设备坐标系中的坐标值。
本发明提出利用平行感光元件代替球面摄像头，连续扫描成像代替一次曝光成像，这种方法能获取到高质量的图像信息，并且一次扫描就能获得完整的图片信息，不需要校正也能获得高精度的位移和像素信息，进而保证高精度定位。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、感光元件移动到工件上方，沿着工件表面扫描，在扫描的过程中持续将扫描的像素数据发送到指定存储空间，直至扫描获得完整的数字图像信息；
步骤二，获得完整的数字图像信息后，图像控制器采用模板匹配算法或者边沿检测方法找到工件几何形状，并根据像素与坐标的比例关系计算出目标工件在设备坐标系中的坐标值。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位方法，其特征在于，所述步骤一中，获得完整的数字图像信息具体步骤为：
如果感光元件一次扫过的面积足于覆盖工件所有数字图像信息，则一次扫描即可完成工件的数字图像信息的采集；否则，感光元件多次扫描，然后把存储在指定空间的坐标信息经过去重等处理后，再整合成一幅完整的图像及获得其数字图像信息。
3.一种基于机器视觉扫描成像的高精度运动定位装置，包括用于放置工件的工作台，所述工作台上方设有Y轴运动机构、安装在Y轴运动机构上的X轴运动机构、及安装在X轴运动机构上的Z轴运动机构,所述Z轴运动机构的底端设有带光源的感光元件；还包括：运动控制器，与X轴运动机构、Y轴运动机构及Z轴运动机构连接，用于规划感光元件的运动轨迹；存储器，与感光元件连接，用于存储感光元件获得的数字图像信息；图像控制器，与存储器连接，用于根据数字图像信息找到工件几何形状，并根据数字图像信息中的像素与坐标的比例关系计算出目标工件在设备坐标系中的坐标值。
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