CN106524910A - 执行机构视觉校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种执行机构视觉校准方法，包括启动测试校准程序，执行单元拾取校准工装内的校准片并返回至部品相机的成像范围内；执行单元沿执行机构的X轴方向移动，校准部品相机与执行机构的X轴方向的夹角及部品相机的比例系数；执行单元带动校准片旋转，确定执行单元的旋转中心数据；执行单元将校准片放置在工作平台上，标记相机沿执行机构的X轴方向移动，并校准标记相机的比例系数；确定执行单元与标记相机之间的相对位置数据；比较校准数据与理论数据的差值，在差值符合要求时，结束校准过程；否则，循环执行上述步骤。利用上述发明能够减少校准过程中的人为干预，提高执行机构的视觉校准精度。

Description

执行机构视觉校准方法

技术领域

本发明涉及视觉校准技术领域，更为具体地，涉及一种执行机构视觉校准方法。

背景技术

随着机器视觉技术应用的日渐广泛，视觉项目变得错综复杂，同时对视觉系统的精度要求也越来越高。而高精度的系统校准是机器视觉系统能够进行精密测量和检测的前提和基础。

在通用执行机构XY平台的应用过程中，通常要对执行机构的多个参数进行视觉校准，如视觉单元与运动轴之间的夹角，视觉比例系数，执行机构旋转中心的位置等等，这些校准是实现设备自动运行的根本。

目前，对执行机构的校准主要采用手动校准方式，该校准方式由于人为参与，对操作人员的要求较高；此外，还要预先对校准人员进行系统培训，校准时间较长，精度低，作业量大。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种执行机构视觉校准方法，以解决目前人工校准存在的时间长、精度低、作业量大等问题。

根据本发明提供一种执行机构视觉校准方法，执行机构包括工作平台、设置在工作平台上的执行单元、部品相机和标记相机；校准方法包括：启动测试校准程序，执行单元拾取校准工装内的校准片并返回至部品相机的成像范围内；执行单元沿执行机构的X轴方向移动，校准部品相机与执行机构的X轴方向的夹角及部品相机的比例系数；执行单元带动校准片旋转，并根据部品相机与执行机构的X轴方向的夹角及部品相机的比例系数，确定执行单元的旋转中心数据；执行单元将校准片放置在工作平台上，标记相机沿执行机构的X轴方向移动，并校准标记相机的比例系数；通过部品相机与执行机构的X轴方向的夹角、部品相机的比例系数以及标记相机的比例系数确定执行单元与标记相机之间的相对位置数据；比较校准数据与理论数据的差值，在差值符合要求时，结束校准过程；否则，循环执行上述步骤；其中，校准数据包括执行单元与标记相机的相对位置数据、执行单元的旋转中心数据。

此外，优选的方案是，比例系数为像素与距离之间的转换函数的系数，通过比例系数将部品相机或者标记相机的像素信息转换为位置信息。

此外，优选的方案是，执行单元为吸头或者夹爪。

此外，优选的方案是，执行机构还包括PLC控制系统；校准数据传输至PLC控制系统处理。

此外，优选的方案是，在处理各校准数据之前，通过PLC控制系统对部品相机和标记相机的坐标系进行变换，使得部品相机和标记相机的坐标系与预设坐标系相统一。

此外，优选的方案是，当校准数据符合要求时，将校准数据保存至PLC控制系统。

此外，优选的方案是，当校准数据与理论数据的差值均小于0.01mm时，表示校准数据符合要求。

此外，优选的方案是，执行单元包括设置在工作平台两侧的第一执行单元和第二执行单元；对应地，部品相机包括与第一执行单元和第二执行单元分别对应的第一部品相机和第二部品相机。

此外，优选的方案是，部品相机和标记相机采用CCD。

此外，优选的方案是，在启动测试校准程序之前，对标记相机与执行机构的X轴方向之间的夹角进行手动校准；其中，反复查看校准工装的放置区在执行机构的Y轴方向上的坐标，调整标记相机的角度，使得标记相机的角度误差小于0.1pix。

利用上述根据本发明的执行机构视觉校准方法，通过将校准片放置在执行机构的指定位置，启动校准程序，通过各相机与校准片之间的配合，实现对执行机构的自动视觉校准，且可循环校准直至校准结果符合要求，能够加快执行机构的视觉校准时间，提高校准精度和一致性。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的执行机构视觉校准方法流程图；

图2为根据本发明另一实施例的执行机构视觉校准方法流程图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

为详细描述本发明实施例的执行机构视觉校准方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的执行机构视觉校准方法流程。

如图1所示，该实施例的执行机构视觉校准方法，其中的执行机构包括工作平台、设置在工作平台上的执行单元、部品相机和标记相机等；该执行机构的视觉校准方法包括以下步骤：

S110：启动测试校准程序，执行单元拾取校准工装内的校准片并返回至对应侧的部品相机的成像范围内。

其中，在启动测试校准程序之前，首先对标记相机与执行机构的X轴方向之间的夹角进行手动校准；即在标记相机的视野范围内反复查看校准片的放置位置在执行机构的Y轴方向上的坐标，从而调整标记相机的角度，使得标记相机的角度误差小于0.1pix(像素)，然后再进行其他各参数的自动校准。

具体地，先将校准片放置在校准工装内，校准工装则固定在执行机构的特定位置，然后在显示屏或者触摸屏上操作，启动测试校准程序并确定，在执行单元拾取校准工装内的校准片后，返回至部品相机的成像范围内(或者视野范围内)。

S120：执行单元带动其上的校准片在执行机构的X轴方向上移动，从而校准部品相机与执行机构的X轴之间的夹角以及部品相机的比例系数。

其中，为确保部品相机与执行机构的X轴夹角以及部品相机的比例系数的准确性，在执行单元的移动过程中，执行单元可以带动校准片在X轴方向上步进若干次，通过部品相机获取校准片的移动位置数据，并通过系统分析获取与部品相机相关的校准数据(包括比例系数、与执行机构的X轴方向之间的夹角等)。

S130：执行单元带动校准片旋转，并根据部品相机与执行机构的X轴方向之间的夹角以及部品相机的比例系数，确定执行单元的旋转中心数据。

其中，执行单元在部品相机的视野范围内带动校准片进行若干次旋转，并根据步骤S120获取的有关部品相机的校准数据，进一步确定执行单元的旋转中心数据。

S140：执行单元将校准片放置在工作平台上，标记相机沿执行机构的X轴方向移动，并校准标记相机的比例系数。

其中，执行单元将校准片放置在执行机构的工作平台上，然后在执行机构的X轴方向上多次往复移动标记相机，通过标记相机对校准片配合，确定标记相机的比例系数。

S150：通过部品相机与执行机构的X轴方向之间的夹角、部品相机的比例系数以及标记相机的比例系数，确定执行单元与标记相机之间的相对位置数据。

其中，获取执行单元与标记相机之间的相对位置数据后，在对产品进行加工生产过程中，即可根据该相对位置数据，获取放置产品的精确位置。

S160：比较校准数据与理论数据的差值是够符合要求，当该差值符合要求时，视觉校准结束；否则，重复执行上述各步骤，直至执行机构的校准数据符合要求为止。

其中，校准数据包括执行单元与标记相机的相对位置数据、执行单元的旋转中心数据。对步骤S150中的相对位置数据进行检验时，当校准数据与理论数据的差值均小于0.01mm时，表示校准数据符合要求，此时可以将校准数据进行保存，以备执行机构工作过程中使用。

需要说明的是，本发明实施例中的比例系数(包括部品相机的比例系数和标记相机的比例系数)为像素与距离之间的转换函数的系数，通过比例系数可以将部品相机或者标记相机的像素信息转换为表示距离的信息，从而获取与相机有关的位置关系，方便数据的计算及存储。

此外，视觉校准方法所针对的执行单元可以是吸头(吸嘴)或者夹爪等在电子加工技术领域具有执行能力的单元或者模块，通过视觉校准能够提高执行单元的执行精度，确保相关产品的质量及生产效率。

在本发明实施例的执行机构视觉校准方法中，执行机构还包括PLC(ProgrammableLogic Controller，可编程逻辑控制器)控制系统，校准数据传输至PLC控制系统进行处理或者存储。当校准数据符合要求时，即校准数据与理论数据的差值均小于0.01mm时，可以将校准数据保存至PLC控制系统中对应的存储区域。

由于部品相机或者标记相机在执行机构的安装位置不同，会导致各相机之间的坐标系和用户定义的坐标系不一致，因此，在处理各校准数据之前，首先要进行坐标变换和坐标统一，将各相机的坐标统一成用户坐标系，再通过计算将坐标单位统一转换为mm，然后对校准获取的校准数据进行计算或者存储。

此外，为方便操作人员对执行机构的控制，还可以设置显示屏或者触摸屏，通过显示屏或者触摸屏设定原始的理论数据并对校准后的校准数据进行显示，在视觉校校准结束后，可以弹出对话框确认是否将校准后的数据(即校准数据)写入PLC控制系统的参数区，如果是，则保存该校准数据；否则，不进行保存。其中，校准数据可以包括执行单元与标记相机的相对位置数据、执行单元的旋转中心数据，以及部品相机与执行机构的X轴方向之间的夹角及其比例系数等。

此外，本发明实施例中的部品相机或者标记相机可以采用CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)，其能够把光学影响转化为数字信号，CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)，一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。

为详细描述本发明实施例的执行机构视觉校准方法，以下将以执行机构为FPC自动补强机的实施例，具体描述对其进行视觉校准的方法。

其中，FPC自动补强机包括工作平台、设置在工作平台左右两侧的左执行单元和右执行单元、分别对应左执行单元、右执行单元的左部品相机和右部品相机，以及一个标记相机，校准工装设置在工作平台的一侧。即，执行单元包括设置在工作平台两侧的第一执行单元(左执行单元)和第二执行单元(右执行单元)；对应地，部品相机包括与第一执行单元和第二执行单元分别对应的第一部品相机(左部品相机)和第二部品相机(右部品相机)。

图2示出了根据本发明另一实施例的执行机构视觉校准方法流程。

如图2所示，该实施例的执行机构视觉校准方法包括：

S210：启动视觉校准程序，将两片校准片放置在对应的校准工装内，并点击确认视觉校准开始。

其中，在启动视觉校准程序之前，需要人工对标记相机与执行机构X轴方向之间的夹角进行手动校准，在标记相机的视野范围内反复查看校准工装或者校准工装内的校准片在执行机构的Y后方向上的坐标，精确调整标记相机的角度，使其误差小于0.1pix，然后执行S210步骤。

S220：左执行单元拾取位于校准工装左侧的左校准片并返回至左部品相机的视觉范围内(左部品相机的视觉校准准备位置)；同时，右执行单元拾取位于校准工装右侧的右校准片并返回至右部品相机的视觉范围内(右部品相机的视觉校准准备位置)。

S231：左执行单元带动左校准片沿执行机构的X轴方向步进若干次，以确定左部品相机与执行机构的X轴的夹角以及左部品相机的比例系数。

S232：与步骤S231同步进行，右执行单元带动右校准片沿执行机构的X轴方向步进若干次，以确定右部品相机与执行机构的X轴的夹角以及左部品相机的比例系数。

S241：左执行单元带动左校准片旋转若干次，以确定左执行单元的旋转中心数据。

S242：与步骤S241同步进行，右执行单元带动右校准片旋转若干次，以确定右执行单元的旋转中心数据。

S250：左执行单元将左校准放置在工作平台上。

S260：标记相机沿执行机构机构的X轴方向往复移动若干次，以确定标记相机的比例系数以及左执行单元和标记相机之间的相对位置数据。

S270：右执行单元将右校准片放置在工作平台上。

S280：标记相机沿执行机构机构的X轴方向往复移动若干次，通过标记相机的比例系数确定右执行单元和标记相机之间的相对位置数据。

S290：判断各校准数据是否符合要求，通过将校准数据与理论数据进行比较，当二者之间的差值小于0.01mm时，可以判定此次视觉校准的校准数据符合要求，并结束校准过程；否则，循环执行步骤S210至S290，直至校准数据符合要求。

其中，校准数据包括左部品相机与执行机构X轴方向之间的夹角、左部品相机的比例系数、右部品相机与执行机构X轴方向之间的夹角、右部品相机的比例系数、标记相机的比例系数、左执行单元的旋转中心的位置数据(旋转中心数据)、右执行单元的旋转中心的位置数据。

需要说明的是，步骤S250和步骤S280的顺序可以相互调整，即在获取标记相机的比例系数时，可以先通过右执行单元将右校准片放置在工作平台上，获取标记相机的比例系数以及右执行单元与标记相机之间的相对位置数据；然后，通过左执行单元将左校准片放置在工作平台上，获取左执行单元与标记相机之间的相对位置数据。

通过上述实施方式可以看出，本发明提供的执行机构视觉校准方法，将校准工装放置在执行机构的特定位置，操作人员启动校准程序，即可实现对执行机构的自动视觉校准，校准时间可小于3min，能够减少手工校准的人为干预，加快校准速度，提高校准精度和一致性；此外，还可以对校准数据进行校验，使最终执行机构的动作精度达到±0.075mm。

如上参照图1和图2以示例的方式描述根据本发明的执行机构视觉校准方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的执行机构视觉校准方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种执行机构视觉校准方法，所述执行机构包括工作平台、设置在所述工作平台上的执行单元、部品相机和标记相机；所述校准方法包括：

启动测试校准程序，所述执行单元拾取校准工装内的校准片并返回至所述部品相机的成像范围内；

所述执行单元沿所述执行机构的X轴方向移动，校准所述部品相机与所述执行机构的X轴方向的夹角及所述部品相机的比例系数；

所述执行单元带动所述校准片旋转，并根据所述部品相机与所述执行机构的X轴方向的夹角及所述部品相机的比例系数，确定所述执行单元的旋转中心数据；

所述执行单元将所述校准片放置在所述工作平台上，所述标记相机沿所述执行机构的X轴方向移动，并校准所述标记相机的比例系数；

通过所述部品相机与所述执行机构的X轴方向的夹角、所述部品相机的比例系数以及所述标记相机的比例系数确定所述执行单元与所述标记相机之间的相对位置数据；

比较校准数据与理论数据的差值，在所述差值符合要求时，结束校准过程；否则，循环执行上述步骤；其中，所述校准数据包括执行单元与所述标记相机的相对位置数据、所述执行单元的旋转中心数据。

2.如权利要求1所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

所述比例系数为像素与距离之间的转换函数的系数，通过所述比例系数将所述部品相机或者所述标记相机的像素信息转换为位置信息。

3.如权利要求1所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

所述执行单元为吸头或者夹爪。

4.如权利要求1所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，所述执行机构还包括PLC控制系统；

所述校准数据传输至所述PLC控制系统处理。

5.如权利要求4所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

在处理各校准数据之前，通过所述PLC控制系统对所述部品相机和所述标记相机的坐标系进行变换，使得所述部品相机和所述标记相机的坐标系与预设坐标系相统一。

6.如权利要求4所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

当所述校准数据符合要求时，将所述校准数据保存至所述PLC控制系统。

7.如权利要求1所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

当所述校准数据与所述理论数据的差值均小于0.01mm时，表示所述校准数据符合要求。

8.如权利要求1所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

所述执行单元包括设置在所述工作平台两侧的第一执行单元和第二执行单元；对应地，

所述部品相机包括与所述第一执行单元和所述第二执行单元分别对应的第一部品相机和第二部品相机。

9.如权利要求1所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

所述部品相机和所述标记相机采用CCD。

10.如权利要求1所述的执行机构视觉校准方法，其特征在于，

在启动测试校准程序之前，对所述标记相机与所述执行机构的X轴方向之间的夹角进行手动校准；其中，

反复查看所述校准工装的放置区在所述执行机构的Y轴方向上的坐标，调整所述标记相机的角度，使得所述标记相机的角度误差小于0.1pix。