CN107804708A - 一种贴装机取料旋转轴的旋转中心定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种贴装机取料旋转轴的旋转中心定位方法,基于CCD机器视觉亚像素级别的识别测量技术,在360°范围内等分角度进行旋转轴旋转,并在每个固定角度采集CCD图像传感器的图像,通过亚像素级别的定位算法识别标准工件,获取该工件在成像平面的精确位置。基于多组精确位置信息,采用最小二乘法拟合平面圆,获得平面圆的高精度位置坐标。本发明方法采用霍夫圆检测算法进行工件定位,不仅图像识别算法简单实用,而且识别算法可以达到亚像素级,鲁棒性好,识别效率高、机床控制便捷。本发明能顺利解决贴装机取料旋转轴及吸嘴的装配误差,为确定取料旋转轴的旋转中心提供了一种高精度的定位方法。
Description
技术领域
本发明涉及贴装机取料旋转轴定位的技术领域,尤其是指一种贴装机取料旋转轴的旋转中心定位方法。
背景技术
在自动化程度较高的行业,如数控加工、快速贴装设备等,绝大部分都应用了旋转轴进行取料及放料操作,在取料及放料过程中都需要高精度高效的工件定位要求。如贴片机等行业中,利用旋转轴接装吸嘴进行取料及放料,取料过程很难保证固定的工件位置,难免造成不可控的相对吸嘴旋转中心的取料偏差Δx,Δy,Δθ,一般需要由贴装设备控制系统配置的CCD图像传感器采集图像与机器视觉技术配套完成。在贴装机装配过程中,旋转轴的安装以及吸嘴的质量等问题,很难保证吸嘴的中心就是旋转轴的中心,因此,旋转中心的精确位置是需要解决的问题。部分不带CCD的贴装设备依靠精密的装配以及示教等微调操作进行补偿,难免引入不必要的工序及未知误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供了一种贴装机取料旋转轴的旋转中心定位方法,能顺利解决贴装机取料旋转轴及吸嘴的装配误差,为确定取料旋转轴的旋转中心提供了一种高精度的定位方法。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案为:一种贴装机取料旋转轴的旋转中心定位方法,所述取料旋转轴上安装有吸嘴,用于吸附标准工件;该方法需要配置有CCD图像传感器,所述CCD图像传感器安装在贴装机上,并与贴装机的控制系统连接,用于获取标准工件的位置图像信号,该方法过程如下:
首先,取料旋转轴通过吸嘴吸取标准工件,并移动到CCD图像传感器的拍照位置,在视场范围内进行移动,同时进行工件识别,记录贴装机坐标及工件识别的图像坐标;
根据上述贴装机坐标及工件识别坐标,根据相似变换及最小二乘法,对该CCD图像传感器进行标定,获得CCD图像传感器与贴装机坐标之间的相似变换矩阵,相似变换矩阵如下:
其中,xmachine、ymachine表示贴装机的坐标,ximage、yimage表示图像坐标,K11、K12、K21、K22、表示变换矩阵对应位置的参数;
要求取公式上述相似变换矩阵,引入线性方程组Y=XK的最小二乘解进行求解相似变换矩阵,相似变换矩阵的解:
K=(XTX)-1XTY
根据线性方程Y=XK最小二乘算法,计算出相似变换矩阵的最小二乘解K=(XTX)- 1XTY,其中,Y=[xmachine ymachine 1]n×3,其中n>3,n取得值越多,相似变换矩阵的值越精确;
计算出贴装机与CCD图像传感器之间的相似变换矩阵,能够知道贴装机的运动会引起多少像素的变化,从而能够获取被识别的工件相对于CCD图像传感器位于贴装机的坐标;
回到拍照位置,开始进行取料旋转轴的动作,对取料旋转轴作等分角度的运动,即能够被360整除的角度运动,并识别在各自角度的工件位置;
进行多次等分角度的转动,直至旋转一圈,即360°旋转,记录多组数值,将这些数值运用最小二乘拟合圆公式进行计算,所得拟合圆的中点就是旋转中心的坐标点,再通过上述获得的相似变换矩阵,就能够知道旋转中心位于CCD图像传感器像素中心点的贴装机坐标,这便是需要求得的旋转中心位置;
其中,对于标准工件的识别,采用霍夫圆检测算法进行工件定位,具体如下:
首先,对采集图像进行预处理,采用高斯滤波算子,滤除图像上的高斯噪声,然后使用Canny边缘检测算法,获取边界轮廓点,同霍夫变换直线检测一样,将圆形的一般性方程转换一种坐标形式表示,要求在设定半径范围内,由于原图像中的边缘点都在同一个圆形上,通过坐标变换,原图像上的这些边缘点都会相交于一个点即圆心坐标点;
为了加快识别圆的效率,这里引入图像金字塔进行初步圆定位,得到初步位置后,再通过最小二乘拟合圆公式,将这些边缘点重新进行圆的拟合,所得结果即为识别结果,而圆的中心即为取料旋转轴的旋转中心,这种定位结果能够达到亚像素级的定位精度。
本发明与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
本发明基于CCD图像传感器对贴装机取料旋转轴的吸嘴吸起的工件进行识别,这里使用霍夫圆检测及最小二乘拟合圆算法,获取亚像素级的识别定位精度。这样的设计能高精度的计算出旋转中心相对CCD的精确坐标,解决在取料旋转轴及吸嘴的装配过程中存在的装配误差问题,大大提高旋转中心的定位精度。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明的贴装机坐标系统和CCD坐标系统的示意图。
图3为本发明的取料旋转轴旋转中心的原理示意图(将识别结果运用最小二乘拟合圆算法拟合出的圆)。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示,本实施例所提供的贴装机取料旋转轴的旋转中心定位方法,主要针对取料旋转轴的安装及吸嘴的偏差问题,即所述取料旋转轴上需安装有吸嘴,用于吸附标准工件,同时该方法需要配置有CCD图像传感器,所述CCD图像传感器安装在贴装机上,并与贴装机的控制系统连接,用于获取标准工件的位置图像信号。CCD图像传感器相对贴装机的零点有一个固定的坐标位置,这个位置可以通过相对基准位置进行测量,本发明对CCD的具体型号无特殊要求,可针对具体应用选择不同参数的CCD图像传感器及镜头,一般的工业相机的帧率都能达到20fps。
以下为本实施例的旋转中心定位方法的具体情况,如下:
本发明是基于CCD图像传感器和机器视觉技术结合贴装机的运动控制平台进行相机与贴装机之间的参数校正。通过运动控制平台,在视场范围内对吸取工件的旋转轴进行多个位置的移动并记录贴装机的坐标及图像识别结果坐标。如图2所示,对图像原始坐标系做一个坐标系转换,使之等同于贴装机的x-y坐标系。
首先,取料旋转轴通过吸嘴吸取标准工件,并移动到CCD图像传感器的拍照位置,在视场范围内进行移动,同时进行工件识别,记录贴装机坐标及工件识别的图像坐标。
根据上述贴装机坐标及工件识别坐标,根据相似变换及最小二乘法,对该CCD图像传感器进行标定,获得CCD图像传感器与贴装机坐标之间的相似变换矩阵,相似变换矩阵如下:
K11、K12、K21、K22、表示变换矩阵对应位置的参数。
要求取公式上述相似变换矩阵,引入线性方程组Y=XK的最小二乘解进行求解相似变换矩阵,相似变换矩阵的解:
K=(XTX)-1XTY
根据线性方程Y=XK最小二乘算法,计算出相似变换矩阵的最小二乘解K=(XTX)- 1XTY,其中,Y=[xmachine ymachine 1]n×3,n>3,其中n取的值越多,取得值越多,相似变换矩阵的值越精确。
计算出贴装机与CCD图像传感器之间的相似变换矩阵,就可以知道贴装机的运动会引起多少像素的变化,从而能够获取被识别的工件相对于CCD图像传感器位于贴装机的坐标。
回到拍照位置,开始进行取料旋转轴的动作,对取料旋转轴作等分角度(即能够被360整除的角度)的运动,并识别在各自角度的工件位置。
进行多次等分角度的转动,直至旋转一圈,即360°旋转,记录多组数值,将这些数值运用最小二乘拟合圆公式进行计算,所得拟合圆的中点就是旋转中心的坐标点,再通过上述获得的相似变换矩阵,就能够知道旋转中心位于CCD图像传感器像素中心点的贴装机坐标,这便是我们需要求得的旋转中心位置。
其中,对于标准工件的识别,我们采用霍夫圆检测算法进行工件定位,具体如下:
首先,对采集图像进行预处理,采用高斯滤波算子,滤除图像上的高斯噪声,然后使用Canny边缘检测算法,采取3×3的梯度算子获取边界轮廓点,同霍夫变换直线检测一样,将圆形的一般性方程转换一种坐标形式表示(在一定半径范围内),由于原图像中的边缘点都在同一个圆形上,通过坐标变换,原图像上的这些边缘点都会相交于一个点即圆心坐标点。
为了加快识别圆的效率,这里引入图像金字塔算法在低分辨率图像上进行初步的圆定位,得到圆的初步位置后再回到原始分辨率,对初始圆的参数范围内选择边缘点,再通过最小二乘拟合圆公式,将这些边缘点重新进行圆的拟合,所得结果即为当前角度条件下,工件的识别结果,这种定位结果可以达到亚像素级的定位精度。
将上面多次旋转的识别结果运用最小二乘拟合圆算法拟合出精确的圆(内圆),如图3所示,内圆的中心即为旋转轴的旋转中心。
圆的曲线方程表示为:
(x-A)2+(y-B)2=R2,圆心:(A,B),半径:R
或圆的一般方程为x2+y2+ax+by+c=0,
其中,
识别的点集(Xi,Yi)到圆心的距离为
点集(Xi,Yi)到圆心的距离平方与半径平方的差为δi:
要使δi的平方和最小,分别对a,b,c三个参数进行求导,并求解线性方程组,可以得到拟合圆的最优参数解。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,故凡依本发明之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种贴装机取料旋转轴的旋转中心定位方法,所述取料旋转轴上安装有吸嘴,用于吸附标准工件;其特征在于:该方法需要配置有CCD图像传感器,所述CCD图像传感器安装在贴装机上,并与贴装机的控制系统连接,用于获取标准工件的位置图像信号,该方法过程如下:
首先,取料旋转轴通过吸嘴吸取标准工件,并移动到CCD图像传感器的拍照位置,在视场范围内进行移动,同时进行工件识别,记录贴装机坐标及工件识别的图像坐标;
根据上述贴装机坐标及工件识别坐标,根据相似变换及最小二乘法,对该CCD图像传感器进行标定,获得CCD图像传感器与贴装机坐标之间的相似变换矩阵,相似变换矩阵如下:
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</mrow>
其中,xmachine、ymachine表示贴装机的坐标,ximage、yimage表示图像坐标,K11、K12、K21、K22、表示变换矩阵对应位置的参数;
要求取公式上述相似变换矩阵,引入线性方程组Y=XK的最小二乘解进行求解相似变换矩阵,相似变换矩阵的解:
K=(XTX)-1XTY
根据线性方程Y=XK最小二乘算法,计算出相似变换矩阵的最小二乘解K=(XTX)-1XTY,其中,Y=[xmachine ymachine 1]n×3,n>3,其中n取的值越多,相似变换矩阵的值越精确;
计算出贴装机与CCD图像传感器之间的相似变换矩阵,能够知道贴装机的运动会引起多少像素的变化,从而能够获取被识别的工件相对于CCD图像传感器位于贴装机的坐标;
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