CN108073097A - 工业机器人的图像处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业机器人的图像处理装置，包括信号触发单元、图像处理单元和CCD图像传感器，信号触发机构能发送触发信号给图像处理单元，图像处理单元能接收和处理触发信号，并将处理后的触发信号传送给CCD图像传感器；CCD图像传感器根据触发信号进行图像数据采集，并将采集到的图像数据传送给图像处理单元；图像处理单元对接收到的图像数据进行处理、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息，同时图像处理单元还通过PCIe总线将所得加工工件的位置坐标及角度信息传送给工业计算机主板；本发明不仅减少了触发信号的传输链路，还使得图像处理单元与工业计算机主板之间的传输数据量也大大减少，有效提升了系统整体的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体提供一种工业机器人的图像处理装置。
背景技术
目前，带视觉装置的工业机器人被广泛应用于流水线组装、搬运等生产中。应用于工业机器人中的视觉装置一般由工业面阵相机和工业PC机组成，其中工业相机一般采用面阵CCD，且工业相机与工业PC(或工业计算机主板)采用千兆以太网进行数据传输。另外，相机触发信号一般有两种产生方式，分别为：①系统工位内的传感器触发input信号，通过带PCIe总线的I/O卡以PCIe总线协议方式传送给工业PC；②通过机器人控制器发送output触发信号给I/O卡，或以以太网数据包形式直接发送给工业PC，再经过工业PC和以太网传送至工业相机。上述两种触发信号的传输链路以及图像数据传输处理方式，延时一般在几十至几百毫秒。
上述带视觉装置的工业机器人的操作步骤为：
1)机器人应用系统中的传感器到位产生触发信号；
2)工业PC机查询或等待触发信号有效；
3)工业PC发送触发信号给相机；
4)工业相机进行图像采集；
5)工业相机原始图像数据包传送给工业PC；
6)工业PC进行图像处理，计算坐标数据；
7)工业PC将坐标数据转换成机器人运动指令。
在上述整个操作步骤中，所有计算工作基本由工业PC完成，工作流程为串行方式，从工业相机触发信号产生至整个图像数据包传送给工业PC的数据链路偏长，数据量偏大，从而导致系统工作效率低，执行机构(如机器人)需等待图像处理过程。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种工业机器人的图像处理装置，其传输数据量小，工作效率。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种工业机器人的图像处理装置，包括信号触发单元、图像处理单元和CCD图像传感器，其中，所述信号触发机构能够发送触发信号给所述图像处理单元，所述图像处理单元能够接收和处理该触发信号，并将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器；所述CCD图像传感器根据触发信号进行图像数据采集，并还将采集到的图像数据传送给所述图像处理单元；所述图像处理单元对接收到的图像数据进行处理、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息，同时，所述图像处理单元还通过PCIe总线将所得加工工件的位置坐标及角度信息传送给工业计算机主板。
作为本发明的进一步改进，所述信号触发单元包括有机器人控制器和多个设置于加工工位上的传感器。
作为本发明的进一步改进，所述图像处理单元主要集成有触发信号接口、Cameralink接口、现场可编程门阵列、数字信号处理器和图像样本模型，所述触发信号接口、Cameralink接口和数字信号处理器皆分别与所述现场可编程门阵列双向连接，所述图像样本模型与所述数字信号处理器电连接；
其中，所述信号触发单元通过所述触发信号接口电性连接于所述现场可编程门阵列，所述现场可编程门阵列能够接收和处理所述信号触发单元传送过来的触发信号，并还将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器；所述CCD图像传感器通过所述Cameralink接口将其采集到的图像数据传送给所述现场可编程门阵列，所述现场可编程门阵列能够接收该图像数据，并协同所述数字信号处理器及图像样本模型一起对该图像数据进行处理、比较、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息，同时，所述现场可编程门阵列还通过PCIe总线将所得加工工件的位置坐标及角度信息传送给所述工业计算机主板。
作为本发明的进一步改进，所述图像处理单元还集成有一用以存储该图像数据的原始数据的DDR存储器，所述DDR存储器与所述数字信号处理器双向连接，且所述DDR存储器中存储的数据作为所述数字信号处理器的源数据。
作为本发明的进一步改进，实现所述现场可编程门阵列能够接收和处理所述信号触发单元传送过来的触发信号，并还将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器的具体结构为：所述现场可编程门阵列集成有一与所述触发信号接口双向连接的触发信号选择模块、一与所述触发信号选择模块电连接的逻辑处理及脉宽调制模块、以及一电连接于所述逻辑处理及脉宽调制模块与所述CCD图像传感器之间的触发脉冲输出模块，其中，所述触发信号选择模块通过所述触发信号接口能够接收所述信号触发单元传送过来的触发信号，并对该触发信号进行配置选择后传送给所述逻辑处理及脉宽调制模块，所述逻辑处理及脉宽调制模块对接收到的触发信号进行逻辑和脉宽调制处理，得到使所述CCD图像传感器有效触发的脉冲信号，所述触发脉冲输出模块接收到该脉冲信号后传送给所述CCD图像传感器；
实现所述现场可编程门阵列能够接收该图像数据，并协同所述数字信号处理器及图像样本模型一起对该图像数据进行处理、比较、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息的具体结构为：所述现场可编程门阵列还集成有图像数据协议转换模块、滤波处理模块、特征图像筛选模块、特征图像存储模块和计算数据存储模块，其中，所述图像数据协议转换模块、滤波处理模块、特征图像筛选模块和特征图像存储模块依次连接，所述图像数据协议转换模块通过所述Cameralink接口能够接收所述CCD图像传感器传送过来的图像数据，并将该图像数据转换成图像特征值数据；所述滤波处理模块和特征图像筛选模块依次对该图像特征值数据进行滤波平滑处理和特征筛选处理后，得到特征图像数据包并存储于所述特征图像存储模块中；
所述数字信号处理器能够获取所述特征图像存储模块中的特征图像数据包，并协同所述图像样本模型一起对该特征图像数据包进行比较和计算，得到图像坐标及角度数据并存储于所述计算数据存储模块中；另外，所述计算数据存储模块还通过所述PCIe总线连接于所述工业计算机主板。
作为本发明的进一步改进，所述数字信号处理器主要集成有特征图像处理模块和特征图像计算模块，所述特征图像处理模块电连接于所述特征图像存储模块，以获取所述特征图像存储模块中的特征图像数据包；所述特征图像计算模块电连接于所述特征图像处理模块与所述计算数据存储模块之间，以对该特征图像数据包进行计算。
作为本发明的进一步改进，所述图像样本模型电连接于所述特征图像计算模块；
所述DDR存储器电连接于所述特征图像处理模块与特征图像计算模块之间。
作为本发明的进一步改进，所述CCD图像传感器采用面阵CCD图像传感器。
本发明的有益效果是：相较于现有技术，本发明一方面将触发信号的传输方式由总线传输转换成硬件传输，大大减少了触发信号的传输链路；另一方面设计由图像处理单元完成计算工作，并将计算结果传送给工业计算机主板，使得图像处理单元与工业计算机主板之间的传输数据量也大大减少，基本不影响工业计算机与其它组件之间的PCIe通讯传输，多个机构可并行工作；从而有效提升了系统整体的工作效率。
附图说明
图1为本发明所述工业机器人的图像处理装置的结构原理方框示意图；
图2为本发明所述图像处理单元的结构原理方框示意图；
图3为本发明所述工业机器人的图像处理装置的工作原理方框示意图。
结合附图，作以下说明：
1——信号触发单元
2——图像处理单元
20——触发信号接口
21——Cameralink接口
22——现场可编程门阵列
23——数字信号处理器
24——图像样本模型
25——DDR存储器
220——触发信号选择模块
221——逻辑处理及脉宽调制模块
222——触发脉冲输出模块
223——图像数据协议转换模块
224——滤波处理模块
225——特征图像筛选模块
226——特征图像存储模块
227——计算数据存储模块
228——PCIe总线接口
230——特征图像处理模块
231——特征图像计算模块
3——CCD图像传感器
4——工业计算机主板
具体实施方式
下面参照图对本发明的优选实施例进行详细说明。
实施例1：
参阅说明书附图1所示，其为本发明所述工业机器人的图像处理装置的结构原理方框示意图。该工业机器人的图像处理装置包括信号触发单元1、图像处理单元2和CCD图像传感器3，其中，所述信号触发机构1能够发送触发信号给所述图像处理单元2，所述图像处理单元2能够接收和处理该触发信号，并将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器3；所述CCD图像传感器3根据触发信号进行图像数据采集，并还将采集到的图像数据传送给所述图像处理单元2；所述图像处理单元2对接收到的图像数据进行处理、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息，同时，所述图像处理单元2还通过PCIe总线将所得加工工件的位置坐标及角度信息传送给工业计算机主板4。
优选的，所述信号触发单元1包括有机器人控制器和多个设置于加工工位上的传感器。
优选的，参阅说明书附图2所示，所述图像处理单元2主要集成有触发信号接口20、Cameralink接口21、现场可编程门阵列(FPGA)22、数字信号处理器(DSP)23和图像样本模型24，所述触发信号接口20、Cameralink接口21和数字信号处理器23皆分别与所述现场可编程门阵列22双向连接，所述图像样本模型24与所述数字信号处理器23电连接；
其中所述信号触发单元1通过所述触发信号接口20电性连接于所述现场可编程门阵列22，所述现场可编程门阵列22能够接收和处理所述信号触发单元1传送过来的触发信号，并还将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器3；所述CCD图像传感器3通过所述Cameralink接口21将其采集到的图像数据传送给所述现场可编程门阵列22，所述现场可编程门阵列22能够接收该图像数据，并协同所述数字信号处理器23及图像样本模型24一起对该图像数据进行处理、比较、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息，同时，所述现场可编程门阵列22还通过PCIe总线将所得加工工件的位置坐标及角度信息传送给所述工业计算机主板4。
另外，所述图像处理单元2还集成有一用以存储该图像数据的原始数据的DDR存储器25，所述DDR存储器25与所述数字信号处理器23双向连接，且所述DDR存储器25中存储的数据作为所述数字信号处理器23的源数据。
进一步优选的，参阅说明书附图3所示，实现所述现场可编程门阵列22能够接收和处理所述信号触发单元1传送过来的触发信号，并还将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器3的具体结构为：所述现场可编程门阵列22集成有一与所述触发信号接口20双向连接的触发信号选择模块220、一与所述触发信号选择模块220电连接的逻辑处理及脉宽调制模块221、以及一电连接于所述逻辑处理及脉宽调制模块221与所述CCD图像传感器3之间的触发脉冲输出模块222，其中，所述触发信号选择模块220通过所述触发信号接口20能够接收所述信号触发单元1传送过来的触发信号，并对该触发信号进行配置选择后传送给所述逻辑处理及脉宽调制模块221，所述逻辑处理及脉宽调制模块221对接收到的触发信号进行逻辑和脉宽调制处理，得到使所述CCD图像传感器3有效触发的脉冲信号，所述触发脉冲输出模块222接收到该脉冲信号后传送给所述CCD图像传感器3；其中，上述逻辑处理是将触发信号匹配成CCD图像传感器3有效触发的电平信号，上述脉宽调制是通过检测触发信号的边沿信号，转换成CCD图像传感器3有效触发且宽度可调的脉冲信号；
实现所述现场可编程门阵列22能够接收该图像数据，并协同所述数字信号处理器23及图像样本模型24一起对该图像数据进行处理、比较、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息的具体结构为：所述现场可编程门阵列22还集成有图像数据协议转换模块223、滤波处理模块224、特征图像筛选模块225、特征图像存储模块226和计算数据存储模块227，其中，所述图像数据协议转换模块223、滤波处理模块224、特征图像筛选模块225和特征图像存储模块226依次连接，所述图像数据协议转换模块223通过所述Cameralink接口21能够接收所述CCD图像传感器3传送过来的图像数据，并将该图像数据转换成图像特征值数据(如灰度值)；所述滤波处理模块224和特征图像筛选模块225依次对该图像特征值数据进行滤波平滑处理(可采用杨辉三角滤波逼近高斯滤波)和特征筛选处理(可采用对图像特征数据二次微分求导)后，得到特征图像数据包并存储于所述特征图像存储模块226中；
所述数字信号处理器23能够获取所述特征图像存储模块226中的特征图像数据包，并协同所述图像样本模型24一起对该特征图像数据包进行比较和计算，得到图像坐标及角度数据并存储于所述计算数据存储模块227中；另外，所述现场可编程门阵列22还集成有一PCIe总线接口228，所述计算数据存储模块227通过所述PCIe总线接口228连接于所述PCIe总线，并还通过所述PCIe总线连接于所述工业计算机主板4。
进一步优选的，所述数字信号处理器23主要集成有特征图像处理模块230和特征图像计算模块231，所述特征图像处理模块230电连接于所述特征图像存储模块226，以获取所述特征图像存储模块226中的特征图像数据包；所述特征图像计算模块231电连接于所述特征图像处理模块230与所述计算数据存储模块227之间，以对该特征图像数据包进行计算；
此外，所述图像样本模型24电连接于所述特征图像计算模块231；所述DDR存储器25电连接于所述特征图像处理模块230与特征图像计算模块231之间；所述CCD图像传感器3采用面阵CCD图像传感器。
Claims (8)
1.一种工业机器人的图像处理装置，其特征在于：包括信号触发单元(1)、图像处理单元(2)和CCD图像传感器(3)，其中，所述信号触发机构(1)能够发送触发信号给所述图像处理单元(2)，所述图像处理单元(2)能够接收和处理该触发信号，并将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器(3)；所述CCD图像传感器(3)根据触发信号进行图像数据采集，并还将采集到的图像数据传送给所述图像处理单元(2)；所述图像处理单元(2)对接收到的图像数据进行处理、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息，同时，所述图像处理单元(2)还通过PCIe总线将所得加工工件的位置坐标及角度信息传送给工业计算机主板(4)。
2.根据权利要求1所述的工业机器人的图像处理装置，其特征在于：所述信号触发单元(1)包括有机器人控制器和多个设置于加工工位上的传感器。
3.根据权利要求1所述的工业机器人的图像处理装置，其特征在于：所述图像处理单元(2)主要集成有触发信号接口(20)、Cameralink接口(21)、现场可编程门阵列(22)、数字信号处理器(23)和图像样本模型(24)，所述触发信号接口(20)、Cameralink接口(21)和数字信号处理器(23)皆分别与所述现场可编程门阵列(22)双向连接，所述图像样本模型(24)与所述数字信号处理器(23)电连接；
其中，所述信号触发单元(1)通过所述触发信号接口(20)电性连接于所述现场可编程门阵列(22)，所述现场可编程门阵列(22)能够接收和处理所述信号触发单元(1)传送过来的触发信号，并还将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器(3)；所述CCD图像传感器(3)通过所述Cameralink接口(21)将其采集到的图像数据传送给所述现场可编程门阵列(22)，所述现场可编程门阵列(22)能够接收该图像数据，并协同所述数字信号处理器(23)及图像样本模型(24)一起对该图像数据进行处理、比较、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息，同时，所述现场可编程门阵列(22)还通过PCIe总线将所得加工工件的位置坐标及角度信息传送给所述工业计算机主板(4)。
4.根据权利要求3所述的工业机器人的图像处理装置，其特征在于：所述图像处理单元(2)还集成有一用以存储该图像数据的原始数据的DDR存储器(25)，所述DDR存储器(25)与所述数字信号处理器(23)双向连接，且所述DDR存储器(25)中存储的数据作为所述数字信号处理器(23)的源数据。
5.根据权利要求3所述的工业机器人的图像处理装置，其特征在于：实现所述现场可编程门阵列(22)能够接收和处理所述信号触发单元(1)传送过来的触发信号，并还将处理后的触发信号传送给所述CCD图像传感器(3)的具体结构为：所述现场可编程门阵列(22)集成有一与所述触发信号接口(20)双向连接的触发信号选择模块(220)、一与所述触发信号选择模块(220)电连接的逻辑处理及脉宽调制模块(221)、以及一电连接于所述逻辑处理及脉宽调制模块(221)与所述CCD图像传感器(3)之间的触发脉冲输出模块(222)，其中，所述触发信号选择模块(220)通过所述触发信号接口(20)能够接收所述信号触发单元(1)传送过来的触发信号，并对该触发信号进行配置选择后传送给所述逻辑处理及脉宽调制模块(221)，所述逻辑处理及脉宽调制模块(221)对接收到的触发信号进行逻辑和脉宽调制处理，得到使所述CCD图像传感器(3)有效触发的脉冲信号，所述触发脉冲输出模块(222)接收到该脉冲信号后传送给所述CCD图像传感器(3)；
实现所述现场可编程门阵列(22)能够接收该图像数据，并协同所述数字信号处理器(23)及图像样本模型(24)一起对该图像数据进行处理、比较、计算，得到加工工件的位置坐标及角度信息的具体结构为：所述现场可编程门阵列(22)还集成有图像数据协议转换模块(223)、滤波处理模块(224)、特征图像筛选模块(225)、特征图像存储模块(226)和计算数据存储模块(227)，其中，所述图像数据协议转换模块(223)、滤波处理模块(224)、特征图像筛选模块(225)和特征图像存储模块(226)依次连接，所述图像数据协议转换模块(223)通过所述Cameralink接口(21)能够接收所述CCD图像传感器(3)传送过来的图像数据，并将该图像数据转换成图像特征值数据；所述滤波处理模块(224)和特征图像筛选模块(225)依次对该图像特征值数据进行滤波平滑处理和特征筛选处理后，得到特征图像数据包并存储于所述特征图像存储模块(226)中；
所述数字信号处理器(23)能够获取所述特征图像存储模块(226)中的特征图像数据包，并协同所述图像样本模型(24)一起对该特征图像数据包进行比较和计算，得到图像坐标及角度数据并存储于所述计算数据存储模块(227)中；另外，所述计算数据存储模块(227)还通过所述PCIe总线连接于所述工业计算机主板(4)。
6.根据权利要求5所述的工业机器人的图像处理装置，其特征在于：所述数字信号处理器(23)主要集成有特征图像处理模块(230)和特征图像计算模块(231)，所述特征图像处理模块(230)电连接于所述特征图像存储模块(226)，以获取所述特征图像存储模块(226)中的特征图像数据包；所述特征图像计算模块(231)电连接于所述特征图像处理模块(230)与所述计算数据存储模块(227)之间，以对该特征图像数据包进行计算。
7.根据权利要求6所述的工业机器人的图像处理装置，其特征在于：所述图像样本模型(24)电连接于所述特征图像计算模块(231)；
所述DDR存储器(25)电连接于所述特征图像处理模块(230)与特征图像计算模块(231)之间。
8.根据权利要求1所述的工业机器人的图像处理装置，其特征在于：所述CCD图像传感器(3)采用面阵CCD图像传感器。
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