CN106144524B - 一种高速运动中用ccd视觉定位方法及装置 - Google Patents

一种高速运动中用ccd视觉定位方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速运动中用CCD视觉定位方法，以及公开一种高速运动中用CCD视觉定位装置，其包括两个相平行的X轴移动滑台；设置于两个X轴移动滑台之间的Y轴移动滑台；设置于Y轴移动滑台上的抓取机械手；设置于Y轴移动滑台上的CMOS图像采集模块、LED光源模块和光反射模块，光反射模块与LED光源模块的中心重合并且保持与抓取机械手在同一平面上；设置于X轴移动滑台同一平面位置上的取料平台a和做货平台b；控制器以及与控制器连接的光源增量同步控制器，该控制器内设脉冲比较器。本发明能够实现了工件的智能识别定位，具有定位精度高，定位速度快，实用性强，稳定性能好等特点，同时，也节省了更多的人力资本。

Description

一种高速运动中用CCD视觉定位方法及装置
技术领域
本发明涉及工件加工领域，具体涉及一种应用于各种产品的组装、贴合等工序的高速运动中用CCD视觉定位方法及装置。
背景技术
现阶段机器人在装配、搬运方面的运用，仅仅在大规模批量生产中得到推广及运用。目前，机器人在生产中拥有生产质量高、工件一致性好、效率高等特点，但机器人在生产前必须进行人工选料、人工物料定位等复杂的人工。
目前传统的高精度视觉定位都需要在相对静止的状态下进行，然而在运动中去做定位又无法保证精度。其主要表现在：
1、在静止下做视觉定位，效率低；
2、在连续多次检测中速度大幅度下降；
3、精度无法保证；
4、无法满足现代企业对高效率和高精度的兼顾。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的在于，解决上述缺陷，提供一种高速运动中用CCD视觉定位方法及装置。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高速运动中用CCD视觉定位方法，包括如下步骤：
(1)、两个相平行的X轴移动滑台，两个X轴移动滑台之间连接有Y轴移动滑台；
(2)、抓取机械手，该抓取机械手设置于Y轴移动滑台上；
(3)、CMOS图像采集模块、LED光源模块和45度光反射模块，CMOS图像采集模块、LED光源模块和45度光反射模块设置于Y轴移动滑台上，45度光反射模块与LED光源模块的中心重合并且保持与抓取机械手在同一平面上；
(4)、控制器和光源增量同步控制器，该控制器内设脉冲比较器；
(5)、取料平台a和做货平台b，取料平台a和做货平台b均沿X轴移动滑台的方向设置；
(6)、加电工作，根据预先设置的取料平台a及做货平台b的坐标位置，以及所需抓取机械手的动作状态，输入相应的控制指令，抓取机械手在原初始位置上转移至取料平台a上方，抓取机械手对取料平台a上的产品a做抓取动作，抓取动作完成后并将产品a转移至做货平台b位置；
(7)、控制器脉冲比较器工作，实时采集抓取机械手位置，并且实时与光源中心点位置进行比较，判断抓取机械手是否移动到图像采集位；控制器输出触发脉冲驱动光源增量同步控制器工作，光源增量同步控制器驱动LED光源模块光源，并在10us以内的时间LED光源模块运行到最亮状态，同时触发CMOS图像采集模块进行曝光采集图像，并在100us以内图像采集完成，LED光源模块停止工作，图像控制器对采集的图像进行处理并计算出产品a的准确位置；控制器把计算到的准确位置补偿到抓取机械手的目标位置上，实现在做货平台b上把产品a准确的装配到产品b上。
进一步地，还包括在Y轴移动滑台上的光栅尺，其用来记录抓取机械手的当前位置。
进一步地，还包括脉冲累加器和抓取机械手拍照位置寄存器，其分别连接脉冲比较器；当抓取机械手每移动一个单位，光栅尺就会输出一个脉冲给脉冲累加器，脉冲累加器累计抓取机械手的移动单位总和，当脉冲累加器中的值和抓取机械手拍照位置寄存器中的值相等，比较器给出一个触发脉冲，用来触发光源增亮同步控制器。
进一步地，CMOS图像采集模块在曝光期间把产品a表面反射的光线累积转换成电信号，接收到的光强不一样，转换得到对应强度的电信号，再把电信号转换成数字信号，该数字信号通过高速信号通道传输到图像控制器，图像控制器把接收到的数字信号组合成一幅完整的数字图像，图像控制器中运行的视觉处理软件对获取到的数字图像进行边缘分析、模式匹配并计算出产品a的几何中心以及旋转角度，视觉处理软件还带有图像坐标转换为世界坐标的算法模块，通过该运算模块把图像中产品a的位置和角度转换为抓取机械手的位置和角度，最后把该位置补偿到抓取机械手的目标位置上。
一种高速运动中用CCD视觉定位装置，包括：
两个相平行的X轴移动滑台；
设置于两个X轴移动滑台之间的Y轴移动滑台，Y轴移动滑台通过Y轴移动滑台固定板设置于两个X轴移动滑台之间；Y轴移动滑台还包括用来记录抓取机械手当前位置的光栅尺，光栅尺沿Y轴移动滑台方向设置；
设置于Y轴移动滑台上的抓取机械手，抓取机械手通过抓取机械手固定块设置于Y轴移动滑台上，抓取机械手固定块设置于Y轴移动滑台的上部位置；其包括至少两个或两个以上的抓取机械手，其分别设于Y轴移动滑台上；
设置于Y轴移动滑台上的CMOS图像采集模块、LED光源模块和光反射模块，光反射模块与LED光源模块的中心重合并且保持与抓取机械手在同一平面上；CMOS图像采集模块、LED光源模块和光反射模块通过光源组件固定板设置于Y移动平台固定板上，光源组件固定板设置于Y轴移动滑台的下部位置。
设置于X轴移动滑台同一平面位置上的取料平台a和做货平台b；
控制器以及与控制器连接的光源增量同步控制器，该控制器内设脉冲比较器。
本发明的有益效果为：
本发明高速运动中用CCD视觉定位方法，通过控制器脉冲比较器实时采集抓取机械手位置，实时与光源中心点位置进行比较，判断抓取机械手是否移动到图像采集位；控制器输出触发脉冲驱动光源增量同步控制器工作，光源增量同步控制器驱动LED光源模块光源，同时触发CMOS图像采集模块进行曝光采集图像，LED光源模块停止工作，图像控制器对采集的图像进行处理并计算出产品a的准确位置；控制器把计算到的准确位置补偿到抓取机械手的目标位置上，实现在做货平台b上把产品a准确的装配的产品b上。能够实现了工件的智能识别定位，具有定位精度高，定位速度快，实用性强，稳定性能好等特点，同时，也节省了更多的人力资本。
本发明高速运动中用CCD视觉定位装置，通过设置两个相平行的X轴移动滑台，以及与两个X轴移动滑台垂直设置Y轴移动滑台，在Y轴移动滑台上的抓取机械手、CMOS图像采集模块、LED光源模块和光反射模块；通过控制器脉冲比较器实时采集抓取机械手位置，实时与光源中心点位置进行比较，光源增量同步控制器驱动LED光源模块光源，同时触发CMOS图像采集模块进行曝光采集图像，图像控制器对采集的图像进行处理并计算出产品a的准确位置；控制器把计算到的准确位置补偿到抓取机械手的目标位置上，实现在做货平台b上把产品a准确的装配的产品b上。能够实现了工件的智能识别定位，通过不同零件的组合，以得到不同的工件，具有定位精度高，定位速度快，实用性强。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作流程示意图；
图中：1-2、X轴移动滑台 3、Y轴移动滑台固定板 4、Y轴移动滑台 5、光源组件固定板 6、CMOS图像采集模块 7、LED光源模块 8、光反射模块 9、抓取机械手固定块 10、抓取机械手 11、取料平台a 12、做货平台b 13、光栅尺 14、光源增量同步控制器 15、控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1至2，本实施例提供一种高速运动中用CCD视觉定位方法，包括如下步骤：
(1)、两个相平行的X轴移动滑台(1,2)，两个X轴移动滑台(1,2)之间连接有Y轴移动滑台4；
(2)、抓取机械手10，该抓取机械手10设置于Y轴移动滑台4上；
(3)、光栅尺13，该光栅尺13设于Y轴移动滑台4上，其用来记录抓取机械手10的当前位置。；
(4)、CMOS图像采集模块6、LED光源模块7和45度光反射模块8，CMOS图像采集模块6、LED光源模块7和光反射模块8设置于Y轴移动滑台4上，光反射模块8与LED光源模块7的中心重合并且保持与抓取机械手10在同一平面上；
(5)、控制器15和光源增量同步控制器14，该控制器15内设脉冲比较器；
(6)、取料平台a11和做货平台b12，取料平台a11和做货平台b12均沿X轴移动滑台的方向设置；
(7)、加电工作，根据预先设置的取料平台a11及做货平台b12的坐标位置，以及所需抓取机械手10的动作状态，输入相应的控制指令，抓取机械手10在原初始位置上转移至取料平台a11上方，抓取机械手10对取料平台a11上的产品a做抓取动作，抓取动作完成后并将产品a转移至做货平台b12位置；
(8)、控制器15脉冲比较器工作，实时采集抓取机械手10位置，并且实时与光源中心点位置进行比较，判断抓取机械手10是否移动的图像采集位；控制器输出触发脉冲驱动光源增量同步控制器15工作，光源增量同步控制器15驱动LED光源模块光源7，并在10us以内的时间LED光源模块7运行到最亮状态，同时触发CMOS图像采集模块6进行曝光采集图像，并在100us以内图像采集完成，LED光源模块7停止工作，图像控制器对采集的图像进行处理并计算出产品a的准确位置；控制器把计算到的准确位置补偿到抓取机械手10的目标位置上，实现在做货平台b12上把产品a准确的装配到产品b上；重复上述步骤，进入下一轮循环，直至所有工序完成。
进一步地，包括脉冲累加器和抓取机械手拍照位置寄存器，两者分别连接脉冲比较器；当抓取机械手10每移动一个单位，光栅尺13输出一个脉冲给脉冲累加器，脉冲累加器累计抓取机械手10的移动单位总和，当脉冲累加器中的值和抓取机械手拍照位置寄存器中的值相等，比较器给出一个触发脉冲，用来触发光源增亮同步控制器14。
CMOS图像采集模块6在曝光期间把产品a表面反射的光线累积转换成电信号，接收到的光强不一样，转换得到对应强度的电信号，再把电信号转换成数字信号，该数字信号通过高速信号通道传输到图像控制器，图像控制器把接收到的数字信号组合成一幅完整的数字图像，图像控制器中运行的视觉处理软件对获取到的数字图像进行边缘分析、模式匹配并计算出产品a的几何中心以及旋转角度，视觉处理软件还带有图像坐标转换为世界坐标的算法模块，通过该运算模块把图像中产品a的位置和角度转换为抓取机械手的位置和角度，最后把该位置补偿到抓取机械手的目标位置上。
一种高速运动中用CCD视觉定位装置，包括：
两个相平行的X轴移动滑台(1,2)；
设置于两个X轴移动滑台(1,2)之间的Y轴移动滑台4，Y轴移动滑台4通过Y轴移动滑台固定板3设置于两个X轴移动滑台(1,2)之间；
设置于Y轴移动滑台4上的抓取机械手10，抓取机械手10通过抓取机械手固定块9设置于Y轴移动滑台4上，抓取机械手固定块9设置于Y轴移动滑台4的上部位置；
设置于Y轴移动滑台4上的用来记录抓取机械手10当前位置的光栅尺13，光栅尺13沿Y轴移动滑台4方向设置；
设置于Y轴移动滑台4上的CMOS图像采集模块6、LED光源模块7和45度光反射模块8，45度光反射模块8与LED光源模块7的中心重合并且保持与抓取机械手10在同一平面上；CMOS图像采集模块6、LED光源模块7和45度光反射模块8通过光源组件固定板5设置于Y轴移动滑台4上，光源组件固定板5设置于Y轴移动滑台4的下部位置。
设置于X轴移动滑台同一平面位置上的取料平台a11和做货平台b12；
控制器15以及与控制器15连接的光源增量同步控制器14，该控制器15内设脉冲比较器。
本发明高速运动中用CCD视觉定位装置，通过设置两个相平行的X轴移动滑台(1,2)，以及与两个X轴移动滑台(1,2)垂直设置Y轴移动滑台4，在Y轴移动滑台4上设置有抓取机械手10、CMOS图像采集模块6、LED光源模块7和光反射模块8；通过控制器15脉冲比较器实时采集抓取机械手10位置，实时与光源中心点位置进行比较，光源增量同步控制器14驱动LED光源模块7光源，同时触发CMOS图像采集模块6进行曝光采集图像，图像控制器对采集的图像进行处理并计算出产品a的准确位置；控制器把计算到的准确位置补偿到抓取机械手10的目标位置上，实现在做货平台b12上把产品a准确的装配的产品b上。能够实现了工件的智能识别、在线分拣及在线组装，通过不同零件的组合，以得到不同的工件，具有定位精度高，定位速度快，实用性强，稳定性能好等特点，同时，也节省了更多的人力资本。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速运动中用CCD视觉定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、加电工作，根据预先设置的取料平台a及做货平台b的坐标位置，以及所需抓取机械手的动作状态，输入相应的控制指令，抓取机械手在原初始位置上转移至取料平台a的上方，抓取机械手对取料平台a上的产品a做抓取动作，抓取动作完成后并将产品a转移至做货平台b位置；
(2)、控制器脉冲比较器工作，实时采集抓取机械手位置，并且实时与光源中心点位置进行比较，判断抓取机械手是否移动到图像采集位；控制器输出触发脉冲驱动光源增量同步控制器工作，光源增量同步控制器驱动LED光源模块光源，并在10us以内的时间LED光源模块运行到最亮状态，同时触发CMOS图像采集模块进行曝光采集图像，并在100us以内图像采集完成，LED光源模块停止工作，图像控制器对采集的图像进行处理并计算出产品a的准确位置；控制器把计算到的准确位置补偿到抓取机械手的目标位置上，实现在做货平台b上把产品a准确的装配到产品b上。
2.根据权利要求1所述高速运动中用CCD视觉定位方法，其特征在于，其还包括如下步骤：
CMOS图像采集模块在曝光期间把产品a表面反射的光线累积转换成电信号，接收到的光强不一样，转换得到对应强度的电信号，再把电信号转换成数字信号，该数字信号通过高速信号通道传输到图像控制器，图像控制器把接收到的数字信号组合成一幅完整的数字图像，图像控制器中运行的视觉处理软件对获取到的数字图像进行边缘分析、模式匹配并计算出产品a的几何中心以及旋转角度，视觉处理软件还带有图像坐标转换为世界坐标的运算模块，通过运算模块把图像中产品a的位置和角度转换为抓取机械手的位置和角度，最后把该位置补偿到抓取机械手的目标位置上。
3.一种实施权利要求1至2之一所述方法的高速运动中用CCD视觉定位装置，其特征在于，包括：
两个相平行的X轴移动滑台；
设置于两个X轴移动滑台之间的Y轴移动滑台；
设置于Y轴移动滑台上的抓取机械手；
设置于Y轴移动滑台上的CMOS图像采集模块、LED光源模块和光反射模块，光反射模块与LED光源模块的中心重合并且保持与抓取机械手在同一平面上；
设置于X轴移动滑台同一平面位置上的取料平台a和做货平台b；
控制器以及与控制器连接的光源增量同步控制器，该控制器内设脉冲比较器。
4.根据权利要求3所述高速运动中用CCD视觉定位装置，其特征在于，所述Y轴移动滑台通过Y轴移动滑台固定板设置于两个X轴移动滑台之间。
5.根据权利要求3所述高速运动中用CCD视觉定位装置，其特征在于，所述抓取机械手通过抓取机械手固定块设置于Y轴移动滑台上，所述抓取机械手固定块设置于Y轴移动滑台的上部位置。
6.根据权利要求3所述高速运动中用CCD视觉定位装置，其特征在于，所述CMOS图像采集模块、LED光源模块和光反射模块通过光源组件固定板设置于Y移动平台固定板上，所述光源组件固定板设置于Y轴移动滑台的下部位置。
7.根据权利要求3所述高速运动中用CCD视觉定位装置，其特征在于，所述Y轴移动滑台还包括用来记录抓取机械手当前位置的光栅尺，所述光栅尺沿Y轴移动滑台方向设置。
8.根据权利要求3所述高速运动中用CCD视觉定位装置，其特征在于，包括至少一个抓取机械手，其设于Y轴移动滑台上。
9.根据权利要求3所述高速运动中用CCD视觉定位装置，其特征在于，还包括脉冲累加器和抓取机械手拍照位置寄存器，其分别连接脉冲比较器；当抓取机械手每移动一个单位，光栅尺输出一个脉冲给脉冲累加器，脉冲累加器累计抓取机械手的移动单位总和，当脉冲累加器中的值和抓取机械手拍照位置寄存器中的值相等，比较器给出一个触发脉冲，用来触发光源增亮同步控制器。
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Denomination of invention: A CCD visual positioning method and device in high-speed motion

Effective date of registration: 20211227

Granted publication date: 20200324

Pledgee: China Co. truction Bank Corp Dongguan branch

Pledgor: DONGGUAN SUNRISE AUTOMATION Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980016502

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