CN109859273A - 一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和方法，其标定装置包含夹紧机构、基板和三维调节机构，其标定方法包括粗标定和自动诊断标定。其粗标定包括视觉系统标定、加工装置标定、视觉系统和加工装置二者的关联标定；自动诊断标定通过多次定位计算来校准关联标定的精度，提高加工装置补偿的时间准确度和位置准确度。本发明利用夹紧机构和基板为相机和动态加工机构的位置提供了统一基准，通过自动诊断标定精确测量相机中心与动态加工中心的距离，将标定流程中的部分环节自动化、高精化，有效提高系统智能化水平。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉自动加工领域，特别涉及一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和方法。
背景技术
现有在线式动态视觉加工系统调试和标定时，为调节传送机构、动态加工机构、视觉系统等单元的相对水平度和相对垂直度，需要借助零散的器件反复调试标定，过程繁琐，而且相机和动态加工机构的调整没有直接的参考对象，调节精度得不到保证。此外，相机中心与加工中心的位置关系无法准确建立。这些调试和标定精度直接影响动态物体的视觉定位加工精度。目前，行业内还没有针对这些问题的解决办法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和方法，是一种先使用张正友标定法的粗标定，再引导产品进行多次加工并计算加工轨迹理论坐标、粗标定偏移量而得到最终偏移量的自动诊断标定；以及包括配套的夹紧机构、基板和三轴调节机构在内的标定装置，通过标定装置将标定流程中的部分环节自动化、高精化，减少人工标定可能产生的误差，能有效提高系统智能化水平，提高作业效率。
为达到上述目的，本发明采用以下方案：
一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和标定方法，其特征在于：标定方法包括粗标定和自动诊断标定；
所述粗标定的方法为：通过水平仪将传送机构调节至水平，将标定装置放置在传送机构上，使用夹紧机构夹紧传送机构，根据滑台上的水平仪调节Z轴高度使XY 滑台水平，将滑台十字凹线移动到相机中心，调节相机倾角和方向，使图像中设定的十字交叉线与滑台十字凹线重合，且图像中四个角落的清晰度一致，保证相机轴向与传送带运动平面垂直，此时以XY滑台为载台，利用张正友标定法对视觉系统进行标定，标定后记录滑台X轴和Y轴的坐标；在不移动标定装置基板的前提下将滑台十字凹线中心移动至动态加工中心，调节动态加工机构使其X轴向与Y轴向加工线与十字凹线重合，利用动态加工机构校正方法调节并校正加工机构使加工平面与载台表面平行，此时记录X轴和Y轴的坐标并得出动态加工中心与相机中心的距离，完成动态视觉粗标定；
所述自动诊断标定的方法为：将在线式动态视觉加工系统设定为加工状态，将已设定视觉模板的产品放置在传送机构上，视觉系统抓取产品特征并计算偏差量后，引导加工机构执行产品加工轨迹，将加工后的产品再次放入传送机构，视觉系统抓取产品特征的同时抓取上次加工的轨迹，根据产品特征计算出加工轨迹的理论坐标，上次的加工轨迹为实际坐标，由此自动诊断出粗标定偏移量，如此多次重复，对诊断出的系统偏移量再次进行均值优化，得到最终偏移量，完成自动诊断标定。
如上所述一种在线式动态视觉加工系统的标定方法，其特征在于：所述加工轨迹需包含加工中心点和三个相同的加工图案，三个加工图的水平和垂直间距均相等，中心十字位于三个圆外切正方形的中心。
如上所述一种在线式动态视觉加工系统的标定装置，其特征在于：标定装置包含夹紧机构、基板和三轴调节机构；夹紧机构的方向始终与X轴方向平行，夹紧机构可将标定装置固定在传送机构上，基板的四个角上各有一根立柱作为Z轴，XY轴固定在四根立柱上，可上下调节高度；X轴和Y轴标有刻度，刻度可精确到0.02mm；三轴位置可精确调节，XY轴上安装有滑台；其特征在于：滑台左下和右上角装有两个水平仪，可根据两个水平仪将滑台上表面调节至水平状态；以滑台上表面为基准，可将动态加工机构的加工平面与相机焦平面调节平行，且都平行于传送机构上表面；滑台中心刻有宽度为0.2mm的十字交叉凹线，十字交叉凹线分别与X轴向和Y轴向平行；根据十字交叉凹线可标定相机与动态加工机构的夹角；根据XY轴的刻度可测量出动态加工中心和相机成像中心的距离；利用中心距离可精确控制视觉获取加工物体图像后的加工开始时间。
本发明的有益效果是：
1、夹紧机构和水平载台为调节相机和动态加工机构的位置关系提供了统一的基准，使传送机构、动态加工机构和工业相机在空间上建立良好的几何关系，提高了机械安装精度。
2、精确测量了相机中心与动态加工中心的距离，提高相机定位后动态加工的精准度。
3、在原有粗标定的基础上增加了自动诊断标定，消除了人工标定的误差，大幅提高系统标定精度。
4、将标定流程中的部分环节自动化、高精化，有效提高系统智能化水平。
附图说明
图1为本发明中的系统标定流程图；
图2为本发明中的标定系统结构图；
图3为本发明中的自诊断加工轨迹。
图中的标记说明：图2中：1—动态加工机构，2—十字凹线，3—Z轴调节旋钮，4—X轴移动旋钮，5—标定装置，6—传送机构，7—滑台，8—水平仪，9—Y轴移动旋钮，10—工业相机，11—基板，12—夹紧机构；
图3中：d—圆的垂直、水平方向间距。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明 , 为了使本发明实现的技术手段、特征与功效易于理解，将结合图示，阐述本发明本实施例的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种在线式动态视觉加工系统的标定装置5包括放置在传送机构6上的基板11。基板11两侧有四个立柱作为Z轴并带有调节旋钮3。通过调节旋钮3可精确调节Z轴高度。Z轴上固定有X轴和Y轴，X轴和Y轴可分别通过X轴移动旋钮4和Y轴移动旋钮9粗略和精确调节位置。X轴和Y轴标有刻度，可精确到0.02mm。X轴两侧固定有与X轴平行的夹紧机构12，夹紧机构12宽度可调节。Y轴上固定有滑台7。滑台7的左下角和右上角设有水平仪8。滑台7中心设有宽度为0.2mm的十字凹线2。工业相机10和动态加工机构分别安装在标定装置5的右上方和左上方。
本发明公开的标定方法主要包括粗标定和自动诊断标定。粗标定的具体实施方式为：将动态视觉标定装置5放置在传送机构6上，使用夹紧机构12夹紧传送机构6。根据滑台8上的水平仪9和14调节Z轴调节旋钮4和13，使滑台7的上表面水平。传送机构6和标定装置5的位置固定不动。将滑台十字凹线2移动至工业相机10的视场中心，调节相机角度使图像中心十字线与滑台十字凹线2重合，且图像中四个角落的清晰度一致。此时以水平滑台为载体进行相机图像标定，记录X轴和Y轴的坐标。在不移动标定装置5的基板11前提下将滑台十字凹线2中心移动至动态加工机构1的中心。调节动态加工机构1使其X轴向与Y轴向加工线与十字凹线2重合。利用动态加工机构1的校正方法校正并调节加工机构1使加工平面与滑台8的上平面平行。本实施例中，动态加工装置1为激光加工振镜头，所用的标定方法为九点矫正法。此时记录X轴和Y轴的坐标并得出动态中心与相机中心的距离D，完成粗标定。
执行粗标定后，系统基本可以运行，定位精度相对较差。此时需进行自动诊断标定。规定传送带的速度为v。移除标定装置，选取特征明显的产品，设置视觉模板和自诊断加工轨迹，自诊断加工轨迹需包含加工中心点和三个相同的加工图案，三个加工图的水平和垂直间距均相等，如图所示，三个圆的垂直和水平方向间距d均为80毫米。中心十字位于三个圆外切正方形的中心。
将在线式动态视觉加工系统设定为加工状态，将已设定好视觉模板的产品放置在传送机构上。开始加工，视觉系统抓取产品特征并计算偏差量，偏差量包括：触发加工延时dt、X向偏差dx、Y向偏差dy和旋转偏差dr。动态加工装置1即激光加工振镜头接收到偏差量后，矫正加工参数并执行。将加工后的产品再次放入传送机构，视觉系统抓取产品特征的同时抓取上次加工的轨迹，根据产品特征计算出加工轨迹的最新偏差dt、 dx、 dy和dr，该组值可视为理论偏差。此时，根据抓拍的图像，由图像处理算法可计算出上一次加工的实际轨迹位置偏差dx、 dy和dr。规定自诊断矩阵A，X向偏差最优值dx0、Y向偏差最优值dy0和旋转偏差最优值dr0。满足：
式中，
此时，实际轨迹D的 最优值为D0：
可进一步得出触发加工延时的最优值t0：
如此多次重复，用直线拟合算法拟合出矩阵A各元素的最优值，得出最终自诊断矩阵A0，完成自动诊断标定：
本实施例中，速度v为200mm/s，D0为40.216mm，a为1.041，b为0.989，c为1.192。
Claims (3)
1.一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和标定方法，其特征在于：标定方法包括粗标定和自动诊断标定；
所述粗标定的方法为：通过水平仪将传送机构调节至水平，将标定装置放置在传送机构上，使用夹紧机构夹紧传送机构，根据滑台上的水平仪调节Z轴高度使XY 滑台水平，将滑台十字凹线移动到相机中心，调节相机倾角和方向，使图像中设定的十字交叉线与滑台十字凹线重合，且图像中四个角落的清晰度一致，保证相机轴向与传送带运动平面垂直，此时以XY滑台为载台，利用张正友标定法对视觉系统进行标定，标定后记录滑台X轴和Y轴的坐标；在不移动标定装置基板的前提下将滑台十字凹线中心移动至动态加工中心，调节动态加工机构使其X轴向与Y轴向加工线与十字凹线重合，利用动态加工机构校正方法调节并校正加工机构使加工平面与载台表面平行，此时记录X轴和Y轴的坐标并得出动态加工中心与相机中心的距离，完成动态视觉粗标定；
所述自动诊断标定的方法为：将在线式动态视觉加工系统设定为加工状态，将已设定视觉模板的产品放置在传送机构上，视觉系统抓取产品特征并计算偏差量后，引导加工机构执行产品加工轨迹，将加工后的产品再次放入传送机构，视觉系统抓取产品特征的同时抓取上次加工的轨迹，根据产品特征计算出加工轨迹的理论坐标，上次的加工轨迹为实际坐标，由此自动诊断出粗标定偏移量，如此多次重复，对诊断出的系统偏移量再次进行均值优化，得到最终偏移量，完成自动诊断标定。
2.如权利要求1所述的一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和标定方法，其特征在于所述加工轨迹需包含加工中心点和三个相同的加工图案，三个加工图的水平和垂直间距均相等，中心十字位于三个圆外切正方形的中心。
3.如权利要求1所述的一种在线式动态视觉加工系统的标定装置和标定方法，其特征在于：标定装置包含夹紧机构、基板和三轴调节机构；夹紧机构的方向始终与X轴方向平行，夹紧机构可将标定装置固定在传送机构上，基板的四个角上各有一根立柱作为Z轴，XY轴固定在四根立柱上，可上下调节高度；X轴和Y轴标有刻度，刻度可精确到0.02mm；三轴位置可精确调节，XY轴上安装有滑台；其特征在于：滑台左下和右上角装有两个水平仪，可根据两个水平仪将滑台上表面调节至水平状态；以滑台上表面为基准，可将动态加工机构的加工平面与相机焦平面调节平行，且都平行于传送机构上表面；滑台中心刻有宽度为0.2mm的十字交叉凹线，十字交叉凹线分别与X轴向和Y轴向平行；根据十字交叉凹线可标定相机与动态加工机构的夹角；根据XY轴的刻度可测量出动态加工中心和相机成像中心的距离；利用中心距离可精确控制视觉获取加工物体图像后的加工开始时间。
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