CN110052885A - 一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统及方法，所述的系统包括有上位机，传送带装置，抓取装置，检测装置以及组装装置；所述的上位机与传送带装置、抓取装置、检测装置以及组装装置相连接，所述的抓取装置上设置有多组吸头；本发明在抓取镜片时采用了吸头，并自行设计了安放若干个镜片的装置，不仅提高了组装镜片的效率，更有效地防止镜片的损坏；在镜筒与镜片的中心位置偏差的识别上，本发明通过上位机来识别出镜筒与镜片的中心坐标，并通过坐标的偏差不断地进行反馈，通过修正传送带和吸头的行进距离来调整偏差，直至镜筒与镜片的中心位置偏差满足系统要求，在组装过程中，工业相机检测到异常状况时系统会发出警报，减少不必要的损失。

Description

一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统及方法

技术领域

本发明涉及组装领域，更具体的，涉及一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统及方法。

背景技术

随着手机以及相机的广泛使用与传感技术的不断创新，消费者对镜头质量的要求越来越高，使得厂商对镜片部件的加工精度、组装精度提出了更严格的标准和规范。镜头组装的过程，需要确保所有光学镜片与镜筒的中心光轴重合，现如今镜头的组装主要还是靠人工完成，不仅工序复杂、效率不高，而且偏差较大，不能严格管控配合精度、内部应力等，存在损坏镜片的可能。虽然市面上存在半自动镜片组装机，但组装效率低下，精密度低，维护成本高。

发明内容

为了解决现有技术中镜头的组装主要还是靠人工完成以及半自动镜片组装机装效率低下，精密度低，维护成本高的不足，本发明提供了一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统及方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，，所述的系统包括有上位机，传送带装置，抓取装置，检测装置以及组装装置；所述的上位机与传送带装置、抓取装置、检测装置以及组装装置相连接，所述的抓取装置上设置有多组吸头；

所述的传送带装置用于将多组镜片传送至抓取装置的下方，抓取装置用于吸取镜片以及抓取镜筒并将二者移至检测装置，检测装置用于检测吸头与镜片二者的中心偏差，根据偏差确定吸头行进至组装装置处的距离，组装装置检测镜片与镜筒二者的中心偏差，形成负反馈机制，根据中心偏差微调吸头以及组装装置，使得镜片准确地放在镜筒中心。

优选的，所述的传送带装置包括有多组镜片传送带以及镜筒传送带。

优选的，所述的镜片传送带上设置有镜片存放器，所述的镜片存放器包括多个垂直叠放的存放单元，每个存放单元包括用于放置镜片的海绵层，压力传感器、亚克力平台以及舵机；所述的海绵层安装在压力传感器上方，所述的压力传感器安装在亚克力平台上，所述的舵机与亚克力平台相连接，用于驱动亚克力平台转动；

当位于顶层的存放单元的镜片被吸头吸取后，压力传感器感应到表面压力的变化，亚克力平台在舵机的作用下旋转一定的角度，使得吸头即可吸取下一个存放单元的镜片。

优选的，所述的抓取装置包括导轨带，多组吸头以及机械臂；所述的多组吸头以及机械臂安装在导轨带上，吸头用于吸取镜片，机械臂用于抓取镜筒。

优选的，所述的检测装置包括有环形光源，第一工业相机以及反射镜。

当吸头行进到达环形光源的正上方后，第一工业相机对吸头和镜片拍照，同时进行检测并记录吸头中心与镜片中心的偏差α，并将偏差α传输到上位机中，上位机根据偏差α值确定吸头行进到镜筒的距离，确保镜片准确地放置在镜筒中心处。

优选的，所述的组装装置包括有镜筒放置器，第二工业相机以及调节传送带，所述的第二工业相机安装在镜筒放置器的底部；

机械臂将镜筒放置在镜筒放置器件上后，吸头将镜片放置在镜筒上，使得镜片与镜筒的中心位置重合，第二工业相机对镜筒和镜片拍照，同时进行检测，测出并记录镜筒中心与镜片中心的横向偏差以及纵向偏差；并将的横向偏差以及纵向偏差传输到上位机中，上位机根据偏差对镜筒以及镜片的位置进行调节。

一种基于视觉负反馈的镜头镜片组方法，包括以下步骤：

步骤S1：镜片传送带将镜片存放器传送到吸头的正下方，同时镜筒传带将镜筒传输到机械爪的正下方；

步骤S2：吸头进行吸取镜片后复位，镜片存放器中位于顶层的存放单元的镜片被吸头吸取后，压力传感器感应到表面压力的变化，亚克力平台在舵机的作用下旋转一定的角度，使得吸头即可吸取下一个存放单元的镜片，同时机械爪抓取镜筒，吸头将镜片运送至检测装置进行检测，机械臂将镜筒运输到组装装置的镜筒放置器中；

步骤S3：当吸头到达检测装置的达环形光源的正上方后，第一工业相机对吸头和镜片拍照，将照片传输到上位机中并对图像进行预处理，对处理后的图像，上位机检测图像上吸头中心与镜片中心的偏差α，根据偏差α值确定吸头行进到镜筒放置器的距离，确保镜片准确地放置在镜筒中心处，在镜片行进至镜筒中心时，同时第一工业相机会继续检测并记录下一个镜片与吸头的中心偏差β，根据偏差β值确定下个吸头行进的距离；若第一工业相机检测不到镜片的存在，系统则会发出警报；

步骤S4：根据检测装置得到镜片与吸头中心位置的偏差α，分别调整吸头和调节传送带行进的距离，然后吸头将镜片放置在镜筒上，使得镜片与镜筒的中心位置重合；

步骤S5：第二工业相机对镜筒和镜片拍照，将照片传输到上位机中并对图像进行预处理，对预处理后的图像，上位机检测并记录镜筒中心与镜片中心的横向偏差以及纵向偏差，上位机控制吸头下降，将镜片往上吸取一定距离后，根据横向偏差调整吸头位置，根据纵向偏差调整调节传送带的行进距离，从而调整镜筒的中心位置，使镜片与镜筒的中心位置重合；吸头再次将镜片放下，第二工业相机再次检测镜片与镜筒的中心位置偏差，上位机再次调整两者的相对位置，直至中心位置的偏差满足精度要求；

步骤S6：导轨带返回至初始位置，进行新一轮的装配。

优选的，所述的上位机对图像进行预处理的流程如下：

首先对图像进行伽马变换，对亮度进行修正；然后对图像进行腐蚀膨胀，磨光图像边界，并将图像储存为图像A，接着反转图像，对图像执行灰度运算并再次进行腐蚀膨胀，并将图像储存为图像B，此后图像B减去图像A得到图像C，对图像C经过灰度运算后进行二值化处理，去除最小粒子，均衡图像，最后进行拟合圆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与现有技术相比，在抓取镜片时本系统采用了吸头装置，并自行设计了安放若干个镜片的装置，不仅提高了组装镜片的效率，更有效地防止镜片的损坏；在镜筒与镜片的中心位置偏差的识别上，本发明通过上位机来识别出镜筒与镜片的中心坐标，并通过坐标的偏差不断地进行反馈，通过修正传送带和吸头的行进距离来调整偏差，直至镜筒与镜片的中心位置偏差满足系统要求，在组装过程中，工业相机检测到异常状况时系统会发出警报，减少不必要的损失。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明镜片存放器的结构示意图。

图3为本发明检测装置的结构示意图。

图4为本发明组装装置的结构示意图。

图5为本发明实施例2对图像进行预处理的流程图。

图6为本发明实施例2LABVIEW的界面图。

图7为本发明的方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1、图2、图3以及图4所示，一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，，所述的系统包括有上位机6，传送带装置1，抓取装置7，检测装置3以及组装装置4；所述的上位机6与传送带装置1、抓取装置7、检测装置3以及组装装置4相连接，所述的抓取装置7上设置有多组吸头8；

所述的传送带装置1用于将多组镜片传送至抓取装置7的下方，抓取装置7用于吸取镜片以及抓取镜筒并将二者移至检测装置3，检测装置3用于检测吸头8与镜片二者的中心偏差，根据偏差确定吸头8行进至组装装置4处的距离，组装装置4检测镜片与镜筒二者的中心偏差，形成负反馈机制，根据中心偏差微调吸头8以及组装装置4，使得镜片准确地放在镜筒中心。

优选的，所述的传送带装置1包括有多组镜片传送带以及镜筒传送带。

如图2所示，所述的镜片传送带上设置有镜片存放器13，所述的镜片存放器13包括多个垂直叠放的存放单元，每个存放单元包括用于放置镜片的海绵层9，压力传感器10、亚克力平台11以及舵机12；所述的海绵层9安装在压力传感器10上方，所述的压力传感器10安装在亚克力平台11上，所述的舵机12与亚克力平台11相连接，用于驱动亚克力平台11转动；

当位于顶层的存放单元的镜片被吸头8吸取后，压力传感器10感应到表面压力的变化，亚克力平台11在舵机12的作用下旋转一定的角度，使得吸头8即可吸取下一个存放单元的镜片。

优选的，所述的抓取装置7包括导轨带2，多组吸头8以及机械臂5；所述的多组吸头8以及机械臂5安装在导轨带2上，吸头8用于吸取镜片，机械臂5用于抓取镜筒。

如图3所示，所述的检测装置3包括有环形光源14，第一工业相机15以及反射镜16。

当吸头8行进到达环形光源14的正上方后，第一工业相机15对吸头8和镜片拍照，同时进行检测并记录吸头8中心与镜片中心的偏差α，并将偏差α传输到上位机6中，上位机6根据偏差α值确定吸头8行进到镜筒的距离，确保镜片准确地放置在镜筒中心处。

如图4所示，所述的组装装置4包括有镜筒放置器17，第二工业相机18以及调节传送带19，所述的第二工业相机18安装在镜筒放置器17的底部；

机械臂5将镜筒放置在镜筒放置器17件上后，吸头8将镜片放置在镜筒上，使得镜片与镜筒的中心位置重合，第二工业相机18对镜筒和镜片拍照，同时进行检测，测出并记录镜筒中心与镜片中心的横向偏差以及纵向偏差；并将的横向偏差以及纵向偏差传输到上位机6中，上位机6根据偏差对镜筒以及镜片的位置进行调节。

实施例2

如图7所示，一种基于视觉负反馈的镜头镜片组方法，包括以下步骤：

步骤S1：镜片传送带将镜片存放器13传送到吸头8的正下方，同时镜筒传带将镜筒传输到机械爪的正下方；

步骤S2：吸头8进行吸取镜片后复位，镜片存放器13中位于顶层的存放单元的镜片被吸头8吸取后，压力传感器10感应到表面压力的变化，亚克力平台11在舵机12的作用下旋转一定的角度，使得吸头8即可吸取下一个存放单元的镜片，同时机械爪抓取镜筒，吸头8将镜片运送至检测装置3进行检测，机械臂5将镜筒运输到组装装置4的镜筒放置器17中；

步骤S3：当吸头8到达检测装置3的达环形光源14的正上方后，第一工业相机15对吸头8和镜片拍照，将照片传输到上位机6中并对图像进行预处理，对处理后的图像，上位机6检测图像上吸头8中心与镜片中心的偏差α，根据偏差α值确定吸头8行进到镜筒放置器17的距离，确保镜片准确地放置在镜筒中心处，在镜片行进至镜筒中心时，同时第一工业相机15会继续检测并记录下一个镜片与吸头8的中心偏差β，根据偏差β值确定下个吸头8行进的距离；若第一工业相机15检测不到镜片的存在，系统则会发出警报；

步骤S4：根据检测装置3得到镜片与吸头8中心位置的偏差α，分别调整吸头8和调节传送带19行进的距离，然后吸头8将镜片放置在镜筒上，使得镜片与镜筒的中心位置重合；

步骤S5：第二工业相机18对镜筒和镜片拍照，将照片传输到上位机6中并对图像进行预处理，对预处理后的图像，上位机6检测并记录镜筒中心与镜片中心的横向偏差以及纵向偏差，上位机6控制吸头8下降，将镜片往上吸取一定距离后，根据横向偏差调整吸头8位置，根据纵向偏差调整调节传送带19的行进距离，从而调整镜筒的中心位置，使镜片与镜筒的中心位置重合；吸头8再次将镜片放下，第二工业相机18再次检测镜片与镜筒的中心位置偏差，上位机6再次调整两者的相对位置，直至中心位置的偏差满足精度要求；

步骤S6：导轨带2返回至初始位置，进行新一轮的装配。

作为一个优选的实施例，所述的上位机6对图像进行预处理的流程如下：

首先对图像进行伽马变换，对亮度进行修正；然后对图像进行腐蚀膨胀，磨光图像边界，并将图像储存为图像A，接着反转图像，对图像执行灰度运算并再次进行腐蚀膨胀，并将图像储存为图像B，此后图像B减去图像A得到图像C，对图像C经过灰度运算后进行二值化处理，去除最小粒子，均衡图像，最后进行拟合园。

实施例3

如图5以及图6所示，本实施例在实现图像预处理上，采用了Labview作为视觉开发软件，具体实现流程如图5所示。首先本系统对图像进行伽马变换，对亮度进行修正；然后对图像进行腐蚀膨胀，磨光图像边界，此后不断地与已处理过的图片进行运算，使边界更加明显。接着对图像进行二值化分析并去除小粒子，防止噪声对生成的偏差数据产生影响。

本实施例在实现上位机6的功能上，采用了以Labview作为开发软件。上位机6界面如图6所示。上位机6界面可以控制整个系统，例如开始运行系统、停止运行系统。此外上位机6界面不仅可以查看、保存以及加载镜筒、镜片和吸头8三者的中心位置数据，还可以检测错误并报警提醒，以及查看经过图像处理后吸头8与镜片的中心偏差图、镜筒与镜片的中心偏差图和镜筒的实时图像。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，其特征在于，所述的系统包括有上位机(6)，传送带装置(1)，抓取装置(7)，检测装置(3)以及组装装置(4)；所述的上位机(6)与传送带装置(1)、抓取装置(7)、检测装置(3)以及组装装置(4)相连接，所述的抓取装置(7)上设置有多组吸头(8)；

所述的传送带装置(1)用于将多组镜片传送至抓取装置(7)的下方，抓取装置(7)用于吸取镜片以及抓取镜筒并将二者移至检测装置(3)，检测装置(3)用于检测吸头(8)与镜片二者的中心偏差，根据偏差确定吸头(8)行进至组装装置(4)处的距离，组装装置(4)检测镜片与镜筒二者的中心偏差，形成负反馈机制，根据中心偏差微调吸头(8)以及组装装置(4)，使得镜片准确地放在镜筒中心。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，其特征在于，所述的传送带装置(1)包括有多组镜片传送带以及镜筒传送带。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，其特征在于，所述的镜片传送带上设置有镜片存放器(13)，所述的镜片存放器(13)包括多个垂直叠放的存放单元，每个存放单元包括用于放置镜片的海绵层(9)，压力传感器(10)、亚克力平台(11)以及舵机(12)；所述的海绵层(9)安装在压力传感器(10)上方，所述的压力传感器(10)安装在亚克力平台(11)上，所述的舵机(12)与亚克力平台(11)相连接，用于驱动亚克力平台(11)转动；

当位于顶层的存放单元的镜片被吸头(8)吸取后，压力传感器(10)感应到表面压力的变化，亚克力平台(11)在舵机(12)的作用下旋转一定的角度，使得吸头(8)即可吸取下一个存放单元的镜片。

4.根据权利要求3所述的一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，其特征在于，所述的抓取装置(7)包括导轨带(2)，多组吸头(8)以及机械臂(5)；所述的多组吸头(8)以及机械臂(5)安装在导轨带(2)上，吸头(8)用于吸取镜片，机械臂(5)用于抓取镜筒。

5.根据权利要求4所述的一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，其特征在于，所述的检测装置(3)包括有环形光源(14)，第一工业相机(15)以及反射镜(16)；

当吸头(8)行进到达环形光源(14)的正上方后，第一工业相机(15)对吸头(8)和镜片拍照，同时进行检测并记录吸头(8)中心与镜片中心的偏差α，并将偏差α传输到上位机(6)中，上位机(6)根据偏差α值确定吸头(8)行进到镜筒的距离，确保镜片准确地放置在镜筒中心处。

6.根据权利要求5所述的一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，其特征在于，所述的组装装置(4)包括有镜筒放置器(17)，第二工业相机(18)以及调节传送带(19)，所述的第二工业相机(18)安装在镜筒放置器(17)的底部；

机械臂(5)将镜筒放置在镜筒放置器(17)件上后，吸头(8)将镜片放置在镜筒上，使得镜片与镜筒的中心位置重合，第二工业相机(18)对镜筒和镜片拍照，同时进行检测，测出并记录镜筒中心与镜片中心的横向偏差以及纵向偏差；并将的横向偏差以及纵向偏差传输到上位机(6)中，上位机(6)根据偏差对镜筒以及镜片的位置进行调节。

7.一种基于视觉负反馈的镜头镜片组方法，所述基于权利要求6所述的一种基于视觉负反馈的镜头镜片组装系统，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：镜片传送带将镜片存放器(13)传送到吸头(8)的正下方，同时镜筒传带将镜筒传输到机械爪的正下方；

步骤S2：吸头(8)进行吸取镜片后复位，镜片存放器(13)中位于顶层的存放单元的镜片被吸头(8)吸取后，压力传感器(10)感应到表面压力的变化，亚克力平台(11)在舵机(12)的作用下旋转一定的角度，使得吸头(8)即可吸取下一个存放单元的镜片，同时机械爪抓取镜筒，吸头(8)将镜片运送至检测装置(3)进行检测，机械臂(5)将镜筒运输到组装装置(4)的镜筒放置器(17)中；

步骤S3：当吸头(8)到达检测装置(3)的达环形光源(14)的正上方后，第一工业相机(15)对吸头(8)和镜片拍照，将照片传输到上位机(6)中并对图像进行预处理，对处理后的图像，上位机(6)检测图像上吸头(8)中心与镜片中心的偏差α，根据偏差α值确定吸头(8)行进到镜筒放置器(17)的距离，确保镜片准确地放置在镜筒中心处，在镜片行进至镜筒中心时，同时第一工业相机(15)会继续检测并记录下一个镜片与吸头(8)的中心偏差β，根据偏差β值确定下个吸头(8)行进的距离；若第一工业相机(15)检测不到镜片的存在，系统则会发出警报；

步骤S4：根据检测装置(3)得到镜片与吸头(8)中心位置的偏差α，分别调整吸头(8)和调节传送带(19)行进的距离，然后吸头(8)将镜片放置在镜筒上，使得镜片与镜筒的中心位置重合；

步骤S5：第二工业相机(18)对镜筒和镜片拍照，将照片传输到上位机(6)中并对图像进行预处理，对预处理后的图像，上位机(6)检测并记录镜筒中心与镜片中心的横向偏差以及纵向偏差，上位机(6)控制吸头(8)下降，将镜片往上吸取一定距离后，根据横向偏差调整吸头(8)位置，根据纵向偏差调整调节传送带(19)的行进距离，从而调整镜筒的中心位置，使镜片与镜筒的中心位置重合；吸头(8)再次将镜片放下，第二工业相机(18)再次检测镜片与镜筒的中心位置偏差，上位机(6)再次调整两者的相对位置，直至中心位置的偏差满足精度要求；

步骤S6：导轨带(2)返回至初始位置，进行新一轮的装配。

8.根据权利要求7所述的一种基于视觉负反馈的镜头镜片组方法，其特征在于，所述的上位机(6)对图像进行预处理的流程如下：

首先对图像进行伽马变换，对亮度进行修正；然后对图像进行腐蚀膨胀，磨光图像边界，并将图像储存为图像A，接着反转图像，对图像执行灰度运算并再次进行腐蚀膨胀，并将图像储存为图像B，此后图像B减去图像A得到图像C，对图像C经过灰度运算后进行二值化处理，去除最小粒子，均衡图像，最后进行拟合圆。