CN110488751A - 一种自动化工艺线的石墨料盘视觉定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自动化工艺线的石墨料盘视觉定位系统，包括机械手臂、机台和石墨料盘放料位，所述机械手臂上设置有抓取工具和手臂相机，所述机台设置有料盒和机台相机，所述视觉定位系统还包括控制系统，所述机械手臂与控制系统通过通信连接形成无间隙上下料的高自动化单元，其特征在于：所述控制系统包括，视觉定位程序，晶片模板，石墨料盘模板，相机坐标系，机械手臂坐标系和石墨料盘放料位，所述石墨料盘放料位的坐标与所述石墨料盘模板坐标一致。用以解决现有技术中机械手臂抓取和放置不够灵活、准确的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及自动化工艺、视觉检测自动化和机械手控制系统领域，特别涉及一种自动化工艺线的石墨料盘视觉定位系统。
背景技术
在生产过程自动化技术出现之前，工厂操作员必须人工监测设备性能指标和产品质量，以确定生产设备处于最佳运行状态，而且必须在停机时才能实施各种维护，这降低了工厂运营效率，且无法保障操作安全。生产过程自动化系统除了能够采集和处理信息，还能自动调节各种设备，优化生产。在必要时，工厂操作员可以中止自动化系统，进行手动操作。
视觉检测就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉检测是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS互补金属氧化物半导体和CCD电荷耦合器件两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。是用于生产、装配或包装的有价值的机制。它在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。
机械手是在自动化生产过程中发展起来的一种新型装置，广泛应用于工业生产和其他领域。可编程控制器(PLC)已在工业生产过程中得到广泛的应用。机械手控制系统搭载PLC 程序。此机械运用到了步进电机、直流电机驱动和气压传动，能够使机械手满足控制要求，实现机械手的动作顺序安排。通过PLC的软件程序控制各电磁阀，驱动气缸动作，给出一定的脉冲驱动步进电机，从而控制机械手的动作。开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。
但是目前在自动化工艺线的领域缺乏一种能自动进行视觉定位的系统使机械手能发挥更大的作用，以及产生更大的适用性。
发明内容
本发明是鉴于上述问题作出的，通过提供一种自动化工艺线的石墨料盘视觉定位系统，来实现机械手臂的全自动装配，具体的，包括机械手臂、机台和石墨料盘放料位，所述机械手臂上设置有抓取工具和手臂相机，所述机台设置有料盒和机台相机，所述视觉定位系统还包括控制系统，所述机械手臂与控制系统通过通信连接形成无间隙上下料的高自动化单元，所述控制系统包括，
视觉定位程序，所述视觉定位程序用于建立机械手臂与控制系统的通信连接，实现低延时操控，并且对晶片的移动及放置进行定位；
晶片模板，所述晶片模板是所述视觉定位程序根据晶片样本和曲线处理绘制而成的二维视图，用于描绘晶片轮廓特征；
石墨料盘模板，所述石墨料盘模板是视觉定位程序根据石墨料盘放料位样本和曲线处理绘制而成的二维视图，用于描绘石墨料盘放料位轮廓特征，并且与晶片模块相区分；
相机坐标系，所述相机坐标系是机台相机、手臂相机的视野范围内特征点的视觉坐标，相机坐标系的原点为相机的光心，相机坐标系的坐标x轴、y轴分别与图形平面上的X轴、 Y轴平行，相机坐标系的z轴为相机光轴，所述z轴垂直于图形平面，所述z轴与图形平面的交点，为图形坐标系的原点，在所述原点处构成的直角坐标系为相机坐标系；
机械手臂坐标系，所述机械手臂坐标系是所述机械手臂沿X、Y、Z轴线性运动时的轨迹点组成的坐标系；
石墨料盘放料位，所述石墨料盘放料位的坐标与所述石墨料盘模板坐标一致。
优选的，所述视觉定位程序操作界面为图形用户界面，用于简化视觉定位程序与机械手臂的连接操作，通过修改固定参数达到实现通信连接的作用。
优选的，所述视觉定位程序操作界面包括，
发送内容，所述发送内容用于反馈错误日志；
寄存器，所述寄存器用于存储，以备程序更新进行修复；
IP地址，所述IP地址用于物理寻址，为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异；
端口号，所述端口号用于实现通信数据帧的识别，来区分不同的服务，一台主机对应一个端口号。
优选的，建立所述晶片模板，利用晶片轮廓特征生成所述晶片模板，所述晶片直边位置拟合直线确定晶片旋转角度，晶片边缘拟合圆确定晶片中心位置。
优选的，建立所述石墨料盘模板，利用石墨料盘放料位内部两个孔位的轮廓生成所述石墨料盘模板来初步定位石墨料盘放料位的位置，所述石墨料盘放料位直边拟合直线确定石墨料盘放料位的旋转角度，石墨料盘放料位边缘拟合圆确定石墨料盘放料位中心点。
优选的，所述机械手臂上的抓取工具从料盒中取出一片晶片，然后沿所述机械手臂坐标系移动到机台相机处，所述机台相机对晶片拍照，取得当前晶片的在相机坐标系上的位置信息；包括晶片的中心点X、Y坐标及其相对所述晶片模板的旋转角度R。
优选的，所述机械手臂沿机械手臂坐标系移动机器手臂到所述石墨料盘放料位，然后固定于机械手臂上的所述手臂相机对石墨料盘放料位拍照，取得所述石墨料盘放料位在相机坐标系上的位置信息；包括石墨料盘放料位的中心点X、Y坐标及其相对所述石墨料盘模板的旋转角度R。
优选的，所述抓取工具驱动晶片旋转，使晶片的旋转角度R转到与石墨料盘放料位角度一致后，修正晶片中心点位置，使其与石墨料盘放料位中心点重合，所述抓取工具移动到石墨料盘放料位，释放抓取工具使晶片放置到石墨料盘放料位。
优选的，所述视觉定位程序在晶片移动时控制所述机台相机工作；所述视觉定位程序在晶片放置时控制所述手臂相机工作，
所述视觉定位程序对机台相机取得的所述相机坐标系上的位置信息与手臂相机取得的相机坐标系上的位置信息储存并比对。
优选的，经所述视觉定位程序比对后产生的目标坐标位置与机械手臂坐标系为映射关系。
本发明的有益效果：本发明自动化控制技术使机械手臂可以完成以前无法完成的复杂装配过程，利用机械手臂的简单功能来运输对象。通过为机械手臂装配形成为抓取工具的适当端部，使机械手臂可以高效、准确地将产品从一个位置移动到另一个位置。通过使用机械手臂可以减少人力，降低劳动力成本，并且可以消除工业环境中的危险、乏味或疲劳劳动的缺陷。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1是表示本实施例中利用晶片轮廓特征生成的晶片模板示意图。
图2是表示本实施例中晶片直边位置拟合直线确定晶片旋转角度示意图。
图3是表示本实施例中晶片边缘拟合圆确定晶片中心位置示意图。
图4是表示本实施例中石墨料盘放料位内部两个孔位的轮廓生成石墨料盘模板来初步定位其位置的示意图。
图5是表示本实施例中石墨料盘放料位直边拟合直线确定其旋转角度的示意图。
图6是表示本实施例中石墨料盘放料位边缘拟合圆确定其中心点的示意图。
图7是表示本实施例中相机坐标系与机械手臂坐标系标定示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
本发明的实施方式之一，如图1至7所示，本实施例提供了一种自动化工艺线的石墨料盘视觉定位系统，包括机械手臂、机台和石墨料盘放料位，所述机械手臂上设置有抓取工具和手臂相机，所述机台设置有料盒和机台相机，所述视觉定位系统还包括控制系统，所述机械手臂与控制系统通过通信连接形成无间隙上下料的高自动化单元，所述控制系统包括，
视觉定位程序，所述视觉定位程序用于建立机械手臂与控制系统的通信连接，实现低延时操控，并且对晶片的移动及放置进行定位；
晶片模板，所述晶片模板是所述视觉定位程序根据晶片样本和曲线处理绘制而成的二维视图，用于描绘晶片轮廓特征；
石墨料盘模板，所述石墨料盘模板是视觉定位程序根据石墨料盘样本和曲线处理绘制而成的二维视图，用于描绘石墨料盘轮廓特征，并且与晶片模块相区分；
相机坐标系，所述相机坐标系是相机视野范围内特征点的视觉坐标，相机坐标系的原点为相机的光心，相机坐标系的坐标x轴、y轴分别与图形平面上的X轴、Y轴平行，相机坐标系的z轴为相机光轴，所述z轴垂直于图形平面，所述z轴与图形平面的交点，为图形坐标系的原点，在所述原点处构成的直角坐标系为相机坐标系；
机械手臂坐标系，所述机械手臂坐标系是所述机械手臂沿X、Y、Z轴线性运动时的轨迹点组成的坐标系；X、Y、Z轴是机械手臂运动轨迹的特征点组成的坐标轴。
石墨料盘放料位，所述放料位的坐标与所述石墨料盘模板坐标一致。
具体的，通过上述结构能有效的实现机械手臂的移动，并且同时保证机械手臂完成精准的移动以及放置晶片的动作。
实施例2
本发明的实施方式之一，如图所示，本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的区别在于：所述视觉定位程序操作界面为图形用户界面，用于简化视觉定位程序与机械手臂的连接操作，通过修改固定参数达到实现通信连接的作用。
具体的，形成为图形用户界面能便于使用者操作，并且将视觉定位程序在硬件操作系统界面上生成快捷方式，双击桌面方式图标启动视觉定位程序，使之连接机械手臂。
所述视觉定位程序操作界面包括，
发送内容，所述发送内容用于反馈错误日志，
寄存器，所述寄存器用于存储，以备程序更新进行修复；
IP地址，所述IP地址用于物理寻址，为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异；
端口号，所述端口号用于实现通信数据帧的识别，来区分不同的服务，一台主机对应一个端口号。
具体的，通过双击启动视觉定位程序后，根据预设的通讯参数、IP地址、端口号，进行连接机械手臂，经信息提示框显示“连接成功”后，可以开始进行抓取和放置晶片的上下料定位工作。
实施例3
本发明的实施方式之一，如图所示，本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1或者实施例2的区别在于：建立所述晶片模板，利用晶片轮廓特征生成模板，晶片直边位置拟合直线确定晶片旋转角度，晶片边缘拟合圆确定晶片中心位置。
建立所述石墨料盘模板，利用石墨料盘内部两个孔位的轮廓生成模板来初步定位石墨料盘的位置，所述石墨料盘放料位直边拟合直线确定放料位的旋转角度，石墨料盘放料位边缘拟合圆确定放料位中心点。
石墨料盘放料位内部两个孔位为前基准位，两个孔位为晶片放置的位置，石墨料盘放料位直边拟合直线为后基准位。
通过定位石墨料盘的旋转角度来进一步确定石墨料盘的坐标。记录石墨料盘中心位置并与晶片中心位置对比，最后进行调整。
实施例4
本发明的实施方式之一，如图所示，本实施例的主要技术方案与实施例1或者实施例2或者实施例3基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1或者实施例2 或者实施例3中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1或者实施例2或者实施例3的区别在于：所述机械手臂上的抓取工具从料盒中取出一片晶片，然后沿所述机械手臂坐标系移动到机台相机处，所述机台相机对晶片拍照，取得当前晶片的在相机坐标系上的位置信息；包括晶片的中心点X、Y坐标及其相对所述晶片模板的旋转角度R。
所述机械手臂沿机械手臂坐标系移动机器手臂到所述放料位，然后固定于机械手臂上的所述手臂相机对放料位拍照，取得所述放料位的在相机坐标系上的位置信息；包括放料位的中心点X、Y坐标及其相对所述石墨料盘模板的旋转角度R。
所述抓取工具驱动晶片旋转，使晶片的旋转角度R转到与料盘放料位角度一致后，修正晶片中心点位置，使其与石墨料盘放料位中心点重合，所述抓取工具移动到放料位，释放抓取工具使晶片放置到放料位。
所述视觉定位程序在晶片移动时控制所述机台相机工作；所述视觉定位程序在晶片放置时控制所述手臂相机工作，
所述视觉定位程序对机台相机取得的所述相机坐标系上的位置信息与手臂相机取得的相机坐标系上的位置信息储存并比对。
经所述视觉定位程序比对后产生的目标坐标位置与机械手臂坐标系为映射关系，即视觉定位程序发回给机械手臂的坐标位置，就是机械手臂坐标系下的实际坐标位置。
具体的，相机坐标系与机械手臂坐标系标定，标定相机坐标系与机械手臂坐标系时，读取相机视野内特征点的视觉坐标，并用机械手臂指示出此特征点的坐标。此两组坐标为互相对应的一对标定数据。共需要采样3组以上的对应数据用于计算。标定完成后，视觉定位程序产生的坐标位置就与机械手臂坐标系的基坐标有了映射关系。即视觉定位程序将结果发回给机械手臂的坐标位置就是在机械手臂坐标系下的实际坐标位置。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种自动化工艺线的石墨料盘视觉定位系统，包括机械手臂、机台和石墨料盘放料位，所述机械手臂上设置有抓取工具和手臂相机，所述机台设置有料盒和机台相机，所述视觉定位系统还包括控制系统，所述机械手臂与控制系统通过通信连接形成无间隙上下料的高自动化单元，其特征在于：所述控制系统包括，
视觉定位程序，所述视觉定位程序用于建立机械手臂与控制系统的通信连接，实现低延时操控，并且对晶片的移动及放置进行定位；
晶片模板，所述晶片模板是所述视觉定位程序根据晶片样本和曲线处理绘制而成的二维视图，用于描绘晶片轮廓特征；
石墨料盘模板，所述石墨料盘模板是视觉定位程序根据石墨料盘放料位样本和曲线处理绘制而成的二维视图，用于描绘石墨料盘放料位轮廓特征，并且与晶片模块相区分；
相机坐标系，所述相机坐标系是机台相机、手臂相机的视野范围内特征点的视觉坐标，相机坐标系的原点为相机的光心，相机坐标系的坐标x轴、y轴分别与图形平面上的X轴、Y轴平行，相机坐标系的z轴为相机光轴，所述z轴垂直于图形平面，所述z轴与图形平面的交点，为图形坐标系的原点，在所述原点处构成的直角坐标系为相机坐标系；
机械手臂坐标系，所述机械手臂坐标系是所述机械手臂沿X、Y、Z轴线性运动时的轨迹点组成的坐标系；
石墨料盘放料位，所述石墨料盘放料位的坐标与所述石墨料盘模板坐标一致。
2.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于：所述视觉定位程序操作界面为图形用户界面，用于简化视觉定位程序与机械手臂的连接操作，通过修改固定参数达到实现通信连接的作用。
3.根据权利要求2所述的视觉定位系统，其特征在于：所述视觉定位程序操作界面包括，
发送内容，所述发送内容用于反馈错误日志；
寄存器，所述寄存器用于存储，以备程序更新进行修复；
IP地址，所述IP地址用于物理寻址，为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异；
端口号，所述端口号用于实现通信数据帧的识别，来区分不同的服务，一台主机对应一个端口号。
4.根据权利要求1或2或3所述的视觉定位系统，其特征在于：建立所述晶片模板，利用晶片轮廓特征生成所述晶片模板，所述晶片直边位置拟合直线确定晶片旋转角度，晶片边缘拟合圆确定晶片中心位置。
5.根据权利要求4所述的视觉定位系统，其特征在于：建立所述石墨料盘模板，利用石墨料盘放料位内部两个孔位的轮廓生成所述石墨料盘模板来初步定位石墨料盘放料位的位置，所述石墨料盘放料位直边拟合直线确定石墨料盘放料位的旋转角度，石墨料盘放料位边缘拟合圆确定石墨料盘放料位中心点。
6.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于：所述机械手臂上的抓取工具从料盒中取出一片晶片，然后沿所述机械手臂坐标系移动到机台相机处，所述机台相机对晶片拍照，取得当前晶片的在相机坐标系上的位置信息；包括晶片的中心点X、Y坐标及其相对所述晶片模板的旋转角度R。
7.根据权利要求6所述的视觉定位系统，其特征在于：所述机械手臂沿机械手臂坐标系移动机器手臂到所述石墨料盘放料位，然后固定于机械手臂上的所述手臂相机对石墨料盘放料位拍照，取得所述石墨料盘放料位在相机坐标系上的位置信息；包括石墨料盘放料位的中心点X、Y坐标及其相对所述石墨料盘模板的旋转角度R。
8.根据权利要求7所述的视觉定位系统，其特征在于：所述抓取工具驱动晶片旋转，使晶片的旋转角度R转到与石墨料盘放料位角度一致后，修正晶片中心点位置，使其与石墨料盘放料位中心点重合，所述抓取工具移动到石墨料盘放料位，释放抓取工具使晶片放置到石墨料盘放料位。
9.根据权利要求6或7所述的视觉定位系统，其特征在于：所述视觉定位程序在晶片移动时控制所述机台相机工作；所述视觉定位程序在晶片放置时控制所述手臂相机工作，
所述视觉定位程序对机台相机取得的所述相机坐标系上的位置信息与手臂相机取得的相机坐标系上的位置信息储存并比对。
10.根据权利要求9所述的视觉定位系统，其特征在于：经所述视觉定位程序比对后产生的目标坐标位置与机械手臂坐标系为映射关系。
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