CN106493495A - 高精密机器视觉定位系统 - Google Patents
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Abstract
高精密机器视觉定位系统，它涉及焊接机器人技术领域。它包含高精密工业镜头和高精度工业相机，高精密工业镜头连接在高精度工业相机的下端，且高精密工业镜头的端部设置有LED光源；高精度工业相机与图像处理系统连接，图像处理系统与监视系统连接。所述的高精密工业镜头和高精度工业相机通过锁定旋钮连接在一起。主要用于待焊接工件的精密定位与位置追踪，通过高精密光学成像与图像信号处理及追踪原理，分别通过平面拍照定位和斜面拍照定位两次定位，为整个机器人系统提供精确的位置定位，以确保焊接质量、焊接效率以及焊接的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及焊接机器人技术领域，具体涉及一种高精密机器视觉定位系统。
背景技术
随着先进制造技术的发展，实现焊接的自动化与智能化已成为必然的趋势。目前，采用机器人焊接已成为焊接自动化技术的主要标志。焊接机器人由于具有通用性强、工作可靠的优点，受到人们越来越多的重视。
基于机器视觉的研究是当前机器人领域的热点之一。电子行业竞争越来越激烈，各个厂家需要越来越先进的生产设备和系统来扩大自己的生产、增进效率、降低成本。对于焊接工艺，机器人在各行各业应用越来越广泛。目前机器人应用以示教编程为主，但是由于装卡误差等因素，导致针对某一个工件示教的机器人程序，焊接其他工件时，会有很大误差。实际焊接中，由于加工和装配误差造成的焊缝位置和尺寸的变化，使焊接机器人无法按照事先编程或示教好的轨迹进行焊接或者焊接质量下降。因此，开发具有在线定位功能的机器人柔性化系统对于提高焊接质量及降低成本有重要的意义。
机器人视觉焊缝跟踪系统包括n关节弧焊机器人及控制器；安装在机器人手臂末端的传感器系统，包括激光视觉传感器和视觉图像处理器两大部分。激光视觉传感器又由激光发生器和CCD摄像机构成，采用这样的设计，图像清晰度一般，焦距调节范围小，不能适应不同尺寸的元器件成像与精密图像识别；图像识别率较差，且图像失真程度较高，这些缺陷造成焊接质量不高、焊接精度不足的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过高精密光学成像与图像信号处理及追踪原理，分别通过平面拍照定位和斜面拍照定位两次定位，为整个机器人系统提供精确的位置定位，以确保焊接质量、焊接效率以及焊接可靠性的高精密机器视觉定位系统。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种高精密机器视觉定位系统，它包含高精密工业镜头和高精度工业相机，高精密工业镜头连接在高精度工业相机的下端，且高精密工业镜头的端部设置有LED光源；高精度工业相机与图像处理系统连接，图像处理系统与监视系统连接。
作为本发明的进一步改进；所述的视觉定位系统通过X轴伺服电机、Z轴伺服电机和伺服驱动器连接至焊接机器人的中央控制系统。
作为本发明的进一步改进；所述的高精密工业镜头和高精度工业相机通过锁定旋钮连接在一起。
本发明的工作原理：在LED光源补充的环境下，由高精密工业镜头对待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）进行光学成像，并将捕捉到的高清影像传送到高精度工业相机中，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，再传送给图像处理系统。图像处理系统对这些信号进行运算、分析与处理，并抽取目标的信号特征。系统根据待焊接工件的实时位置与信号特征计算出工件位置的偏差，将偏差结果发送给中央控制系统，并在中央控制系统的整体协调下，对待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）的位置与角度进行精密调准，从而实现精密定位目的。
采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：
1、百万像素以上级精密定焦功能，图像清晰度极高。
2、广角、大范围焦距调节，适应不同尺寸的元器件成像与精密图像识别。
3、增强型边缘光量比设计，在边缘也可捕捉到清晰、鲜明的影像，图像识别率极高。
4、聚焦系统采用新式的后聚焦方式，从而提升了微距及最小拍摄物距时的光学性能，实现了高精度的图像识别。
5、抗振动、抗冲击设计，不仅采用了坚固的镜头主体，还设计配备了锁定旋钮，从而消除了使用过程中抖动、偏焦、光量变化等问题，极大地提高了工件定位的可靠性与稳定性。
6、高质量图像输入与信号处理系统，图像失真程度降低到极限值。
7、主要用于待焊接工件的精密定位与位置追踪，通过高精密光学成像与图像信号处理及追踪原理，分别通过平面拍照定位和斜面拍照定位两次定位，为整个机器人系统提供精确的位置定位，并在中央控制系统的协调管理下，使得三维立体旋转平台、点胶系统、焊接系统、待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）的位置始终保持在最佳状态，以确保焊接质量、焊接效率以及焊接的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的实施例的结构示意图；
图2为本发明所提供的实施例工件平面定位拍照示意图；
图3为本发明所提供的实施例工件斜面定位拍照示意图；
附图标记：
1—监视系统；2—图像处理系统；3—高精度工业相机；4—高精密工业镜头；5—LED光源。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种高精密机器视觉定位系统，它包含监视系统1、图像处理系统2、高精度工业相机3、高精密工业镜头4、LED光源5，高精密工业镜头4连接在高精度工业相机3的下端，且高精密工业镜头4的端部设置有LED光源5；高精度工业相机3与图像处理系统2连接，图像处理系统2与监视系统1连接。所述的高精密工业镜头4和高精度工业相机3通过锁定旋钮连接在一起。
本具体实施方式通过X轴伺服电机、Z轴伺服电机和伺服驱动器连接至焊接机器人的中央控制系统。
所述的高精度工业相机3和高精密工业镜头4的作用是在定位的过程中将待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）的图像位置进行光学成像，并对待焊接工件关键位置进行识别、捕捉并存储。
所述的LED光源5作用是为高精密镜头提供充足的光源，方便高精密镜头的图像识别。
所述的图像信号处理系统2是通过图像处理与定位专用系统，对经过前置放大、滤波及数字化处理后的高清晰图像信号，进行运算、分析与处理，根据待焊接工件的实时位置计算出工件位置的偏差，将偏差结果发送给中央控制系统，并在中央控制系统的整体协调下，对待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）位置进行精密调准，从而实现精密定位目的。
所述的监视系统1的作用是将工件定位的过程清晰地在显示器屏幕上显示出来，便于操作员工观察整个定位过程是否工作正常，并可以根据需要，随时进行人工微调与设置。
本具体实施方式在LED光源5补充的环境下，由高精密工业镜头4对待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）进行光学成像，并将捕捉到的高清影像传送到高精度工业相机3中，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，再传送给图像处理系统2。图像处理系统2对这些信号进行运算、分析与处理，并抽取目标的信号特征。系统根据待焊接工件的实时位置与信号特征计算出工件位置的偏差，将偏差结果发送给中央控制系统，并在中央控制系统的整体协调下，对待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）的位置与角度进行精密调准，从而实现精密定位目的。
本具体实施方式的工作流程为：
1、开始工作，在三维立体旋转台控制系统的配合下，对待焊接工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）进行定位拍照：
2、工件平面定位拍照：机器视觉定位系统的X轴伺服电机、三维旋转平台的Y轴伺服电机先运行到平面定位拍照的预设位置，然后机器视觉定位系统的Z轴伺服电机再运行到平面定位拍照的预设位置，开始对工件（元器件PIN脚与PCB板或软基板焊盘）进行平面定位拍照。根据视觉系统测算出来的偏差值，三维立体旋转平台W轴转动，对旋转台上工件水平位置进行精准微调，完成平面定位拍照（如图2）。
3、工件斜面定位拍照：首先三维立体旋转平台的U轴伺服电机旋转运行，使旋转台翻转到预设的角度（预设角度为45°），然后机器视觉定位系统的X轴伺服电机、三维立体旋转平台Y轴伺服电机运行到斜面定位拍照的预设位置，最后机器视觉定位系统Z轴伺服电机再运行到斜面定位拍照的预设位置，开始对工件进行斜面定位拍照，根据视觉系统测算出来的偏差值，机器视觉定位系统X轴伺服电机、三维立体旋转平台Y轴伺服电机运行，对旋转台上工件垂直角度位置及水平位置进行精准微调，完成斜面定位拍照（如图3）。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.高精密机器视觉定位系统，其特征在于，它包含高精密工业镜头和高精度工业相机，高精密工业镜头连接在高精度工业相机的下端，且高精密工业镜头的端部设置有LED光源；高精度工业相机与图像处理系统连接，图像处理系统与监视系统连接。
2.根据权利要求1所述的高精密机器视觉定位系统，其特征在于，所述的视觉定位系统通过X轴伺服电机、Z轴伺服电机和伺服驱动器连接至焊接机器人的中央控制系统。
3.根据权利要求1所述的高精密机器视觉定位系统，其特征在于，所述的高精密工业镜头和高精度工业相机通过锁定旋钮连接在一起。
4.根据权利要求1所述的高精密机器视觉定位系统，其特征在于，在LED光源补充的环境下，由高精密工业镜头对待焊接工件进行光学成像，并将捕捉到的高清影像传送到高精度工业相机中，根据像素分布和亮度、颜色信息，转变成数字化信号，再传送给图像处理系统；图像处理系统对这些信号进行运算、分析与处理，并抽取目标的信号特征；系统根据待焊接工件的实时位置与信号特征计算出工件位置的偏差，将偏差结果发送给中央控制系统，并在中央控制系统的整体协调下，对待焊接工件的位置与角度进行精密调准，从而实现精密定位目的。
5.高精密机器视觉定位系统，其特征在于，它的工作流程为：
（1）、开始工作，在三维立体旋转台控制系统的配合下，对待焊接工件进行定位拍照：
（2）、工件平面定位拍照：机器视觉定位系统的X轴伺服电机、三维旋转平台的Y轴伺服电机先运行到平面定位拍照的预设位置，然后机器视觉定位系统的Z轴伺服电机再运行到平面定位拍照的预设位置，开始对工件进行平面定位拍照；根据视觉系统测算出来的偏差值，三维立体旋转平台W轴转动，对旋转台上工件水平位置进行精准微调，完成平面定位拍照；
（3）、工件斜面定位拍照：首先三维立体旋转平台的U轴伺服电机旋转运行，使旋转台翻转到预设的角度，预设角度为45°，然后机器视觉定位系统的X轴伺服电机、三维立体旋转平台Y轴伺服电机运行到斜面定位拍照的预设位置，最后机器视觉定位系统Z轴伺服电机再运行到斜面定位拍照的预设位置，开始对工件进行斜面定位拍照，根据视觉系统测算出来的偏差值，机器视觉定位系统X轴伺服电机、三维立体旋转平台Y轴伺服电机运行，对旋转台上工件垂直角度位置及水平位置进行精准微调，完成斜面定位拍照。
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