CN106179885B - 一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法及装置 - Google Patents

一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种点胶行业，尤其涉及一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法及装置。本发明采用两个高清工业相机构建一个空间坐标系，然后对于在该坐标系内的待加工件进行视觉识别分析，得到对应的三维空间坐标，引导点胶装置沿着空间轨迹运动，当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz小于1时，根据运动机构的X、Y、Z三个方向的运动速度来调整点胶的速度从而控制输出量，当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz大于1时，保持恒定的点胶速度，通过调节平台的运动速度来保证精准的点胶一致性。

Description

一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法及装置
技术领域
本发明涉及一种立体视觉引导的复杂工件点胶方法及装置，采用双目工业相机识别立体工件的曲面曲线轨迹，引导点胶设备进行点胶加工。
背景技术
目前点胶的工艺，主要都是针对平面进行加工，运动机构通过预先设定的轨迹对平面工件进行点胶，目前已有基于视觉识别的点胶加工方法，也是对于平面的加工件进行识别加工。
现有的点胶方式，对于复杂的空间曲面曲线就无法进行高精度加工，一是无法识别空间坐标，二是对应的空间曲面曲线的点胶，由于高度上的坐标差及斜度关系，其轨迹上的点胶量在实际实时点胶时必须随着斜度的变化随时调整，这对于目前传统的点胶工艺来说很难实现。
中国发明专利《一种点胶组装装置》(申请号：201410527857.9)公开了一种点胶组装装置，包括点胶模组、摄像模组，所述的摄像模组位于所述的点胶模组侧方，所述的点胶模组给产品进行点胶，所述的摄像模组在产品点胶之前与点胶之后进行拍摄产品图像，用于定位，与现有技术相比，该装置通过点胶模组与摄像模组相互配合，在产品点胶前对产品进行拍摄定位检测，确保位置精度，在产品点胶后进行拍摄检测点胶效果，全程检测产品点胶过程，极大的提高了产品定位的精准度，也保证了产品点胶质量。
但是该专利文件中的拍摄图像仅仅只是为了产品定位，确保产品定位的准确性和产品点胶后的效果评定，不能调节出胶量，使其更精准的出胶，同时也不能对复杂曲面的产品进行点胶。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法及装置。本发明采用两个高清工业相机构建一个空间坐标系，然后对于在该坐标系内的待加工件进行视觉识别分析，得到对应的三维空间坐标，引导点胶装置沿着空间轨迹运动，并根据运动机构的X、Y、Z三个方向的运动速度来调整点胶的速度从而控制输出量，保证精准的点胶一致性。由于气动式点胶控制器的响应灵敏度及滞后性，在距离较短的情况下，根本来不及反应，故本发明的采用速度调节出胶量更为准确。
本发明的技术方案是：一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：相机标定的步骤；先对双目系统中的每一个相机进行标定，确认相机的畸变系数和内参矩阵；
步骤二：双目标定的步骤；通过一个已知世界坐标系作为参考，用双相机从不同的角度去拍摄标定板，产生不同的两张图像，分别计算两张图像的图像坐标再和实际标定板的坐标匹配得到当前双相机的位置参数；
步骤三、相机对待加工工件进行拍照，提取拍取图像的特征点；
步骤四、将步骤三提取到的特征点在左右相机视场中的X、Y坐标带入，实现同名点匹配，根据之前已经标定好的平移向量、旋转矩阵参数，计算出这些特征点的三维坐标；
步骤五：当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz小于1时，根据公式获取点胶速度。其中V1为点胶速度，Vx,Vy,Vz为测量三维运动平台分别沿着X轴、Y轴、Z轴的运动速度，V0为最佳点胶速度，当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz大于1时，保持恒定的点胶速度，使平台的运动速度Vx1,Vy1,Vz1需要满足Vx1代表平台的在x轴的速度分量，Vy1代表平台的在y轴的速度分量，Vz1代表平台的在z轴的速度分量，当k1和k2中，其中一个大于1或等于1，另一个小于1或等于1时，此时点胶速度应为V2：
V2＝V1*P+V0*(1-P)
P根据运动方向和曲面的斜率的关系判定，当运动的方向斜率当运动的方向斜率和k2/k1都大于或等于1时P＝1，否则P＝0。
其中k1为待加工工件的曲面在X轴相对于Z轴的斜率，k2为待加工工件的曲面在Y轴相对于Z轴的斜率。
根据如上所述的基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：还包括步骤六，控制系统控制运动平台分别以Vx,Vy,Vz沿X轴、Y轴、Z轴运动，控制点胶针头以V1的速度运动。
根据如上所述的基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：所述的最佳点胶速度测量方法为：分别以匀速测量不同Vx速度下的最佳速度，将不同速度的最佳速度组合而成为最佳的点胶速度。
根据如上所述的基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：所述的步骤二标定过程中，其中标定板放在两台相机正下方的平台中间位置，一台相机垂直于标定板，另一台相机与标定板呈60度夹角，其中一个光源与加工平台成30度放置，另一个光源与加工平台成150度放置，这样便于光源能均匀照射在标定板上。
本发明还公开了一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶装置，包括点胶机、两台相机、点胶针头、运动机构、工控机、待加工工件、光源，相机为两台工业相机，点胶机、相机、点胶针头和光源都设置在运动机构的龙门上面，运动机构设置在加工平台上，待加工工件设置在加工平台上，其特征在于：所述的两台相机，一台相机垂直于加工平台，另一台相机与加工平台呈60度夹角，一个光源与加工平台成30度放置，另一个光源与加工平台成150度放置，使光源均匀照射待加工工件，两台相机将待加工工件全部成像拍摄。
本发明与现有普通方案相比，本发明的有益效果是：一是通过两个工业相机进行立体定位，可以较为精准的分析出空间复杂曲面曲线的坐标，确保能够对于空间复杂曲面曲线的轨迹识别；二是通过对于分析的空间坐标轨迹，可以准确了解曲线的坡度，对于斜度的变化，通过对于胶水输出速度的调整从而控制点胶的精确度，保证最后的点胶加工精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：点胶机1、相机2、点胶针头3、运动机构4、工控机5、待加工工件6、光源7。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶装置，包括点胶机1、相机2、点胶针头3、运动机构4、工控机5、复杂曲面待加工工件6、两个光源7，相机2为两台工业相机2，点胶机1、相机2、点胶针头3和光源7都设置在运动机构4的龙门上面，运动机构4设置在加工平台上，待加工工件6设置在加工平台上。本发明中，两台工业相机2最好其中一台垂直于加工平台设置，另一台相机2与加工平台呈现60度角度放置，光源7中的一个光源与加工平台呈30度角度放置，另一个光源与加工平台成150度放置，且光源7能够均匀照射待加工工件6，两台相机能够将待加工工件6全部成像拍摄。这样设置，便于后续相机的标记测量，提高两台相机测量复杂曲面待加工工件6的曲线准确度。
本发明还公开了基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，包括以下步骤：步骤一：相机标定。首先先对双目系统中的每一个相机2进行标定，确认相机的畸变系数和内参矩阵。因为不同的相机、镜头在拍摄图像时的畸变和参数都不同，所以需要通过标定确认所选相机的参数。一般用二阶畸变系数k1、k2内参矩阵来衡量。
步骤二：双目标定。得到单相机的参数后，再预备一个已知世界坐标系(一般用高精度双目标定板)作为参考，用双相机2从不同的角度去拍摄该标定板。两相机拍摄的是相同物体，单由于角度不同，必然产生不同的两张图像，分别计算两张图像的图像坐标再和实际标定板的坐标匹配就可以得到当前双相机的位置参数。一般用平移向量和旋转矩阵来描述。本发明中，光源7为两个条形光源，一个与加工平台成30度放置，另一个与加工平台成150度放置，这样便于光源7能均匀照射待加工工件6。
通过步骤一和步骤二，双目系统的标定工作就完成了，也可以叫该系统在当前位置下的初始化设置。接下来就可以用该双目系统去对具体物体进行拍摄处理了。
步骤三、通过相机2对待加工工件6进行拍照，提取双相机2视场范围内的特征点。在本案例中，通过有效光照对复杂曲面的角点进行图像处理(二值化、边缘提取、去噪)后，得到一系列特征点在左右相机图像中的平面坐标X、Y。
步骤四、设定空间一点P(X,Y,Z)和其在2个CCD平面的投影坐标P1(x1,y1)、P2(x2,y2)，其存在如公式(1)、(2)所示关系：
由公式(1)、(2)可以求得A,B，则左右两个相机的投影矩阵M1,M2可以表示为
式中a1至a11为A的元素，b1至b10为B的元素。对于每个3x4矩阵M1和M2，设
其中，Mi1为Mi左方的3x3矩阵；mi为Mi的第四列。
根据双目立体视觉CCAS的立体匹配原理——极限约束公式
其中[m]x为m的反对称矩阵,u1＝[x1 y1 z1]T,u2＝[x2 y2 z2]T。
把步骤三提取到的特征点在左右相机视场中的(x1,y1)和(x2,y2)坐标带入，就可以实现同名点匹配(同名点：物体上相同特征点在左右相机中的点)。根据之前已经标定好的平移向量、旋转矩阵参数，就可以计算出这些特征点的(X、Y、Z)坐标，即获取待加工工件6表面曲面坐标。
步骤五：测量三维运动平台延X轴且待加工工件6为平面时以速度Vx运动时的最佳点胶速度为V0。
由于当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz小于1时，胶体在重力作用下较容易覆盖在工件上，因此当三维运动平台的三轴分别以Vx,Vy,Vz沿着空间曲线运动时，可以通过改变点胶速度为：来保证点胶的一致性，其中k1为待加工工件的曲面在X轴相对于Z轴的斜率，k2为待加工工件的曲面在Y轴相对于Z轴的斜率。
当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz大于1时，胶体在重力的作用下容易下滑，所以需要通过采用固定的较低的点胶速度V0，此时平台的运动速度Vx1,Vy,1Vz1需要满足
当k1和k2中，其中一个大于或等于1，另一个小于或等于1时，此时点胶速度应为V2：
V2＝V1*P+V0*(1-P)
P根据运动方向和曲面的斜率的关系判定，当运动的方向斜率、当运动的方向斜率和k2/k1都大于或等于1时P＝1，否则P＝0。
步骤六：控制软件控制运动平台沿着空间轨迹坐标(X、Y、Z)运动，同时控制点胶针头3以点胶速度进行点胶。
本发明中，步骤五中的Vx速度为变速，其可分为多个匀速进行测量最佳点胶速度，匀速时对应的最佳点胶速度恒定，将在不同匀速速度的最佳速度组合而成为最佳的点胶速度，即最佳点胶速度为V0与Vx速度自适应跟踪。

Claims (4)

1.一种基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：相机标定的步骤；先对双目系统中的每一个相机进行标定，确认相机的畸变系数和内参矩阵；
步骤二：双目标定的步骤；通过一个已知世界坐标系作为参考，用双相机从不同的角度去拍摄标定板，产生不同的两张图像，分别计算两张图像的图像坐标再和实际标定板的坐标匹配得到当前双相机的位置参数；
步骤三、相机对待加工工件进行拍照，提取拍取图像的特征点；
步骤四、将步骤三提取到的特征点在左右相机视场中的X、Y坐标带入，实现同名点匹配，根据之前已经标定好的平移向量、旋转矩阵参数，计算出这些特征点的三维坐标；
步骤五：当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz小于1时，根据公式获取点胶速度，其中V1为点胶速度，Vx,Vy,Vz为测量三维运动平台分别沿着X轴、Y轴、Z轴的运动速度，V0为最佳点胶速度，当曲面的斜率k1＝Δx/Δz和k2＝Δy/Δz大于1时，保持恒定的点胶速度，使平台的运动速度Vx1,Vy1,Vz1需要满足Vx1代表平台的在x轴的速度分量，Vy1代表平台的在y轴的速度分量，Vz1代表平台的在z轴的速度分量，
当k1和k2中，其中一个大于或等于1，另一个小于或等于1时，此时点胶速度应为V2：
V2＝V1*P+V0*(1-P)
P根据运动方向和曲面的斜率的关系判定，当运动的方向斜率和k2/k1都大于或等于1时P＝1，否则P＝0；
其中k1为待加工工件的曲面在X轴相对于Z轴的斜率，k2为待加工工件的曲面在Y轴相对于Z轴的斜率。
2.根据权利要求1所述的基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：还包括步骤六，控制系统控制运动平台分别以Vx,Vy,Vz沿X轴、Y轴、Z轴运动，控制点胶针头以V1的速度运动。
3.根据权利要求1所述的基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：所述的最佳点胶速度测量方法为：分别以匀速测量不同Vx速度下的最佳速度，将不同速度的最佳速度组合而成为最佳的点胶速度。
4.根据权利要求1所述的基于立体视觉引导的复杂工件点胶方法，其特征在于：所述的步骤二标定过程中，其中一台相机垂直于标定板，另一台相机与标定板呈60度夹角，一个光源与加工平台成30度放置，另一个光源与加工平台成150度放置。
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