CN106363304A - 一种多相机矫正和定位方法及玻璃激光切割的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多相机矫正和定位方法及及玻璃激光切割的装置，包括以下步骤：S1、建立XY虚拟坐标系，将移动平台移动到中间位置，移动平台往X轴和Y轴方向上分别移动正负a、正负b；S2、在移动平台初始位置处刻印图案，且每次移动后刻印图形，形成类似九宫格分布的图案，记录图案中心坐标m0；S3、以m0为零点建立新的移动平台坐标系(x，y)，并建立移动平台坐标系与XY虚拟坐标系的映射关系；S4、将图案移动到相机下方，记录相机能够拍摄到整体图案时移动平台的位置；建立xy坐标系与相机坐标系的映射关系；S5、建立虚拟坐标系与当前相机坐标系映射关系；S6、通过多个相机获取目标边缘的相机坐标，再映射到虚拟坐标系中。

Description

一种多相机矫正和定位方法及玻璃激光切割的装置

技术领域

本发明涉及激光微加工及视觉定位技术领域，更具体的说，是涉及一种多相机矫正和定位方法及玻璃激光切割的装置。

背景技术

在3C行业中屏幕保护玻璃加工常常采用CNC加工工序，CNC加工速度慢，加工效果粗糙，还需要另一种打磨设备对玻璃边缘进行打磨，加工工艺效果差；CNC等传统加工采用的模组或者直线电机的方式，电机精度直接决定了产品加工精度，往往一次加工精度非常高，效果差，如果不能一体成型，需要二次加工的情况下，精度往往较差。

新设计、新材料、新工艺、新应用已经成为3C行业的发展趋势，而对产品的加工效果要求越来越高，产品加工精度达到um级别已经成为了一种趋势；采用飞秒激光器振镜控制直接作用到玻璃，加工速度快，工艺效果好；采用多相机定位，完全可以将产品精度提高了um级别。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种多相机矫正和定位方法及玻璃激光切割的装置，采用虚拟坐标系坐标映射方式，大大降低了计算的难度，减少了计算误差。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多相机矫正和定位方法，包括以下步骤：

S1、建立XY虚拟坐标系，在XY坐标系中建立移动平台，将该移动平台往X轴方向移动±a，形成三个坐标点，再以三个坐标点分别向Y轴移动±b，形成田字形的9个坐标点；

S2、在移动平台初始位置处刻印图案，且每次移动后刻印图形，形成类似九宫格分布的9个图形形成的图案，记录初始位置处的刻印图形的中心在XY坐标系中的坐标m0(X0，Y0)；

S3、以m0为零点建立新的移动平台坐标系(x，y)，并建立移动平台坐标系与XY虚拟坐标系的映射关系f1；

S4、将i个相机组成一个相机组，将九宫格分布的图案分别移动到每个相机下方，记录相机能够拍摄到整体图案的移动平台的位置ni(xi，yi)，其中i为相机编号；建立移动平台坐标系与每一个相机坐标系的映射关系f2；

S5、根据虚拟坐标系与移动平台坐标系的映射关系，建立虚拟坐标系与当前相机坐标系映射关系f3；

S6、通过多个相机获取目标边缘的相机坐标，再映射到虚拟坐标系中。

作为优选的，所述步骤S2中，所述9个刻印的图形为圆形。

作为优选的，所述步骤S4中，所述相机进入与图案保持垂直。

作为优选的，所述相机镜头采用远心镜头。

一种玻璃激光切割装置，所述玻璃切割装置采用移动平台，所述玻璃切割装置采用权利要求1至4任一所述的方法进行激光矫正和定位。

作为优选的，所述玻璃激光切割装置包括移动平台、激光振镜、激光控制器和相机组，所述激光控制器用于控制激光振镜，并以激光振镜为原点建立XY虚拟坐标系，所述移动平台可以沿XY方向上移动，所述相机组设于移动平台上方。

作为优选的，，还包括一载具，用于装载待切割玻璃。

作为优选的，所有相机组和激光振镜部分为固定位置，移动平台带动产品移动。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、相机数量可以任意增加，同时不增加计算难度，计算方式一样，不同的相机数量精度会有不同；相机数量发生改变，很容易完成方案软件设计、修改；

2、采用虚拟坐标系坐标映射方式，大大降低了计算的难度，减少了计算误差；

3、采用多个相机，多条边拟合，可以将精度提高了um级别；

4、适用大尺寸测量、大尺寸定位等，同时精度非常高；

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例的装置俯视图；

图3为本发明实施例的移动平台移动建立田字形的9个坐标点示意图；

图4是本发明实施例的通过相机拍摄九宫格分布的图案示意图；

图5为本发明实施例中装置定位玻璃边缘示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的一种多相机矫正和定位方法及玻璃激光切割的装置作进一步说明。

以下是本发明所述的一种多相机矫正和定位方法及玻璃激光切割的装置的最佳实例，并不因此限定本发明的保护范围。

图1示出了一种多相机矫正和定位方法，包括以下步骤：

S1、建立XY虚拟坐标系，在XY坐标系中建立移动平台，将移动平台移动到中间位置，将该移动平台往X轴方向移动±a，形成三个坐标点，再以三个坐标点分别向Y轴移动±b；

S2、在移动平台初始位置处刻印图案，且每次移动后刻印圆形，形成类似九宫格分布的9个圆形形成的图案，记录初始位置处的刻印圆形的中心在XY坐标系中的坐标m0(X0，Y0)；

S3、以m0为零点建立新的移动平台坐标系(x，y)，并建立移动平台坐标系与XY虚拟坐标系的映射关系f1；

S4、将i个相机组成一个相机组，将九宫格分布的图案分别移动到每个相机下方，记录相机能够拍摄到整体图案的移动平台的位置ni(xi，ni)，其中i为相机编号；建立移动平台坐标系与相机坐标系的映射关系；映射成新的坐标系ni(xi，ni)——>pm(xm，ym)；通过相机软件定位每个圆心位置，获取9个圆中心坐标(使用圆心镜头，当前坐标实际为相机的像素坐标)，9个圆的相机像素坐标从左到右从上到下依次为p11(x11，y11)、p12(x12，y12)、p13(x13，y13)、p14(x14，y14)，p15(x15，y15)，p16(x16，y16)，p17(x17，y17)，p18(x18，y18)，p19(x19，y19)；建立虚拟坐标系与每一个相机坐标系映射关系(通过视觉算法将以下数据关系建立坐标映射关系)：

S5、建立虚拟坐标系与当前相机坐标系映射关系；

S6、通过多个相机获取目标边缘的相机坐标，再映射到虚拟坐标系中。

作为优选的，所述步骤S4中，所述相机进入与图案保持垂直。

作为优选的，所述相机镜头采用远心镜头。

如图2至图5所示，图中示出了一种玻璃激光切割装置的俯视图，所述玻璃切割装置采用移动平台，所述玻璃切割装置采用权利要求1至4任一所述的方法进行激光矫正和定位。

作为优选的，所述玻璃激光切割装置包括移动平台、激光振镜3、激光控制器和相机组1，所述激光控制器用于控制激光振镜3，并以激光振镜为原点建立XY虚拟坐标系，所述移动平台可以沿XY方向上移动，所述相机组1设于移动平台上方。

作为优选的，还包括一载具2，用于装载待切割玻璃。

本方案采用4个相机捕捉玻璃边缘直线，通过视觉软件捕捉边缘直线，如图5所示，相机1捕捉边缘线11、相机2捕捉到边缘线12、相机3捕捉到边缘线13、相机4捕捉到边缘线14；如果该条直线过长，在直线上采用多个相机，每条直线放若干相机，单个线上的所有相机捕捉出来的线，拟合成一条直线；通过视觉软件延长线11、线12、线13、线14，线11与线13形成交叉点p1，线12与线14形成交叉点p2，输出p1与p2中心位置p3，通过上面映射关系，将相机像素坐标点p3映射成虚拟坐标点p31，以线3与线4为基准输出两条线角度的平均值pr；打孔位置在下方线中心位置10mm位置，采用向量计算方式，增加X方向偏移x’，Y方向偏移y’，角度偏移r’，其中x’＝0，y’＝10，r’＝0；计算使用公式dx＝p31.X+x’*cos(r’+R)-y’*sin(r’+R)，dy＝p31.Y+x’*sin(r’+pr)+y’*cos(r’+pr)，此时计算出来dx、dy实际为打孔位置到激光中心的坐标，反向移动dx、dy距离出光打孔，就是当前需要打孔位置。

在具体实施时，在安装相机过程中，需要最大可能保证相机垂直于产品本身，这样在安装镜头的时候，安装的镜头可以垂直于产品；使用相机去捕捉产品边缘部分，相当于产品是立体的，需要选用远心镜头，远心镜头在高度发生微小变化的情况下，拍摄效果畸变非常低，而普通镜头在高度位置发生变化后，对于需要拍摄的产品为立体的情况，畸变情况比较大，所有选用远心镜头能够降低拍摄误差；相机与镜头尽可能的保证垂直于产品，减少视觉拍摄误差，同时远心镜头畸变比较小，视觉软件可以不做畸变矫正；安装完成后，将镜头底部调试到距离产品110mm位置，同时观察相机拍摄效果，放大相机拍摄图片，观察相机将要拍摄的边缘部分，是否是黑白分明，微调镜头高低，使其效果最好；

开始做多相机坐标映射，在振镜中间部分刻印一个2*2mm的圆；往X轴和Y轴方向上分别移动a(mm),b(mm)；移动刻印相同图案(例如刻印圆形)形成一个类似的9宫格图案，如图3所示，记录当前中间位置X、Y轴坐标m0(x0，y0)；将这个9宫格图案分别移动到相机下面，如图4所示，记录相机能够拍摄整体图案的位置xn(xn，yn)(n为相机编号)；以m0为中心零点虚拟一个平行于移动平台XY的坐标系，求出每个点xn相对m0点位置(xn-m0)坐标，即为当前相机在这个虚拟坐标系中的位置，然后X轴方向分别+-a，Y轴方向分别+-b，每个相机位置生成9个点坐标，将这9个点坐标填写到相机软件坐标映射中；这时相机定位输出的坐标为虚拟坐标系中坐标。

将工件放入载具中，移动定位位置，编辑相机参数，使用视觉软件捕捉产品边缘，左边两个相机捕捉线，形成一个焦点p1，右边两个相机捕捉线，两条线交叉形成焦点p2，求出两个点的中心位置p0.X＝(p1.X+p2.X)/2；p0.Y＝(p1.Y+p2.Y)/2；同时以p1、p2计算产品角度R，这样就可以输出x0＝p0.X，y0＝p0.Y，r0＝R；

设置X偏移x’，Y方向偏移y’，角度偏移r’，开始计算dx＝-x0-(x’*cos(r’)-y’*sin(r’)),dy＝-y0-(x’*sin(r’)+y’*cos(r’))；相对移动平台p(dx,dy)的距离，同时在振镜中心旋转刻印图形一个角度(r’+R)；

根据以上步骤，实际测试过大量数据，以下仅仅为测试的部分数据：

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多相机矫正和定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立XY虚拟坐标系，在XY坐标系中建立移动平台，将该移动平台往X轴方向移动±a，形成三个坐标点，再以三个坐标点分别向Y轴移动±b，形成田字形的9个坐标点；

S2、在移动平台初始位置处刻印图案，且每次移动后刻印图形，形成类似九宫格分布的9个图形形成的图案，记录初始位置处的刻印图形的中心在XY坐标系中的坐标m0(X0，Y0)；

S3、以m0为零点建立新的移动平台坐标系(x，y)，并建立移动平台坐标系与XY虚拟坐标系的映射关系f1；

S4、将i个相机组成一个相机组，将九宫格分布的图案分别移动到每个相机下方，记录相机能够拍摄到整体图案的移动平台的位置ni(xi，yi)，其中i为相机编号；建立移动平台坐标系与每一个相机坐标系的映射关系f2；

S5、根据虚拟坐标系与移动平台坐标系的映射关系，建立虚拟坐标系与当前相机坐标系映射关系f3；

S6、通过多个相机获取目标边缘的相机坐标，再映射到虚拟坐标系中。

2.根据权利要求1所述的多相机矫正定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述9个刻印的图形为圆形。

3.根据权利要求1所述的多相机矫正定位方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述相机进入与图案保持垂直。

4.根据权利要求1所述的多相机矫正定位方法，其特征在于，所述相机镜头采用远心镜头。

5.一种玻璃激光切割装置，所述玻璃切割装置采用移动平台，其特征在于，所述玻璃切割装置采用权利要求1至4任一所述的方法进行激光矫正和定位。

6.根据权利要求5所述的玻璃激光切割装置，其特征在于，所述玻璃激光切割装置包括移动平台、激光振镜、激光控制器和相机组，所述激光控制器用于控制激光振镜，并以激光振镜为原点建立XY虚拟坐标系，所述移动平台可以沿XY方向上移动，所述相机组设于移动平台上方。

7.根据权利要求6所述的玻璃激光切割装置，其特征在于，还包括一载具，用于装载待切割玻璃。

8.根据权利要求6所述的玻璃激光切割装置，其特征在于，所有相机组和激光振镜部分为固定位置，移动平台带动产品移动。