CN110640303A - 高精度视觉定位系统及其定位校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度视觉定位系统及其定位校准方法，该视觉定位系统包括加工平台、振镜系统、计算机控制系统、视觉相机、待测工件；该定位校准方法通过对边缘直线进行拟合，提取边缘直线线段的中点坐标，计算各检测点位所连直线的虚拟交汇点，从而得到工件边缘中点的实际位置坐标。本发明可以同时对多个工件同时进行校准偏差，操作简单，无需人工干预，校准精度高、稳定性强，极大提高了视觉辅助激光振镜扫描系统在现场使用的灵活性与可操作性。

Description

高精度视觉定位系统及其定位校准方法
技术领域
本发明涉及激光加工定位领域，尤其是一种高精度视觉定位系统及其定位校准方法。
背景技术
传统的激光加工一般不带有对工件位置检测的功能，通常是利用工装夹具来实现定位，即通过人工来进行干预定位。但对精细或极微细小的加工对象实现精准定位难度很大，并且对加工对象拾取摆放操作困难，加上人为等因素在实际操作中很难保证打标位置的精准性、一致性。工装夹具的精度对产品加工的定位会直接影响到零部件标刻位置精度，每个加工对象坐标位置是唯一的；同时毫米级以下的加工对象进行标刻效果肉眼分辨不出来，需要独立的检测系统去检测，而且人工干预定位比较繁琐，自动化程度低，且精度难以有效保证。现有技术通过激光装置，极可能会对所加工工件产生不必要的损伤，而且价格昂贵，而且一般的校准方法是针对单个振镜和相机，无法同时进行多个工件误差纠正，且操作步骤相对繁琐，不够简化。因此，亟待解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种高精度视觉定位系统及其定位校准方法，可以同时对多个工件同时进行校准偏差，操作简单，无需人工干预，校准精度高、稳定性强。
技术方案：为实现以上目的，本发明所述的高精度视觉定位系统包括加工平台、振镜系统、计算机控制系统、视觉相机、待测工件；振镜系统安装在加工平台上，并与视觉相机固定连接；待测工件放置在振镜下方的工作台面上；计算机控制系统分别与加工平台、振镜系统及视觉相机通过电信号连接，视觉相机设置为2个。
进一步地，所述振镜系统中包括扫描仪、振镜控制单元及两个振镜，振镜系统通过旁轴安装板与视觉相机连接。
本发明所述的基于上述高精度视觉定位系统的高精度视觉定位校准方法包括以下步骤：
步骤1、将视觉相机的参数调节至合适的区间；
步骤2、加工平台搭载视觉相机依次运行至预先设置好的检测点位；
步骤3、视觉相机对待测工件拍照，并存储至特定位置；
步骤4、计算机控制系统对拍照照片进行视觉处理，拟合出该照片下的边界直线，排除孤立的点位干扰，找出能够真正代表边缘的直线；
步骤5、计算边缘直线与相机视场的交汇点，提取处于相机视场内的边缘交汇点；
步骤6、计算该视场内的边缘直线线段的中点坐标，并保存相关数据；
步骤7、循环执行步骤2至步骤6，直到所有的检测点位都运行结束；计算出各检测点位所连成直线的虚拟交汇点；
步骤8、通过虚拟交汇点反推得到实际的工件边缘中心位置坐标；
步骤9、通过与理论的左边缘中心位置坐标进行比较得出误差信息。
进一步地，步骤1中调节的视觉相机参数包括曝光度、亮度。
进一步地，步骤4中对所拍照的照片进行视觉处理，包括：系统对图片进行模糊处理，系统还对图片进行边缘提取，得到边缘点集合。
进一步地，步骤4中对所拍照的照片进行视觉处理，还包括：将所提取的边缘点进行直线拟合，去除掉噪音点，得到直线数据。
进一步地，所述步骤7具体为：将已保存的中点坐标转换到机床坐标系下；计算得到两边直线的交点；
进一步地，所述步骤8具体为：根据事先测得到的手机屏幕的宽度和高度值，计算得到屏幕左侧边缘的中点在机床坐标系下的实际位置坐标。
进一步地，所述步骤9中的误差信息包括位置误差和角度误差。
进一步地，所述检测点位设置为4个。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明可以同时对多个工件同时进行校准偏差，操作简单，只需将待加工零件放置在工业相机下方，加工平台会引导工业相机自动实现零件找位，路径位置纠偏，效率高，无需人工干预，校准精度高、稳定性强。借助该校准方法可极大提高视觉辅助激光振镜扫描系统在现场使用的灵活性与可操作性。
附图说明
图1为本发明机床、振镜与相机位置关系示意图；
图2为本发明运动检测点位与检测结果示意图；
图3为本发明位置误差计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
高精度视觉定位系统包括加工平台、振镜系统、计算机控制系统、视觉相机、待测工件；振镜系统安装在加工平台上，并与视觉相机固定连接；待测工件放置在振镜下方的工作台面上；计算机控制系统分别与加工平台、振镜系统及视觉相机通过电信号连接，视觉相机2设置为2个。
振镜系统中包括扫描仪、振镜控制单元及两个振镜1，振镜系统通过旁轴安装板与视觉相机连接。
基于上述高精度视觉定位系统的高精度视觉定位校准方法包括以下步骤：
步骤1：加载相机设定参数，包括曝光度、亮度等，可以方便相机在该环境下顺利抓取图像和处理；
步骤2：加工平台搭载视觉相机运动至预先设定的检测点位；所述预先设定的检测点位是指当待测工件的边缘开始出现在视觉相机视野内时的点位，如图2所示，检测点位有4个，分别为L1、L2、T1、T2；
步骤3：检测相机状态，拍照并存储至计算机内存或磁盘中的特定位置；
步骤4：计算机控制系统读取已存储的图片信息，对图片进行模糊处理；计算机控制系统对图片进行边缘提取，得到边缘点集合；此时需要进行筛选点位处理，排除孤立的点位干扰，找出能够真正代表边缘的直线；
步骤5：计算机控制系统对步骤4中的边缘点位进行直线拟合，并去除掉噪音点，得到直线线段数据；计算直线与相机视场的交汇点，提取处于相机镜头内的边缘交汇点；
步骤6：计算步骤5中的直线线段的中点坐标(图2中L1’,L2’,T1’,T2’)，并保存；
步骤7：循环执行步骤2至步骤6，直到所有的检测点位都运行结束；将已保存的中点坐标转换到机床坐标系下，计算得到两边直线的交点(图2中G’)；
步骤8：根据事先测量得到的待测工件的宽度和高度值，计算得到待测工件左侧边缘的中点在机床坐标系下的实际位置坐标4(如图3所示)；
步骤9：将待测工件左侧边缘中点的实际位置坐标4与其理论位置坐标3(如图3所示)相比较，计算出误差值，包括位置误差和角度误差值。

Claims (10)

1.一种高精度视觉定位系统，其特征在于：包括加工平台、振镜系统、计算机控制系统、视觉相机、待测工件；振镜系统安装在加工平台上，并与视觉相机固定连接；待测工件放置在振镜下方的工作台面上；计算机控制系统分别与加工平台、振镜系统及视觉相机通过电信号连接，视觉相机设置为2个。
2.根据权利要求1所述的高精度视觉定位系统，其特征在于：所述振镜系统中包括扫描仪、振镜控制单元及两个振镜，振镜系统通过旁轴安装板与视觉相机连接。
3.一种基于权利要求1或2所述的高精度视觉定位系统的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将视觉相机的参数调节至合适的区间；
步骤2、加工平台搭载视觉相机依次运行至预先设置好的检测点位；
步骤3、视觉相机对待测工件拍照，并存储至特定位置；
步骤4、计算机控制系统对拍照照片进行视觉处理，拟合出该照片下的边缘直线，排除孤立的点位干扰，找出能够真正代表边缘的直线；
步骤5、计算边缘直线与相机视场的交汇点，提取处于相机视场内的边缘交汇点；
步骤6、计算该视场内的边缘直线线段的中点坐标，并保存相关数据；
步骤7、循环执行步骤2至步骤6，直到所有的检测点位都运行结束；计算出各检测点位所连成直线的虚拟交汇点；
步骤8、通过虚拟交汇点反推得到实际的工件边缘中心位置坐标；
步骤9、通过与理论的左边缘中心位置坐标进行比较得出误差信息。
4.根据权利要求3所述的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：步骤1中调节的视觉相机参数包括曝光度、亮度。
5.根据权利要求3所述的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：步骤4中对所拍照的照片进行视觉处理，包括：系统对图片进行模糊处理，并对图片进行边缘提取，得到边缘点集合。
6.根据权利要求5所述的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：步骤4中对所拍照的照片进行视觉处理，还包括：将所提取的边缘点进行直线拟合，去除掉噪音点，得到直线数据。
7.根据权利要求3所述的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：步骤7具体为：将已保存的中点坐标转换到机床坐标系下，计算得到两边直线的交点。
8.根据权利要求3所述的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：所述步骤8具体为：根据事先测得到的待测工件的宽度和高度值，计算得到屏幕左侧边缘的中点在机床坐标系下的实际位置坐标。
9.根据权利要求3所述的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：所述步骤9中的误差信息包括位置误差和角度误差。
10.根据权利要求3所述的高精度视觉定位校准方法，其特征在于：所述检测点位设置为4个。
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