CN111862220A - Uvw平台标定的修正方法、装置、纠偏方法及对位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种UVW平台标定的修正方法、装置、纠偏方法及对位系统，修正方法包括获得相机坐标系与标定坐标系的映射关系；获取工件在相机坐标系中的坐标以及工件旋正的角度；根据相机坐标系与标定坐标系的映射关系，获得U、V及W三轴各轴的运动量；控制UVW平台按照运动量运动；获得旋正后工件在相机坐标系中的坐标；根据工件在相机坐标系中的坐标以及旋正后工件在相机坐标系中的坐标获得ex和ey；根据ex及ey修正相机坐标系与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系。由于标定获得的UVW平台标定坐标系与UVW平台实际坐标系具有偏移，通过对该映射关系进行修正，获得相机坐标系与UVW平台实际坐标系的映射关系，提升标定精度。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉技术领域，具体地，涉及一种UVW平台标定的修正方法、装置、纠偏方法及对位系统。
背景技术
UVW平台中，三个运动轴分别称为U轴、V轴和W轴，U轴是与另外两条垂直的轴V轴和W轴相互平行，三条轴的正方向复合逆时针排列。平台自身存在一个XY坐标系，该坐标系相对于平台底座静止，称为UVW平台实际坐标系X'Y'θ；另外以相机中心为原点建立相机坐标系xyθ。当UVW平台应用于机器视觉处理中时，为了将UVW平台上放置于初始位置的工件移送至目标位置，便于机械臂在固定目标位置抓取工件，需要对UVW平台进行视觉标定，以通过视觉标定获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间的映射关系，当将工件放置于UVW平台后，通过相机获得工件在相机坐标系xyθ中的图像坐标，而后利用图像坐标及相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间的映射关系，控制UVW平台运动，便可驱动工件由初始位置移送至目标位置。
但由于标定精度的问题，通过视觉标定得到的UVW平台标定坐标系XYθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间存在偏差，因而使得最终获得的相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间的映射关系不准确，如此UVW平台驱动工件由初始位置移动到目标位置的运动便不够准确。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种UVW平台标定的修正方法、装置、纠偏方法及对位系统。
本发明公开的UVW平台标定的修正方法，包括：
步骤1、获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系；
步骤2、获取工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标以及工件相对于模板旋正的角度；
步骤3、根据工件旋正的角度及工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，获得工件旋正时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤4、控制UVW平台按照所述运动量运动，使得工件被UVW平台旋正；
步骤5、获得旋正后工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标；
步骤6、根据工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标以及旋正后工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，获得UVW平台标定坐标系XYθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的偏移ex和ey；
步骤7、根据偏移量ex及ey及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间的映射关系。
进一步地，相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系的获取方法为：
步骤1.1、控制UVW平台按照预设平移距离，分别沿X、Y方向运动m次(m≥2)，每完成一次平移后控制UVW平台停止，则控制相机获取一次图像；
步骤1.2、根据平移获取的所有图像，获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角ε；
步骤1.3、控制UVW平台按照预设角度依次旋转n次(n≥2)，每完成一次旋转后控制UVW平台停止，则控制相机采集一次图像；
步骤1.4、根据旋转获取的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获取相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系原点与相机坐标系原点沿X、Y方向距离Δx及Δy；
步骤1.5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系系XYθ的映射关系。
进一步地，控制UVW平台按照预设平移距离分别沿X、Y方向平移的方法包括：
步骤1.1.1、控制UVW平台回零；
步骤1.1.2、根据预设平移距离计算每次沿X、Y方向平移时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤1.1.3、根据计算得到U、V及W三轴各轴的运动量，控制UVW平台分别沿X、Y方向平移m次。
进一步地，控制UVW平台按照预设角度旋转的方法包括：
步骤1.3.1、控制UVW平台回零；
步骤1.3.2、根据预设旋转角度计算每次旋转时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤1.3.3、根据计算的U、V及W三轴各轴的运动量控制UVW平台按照预设角度依次旋转旋转n次。
进一步地，获取相机在XY方向的像素当量及夹角ε的方法为：
步骤1.2.1、根据每一次平移前及平移后，相机获取的两个图像，获得两个图像在相机坐标系xyθ中的像素变化；
步骤1.2.2、根据预设平移距离以及每一次平移前及平移后获得的相机坐标系xyθ中两个图像的像素变化，获取相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角ε。
进一步地，获取Δx及Δy方法为：
步骤1.4.1、根据旋转采集的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获得采集的所有图像在相机坐标系xyθ中的坐标，根据图像在相机坐标系xyθ中的所有坐标，拟合获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点；
步骤1.4.2、根据获得的相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点及相机在XY方向的像素当量，获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ的原点沿X、Y方向距离Δx及Δy
进一步地，采用最小二乘法拟合获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点。
本发明公开的一种UVW平台标定的修正装置，采用如上任一所述的UVW平台标定的修正方法。
本发明公开的一种UVW平台纠偏方法，包括如下步骤：
根据相机拍摄的工件的图像，获取工件在相机坐标系xyθ下的坐标；
根据相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的映射关系，将工件在相机坐标系xyθ下的坐标转换成UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标；
根据工件在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标、工件在UVW平台实际坐标系X'Y'θ的目标位置以及UVW平台中U、V及W三轴各轴定位销在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标，获得UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW；
控制UVW平台按照ΔU、ΔV及ΔW移动，完成工件纠偏。
本发明公开的一种机器视觉对位系统，包括UVW平台、相机、控制系统及计算机；UVW平台用于承载工件，相机设于所述UVW平台上方，用于获取工件图像，相机与计算机连接，计算机用于根据相机获取的工件图像、相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的映射关系及UVW平台的三轴定位销在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标计算得到UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW，控制系统用于根据UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW控制UVW平台运动，UVW平台对工件纠偏。
本发明公开的UVW平台标定的修正方法，在视觉标定获得相机坐标系与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系后，由于标定获得的UVW平台标定坐标系XYθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ具有偏移，因而通过修正对该映射关系进行进一步修正，获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的隐射关系，提升标定精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为实施例一中UVW平台标定的修正方法流程图；
图2为实施例一中相机坐标系、UVW平台标定坐标系及UVW平台实际坐标系的位置示意图；
图3为实施例一中UVW平台中UVW三轴各轴运动方向示意图；
图4为实施例一中相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ坐标系的相对位置图；
图5为实施例三中机器视觉对位系统的结构简图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
实施例一
本实施例揭露一种相机坐标系与UVW平台实际坐标系映射关系的修正方法，请参考图1及2所示，图1为本例中UVW平台标定的修正方法流程图，图2为相机坐标系xyθ、UVW平台标定坐标系XYθ及UVW平台实际坐标系X'Y'θ的位置示意图。其中，UVW平台标定坐标系XYθ为通过标定获得的平台坐标系，UVW平台实际坐标系X'Y'θ为实际平台坐标系。
本实施例中UVW平台标定的修正方法，包括：
步骤1、获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系；
步骤2、获取工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标以及工件相对于模板旋正的角度；
步骤3、根据工件旋正的角度及工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，获得工件旋正时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤4、控制UVW平台按照所述运动量运动，使得工件被UVW平台旋正；
步骤5、获得旋正后工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标；
步骤6、根据工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标以及旋正后工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，获得UVW平台标定坐标系XYθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的偏移ex和ey；
步骤7、根据偏移量ex及ey及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X′Y′θ之间的映射关系。
请参阅图2所示，在UVW平台中，存在相机坐标系xyθ和UVW平台实际坐标系X′Y′θ，而采用视觉标定通常获得的是相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，为了利用UVW平台实现工件较为准确的纠偏，需要获得UVW平台标定坐标系XYθ与UVW平台实际坐标系X′Y′θ在X及Y方向的偏移量ex及ey，再根据偏移量ex及ey对相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系进行修正，进而获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X′Y′θ的映射关系。
请参阅图3，图3为UVW平台U、V、W三轴各轴运动方向示意图。当UVW平台各运动轴正方向如图3所示时，UVW平台中相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系通过视觉标定的方式已经获得，UVW平台中相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系满足：
其中，(rx，ry)为任意点在相机坐标系xyθ中的坐标，(Rx，Ry)为(rx，ry)在UVW平台标定坐标系XYθ下的坐标，ε为相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角，Δx及Δy为相机坐标系xyθ原点与UVW平台标定坐标系XYθ原点在X及Y方向的距离。
而后控制UVW平台运动，使得UVW平台驱动工件由工件实际位置运动到工件目标位置，也即控制UVW平台先驱动工件顺时针旋转θ角，工件由工件实际位置运动到工件旋转后位置，再控制UVW平台驱动工件由工件旋转后位置运动到工件目标位置，U、V及W三轴的移动距离为：
X1＝(L-Rx)cosθ-(-L-Ry)sinθ-(L-Rx)+(tx-Rx)
-X2＝(-L-Rx)cosθ-(L-Ry)sinθ-(-L-Rx)+(tx-Rx)
Y＝(L-Rx)sinθ-(L-Ry)cosθ-(L-Ry)+(ty-Ry). (2)
当tx＝Rx，ty＝Ry时，UVW平台驱动工件顺时针旋转θ角，相当于工件绕着自身顺时针旋转θ。但由于UVW平台标定坐标系XYθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间存在偏移量ex及ey，UVW平台控制工件绕自身顺时针旋转θ时，实质上等效于(Rx，Ry)绕着(R′x，R′y)顺时针旋转θ，其中(R′x，R′y)为(rx,ry)在UVW平台实际坐标系X'Y'θ中的坐标。
根据相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系同理可以得到，旋转后的工件特征点在UVW平台标定坐标系XYθ下的坐标为：
根据(3)式计算偏移量ex及ey时，将工件放置于UVW平台中，通过相机拍照，获得工件上工件特征点如工件的几何中心在相机坐标系xyθ中的坐标(rx，ry)，而后将(rx，ry)代入公式(1)中，ε及Δx及Δy在纠偏获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系的过程中已经求解，为已知量，因而通过式(1)也即相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，可直接获得工件特征点(rx，ry)在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标(Rx，Ry)。根据工件旋正的角度及工件特征点在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，获得工件旋正时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量，控制UVW平台按照运动量运动，使得根据工件特征点在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标(Rx，Ry)相对于模板位置的偏角θ对工件进行旋正，当工件旋正结束时，再次利用相机对工件进行拍照，并通过相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系也即式(1)获得当前工件特征点在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，即公式(3)中的tx’与ty’。如此，即可根据公式(3)反向求得偏移量ex及ey，然后根据求得的偏移量ex及ey及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间的映射关系。
本例中还阐述获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系的方法。如图4所示，图4为相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的相对位置图。
如图4所示，要想获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ坐标系之间的映射关系，只需要获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ坐标系之间的夹角ε以及相机坐标系xyθ中相机坐标系xyθ的原点与UVW平台标定坐标系XYθ坐标系的原点在X及Y方向的距离Δx及Δy即可。以下将详细阐述如何获取机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ坐标系之间的夹角ε以及相机坐标系xyθ中相机坐标系xyθ的坐标系原点与UVW平台标定坐标系XYθ坐标系的原点在X及Y方向的距离Δx及Δy，以便获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ坐标系之间的映射关系。
本实施例提供的一种UVW平台的标定方法包括如下步骤：
步骤1.1、控制UVW平台按照预设平移距离，分别沿X、Y方向运动m次(m≥2)，每完成一次平移后控制UVW平台停止，则控制相机获取一次图像。进一步来说，为了便于计算，预设平移距离可以为沿着X方向及沿着Y方向预设平移距离距离相同，如均为1mm、2mm或3mm等，具体不做限制，可以根据情况具体设置。先预设平移距离，而后控制UVW平台回零，再根据预设平移距离计算得到每次控制UVW平台沿着X方向及Y方向平移时U、V及W三轴各轴的运动量，而后每完成一次平移，只需要控制U、V及W三轴各自按照运动量运动，UVW平台分别沿X、Y方向进行下一次平移。更为优选的，控制UVW平台回零后，可以采用9点标定法，分别控制UVW平台沿着X及Y方向移动，使相机完成X及Y方向上共9个图像采集。
步骤1.2、根据平移获取的所有图像，获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角ε。进一步来说，控制UVW平台沿X方向或沿Y方向依照预设平移距离平移时，相机会获取每一次平移前及平移后的图像，根据每一次平移前及平移后相机获取的两个图像，可以获得两个图像在相机坐标系xyθ中的像素变化，根据预设平移距离以及相机坐标系xyθ中两个图像的像素变化，便可以获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角ε。
为了更加方便的获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角ε，本例中引入Mark点作为参考点。如可以在UVW平台上标记Mark点，并且使得Mark点位于相机拍摄视野内，以便Mark点可以在相机中清晰成像。
而后将UVW平台回零，当UVW平台回零，UVW平台标定坐标系XYθ中对应的XYθ均为0，UVW平台标定坐标系XYθ的坐标原点与此时UVW平台几何中心重合，后续确定相机的世界坐标以及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角也需要求解，便于建立相机坐标系xyθ和UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系。
控制UVW平台回零后，而后采用9点标定法分别控制UVW平台分别沿UVW平台标定坐标系XYθ的X、Y方向平移运动，每完成一次平移后控制UVW平台停止，而后控制相机获取一次Mark点的图像；
由于UVW平台驱动Mark点分别沿着X或Y方向平移时，每次平移距离都为预设平移距离，而相机坐标系xyθ中，可以根据相机采集的Mark点的图像获得对应的图像像素，进而获得每一次平移前后Mark点图像在相机坐标系xyθ中的像素变化，根据每一次平移前后Mark点的平移距离以及相机坐标系xyθ中每一次平移前后Mark点像素变化，即可获得相机在XY方向的像素当量，所谓像素当量是指工件图像中一个像素点代表的工件的实际物理尺寸是多少，当获得每一次平移前后Mark点的平移距离以及相机坐标系xyθ中每一次平移前后Mark点像素变化，可以对应获得相机中一个像素点在相机坐标系xyθ中所代表的坐标，也即相机在XY方向的像素当量。
当控制UVW平台驱动Mark点分别沿着X、Y方向平移后，根据相机坐标系xyθ中，相机获得Mark点的图像所得到的直线与相机坐标系xyθ坐标轴的夹角，可以得到相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ之间存在夹角，若沿着X方向或Y方向运动时获得的Mark点的图像连线所得到的直线与相机坐标系xyθ中X或Y坐标轴夹角为零，则说明相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ之间的夹角为零，否则相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ之间存在夹角ε。
比如当控制UVW平台驱动工件沿着X轴移动3次，每一次移动后控制相机采集Mark点图像，共获得3个Mark点图像，获得3个Mark点图像后得到3个Mark点图像的图像像素，再根据沿着X轴运动的预设平移距离，可以得到相机在X方向的像素当量，再根据相机在X方向的像素当量，将3个Mark点图像的图像像素转化为3个Mark点图像在相机坐标系xyθ的坐标，3个Mark点图像在相机坐标系xyθ的坐标共线，若3个Mark点图像在相机坐标系xyθ中形成的直线与相机坐标系xyθ的x轴平行，则相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ夹角为零，否则二者具有夹角ε。
步骤1.3、控制UVW平台按照预设角度依次旋转n次(n≥2)，每完成一次旋转后控制UVW平台停止，则控制相机采集一次图像。进一步的，控制UVW平台回零；根据预设旋转角度计算每次旋转时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；根据计算的U、V及W三轴各轴的运动量控制UVW平台按照预设角度依次旋转旋转n次。
步骤1.4、根据旋转获取的图像及相机在XY方向的像素当量，获取相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系原点与相机坐标系原点沿X、Y方向距离Δx及Δy。进一步地，根据旋转采集的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获得采集的所有图像在相机坐标系xyθ中的坐标，根据图像在相机坐标系xyθ中的所有坐标，拟合获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点；根据获得的相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点及相机在XY方向的像素当量，获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ的原点沿X、Y方向距离Δx及Δy。
本例中为了更加方便的获得Δx及Δy，本例中同样引入Mark点作为参考点。如可以在UVW平台上标记Mark点，并且使得Mark点位于相机拍摄视野内，以便Mark点可以在相机中清晰成像。
而后将UVW平台回零，当UVW平台回零，UVW平台标定坐标系XYθ中对应的XYθ均为0，UVW平台标定坐标系XYθ的坐标原点与此时UVW平台几何中心重合，此时根据预设旋转角度，计算获得每次旋转预设旋转角度时UVW平台三轴的各轴运动量，根据各轴运动量，控制UVW平台按照预设角度依次旋转n次，其中n＝2,3…n，每完成旋转一次后控制UVW平台停止，而后则控制相机采集一次Mark点图像，共获得n个Mark点图像。其中预设角度可以是顺时针方向旋转1度，预设角度越小后续获得UVW平台标定坐标系XYθ原点在相机坐标系xyθ中的坐标越精确。
控制UVW平台按照预设角度旋转时，每完成一次旋转后获得一个Mark点图像，根据旋转后采集的n个Mark点图像在相机坐标系xyθ的像素变化以及相机在XY方向的像素当量，获得n个Mark点图像在相机坐标系xyθ中的对应坐标，而后根据n个Mark点图像在相机坐标系xyθ中的坐标，拟合获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点。其中可以采用最小二乘法拟合世界相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点，也可以根据相机坐标系xyθ中，旋转后获得的n个Mark点坐标对应的点顺次相连，将相连的线段做垂直平分，垂直平分线的交点即为相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点。
根据获得的相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点及相机在XY方向的像素当量，获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ原点的相对位置。
根据相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ原点的相对位置，获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系原点与相机坐标系原点沿X、Y方向距离Δx及Δy。
步骤1.5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系系XYθ的映射关系为：
其中(x,y)为相机坐标系xyθ下任意点的坐标，x'及y'为(x,y)在UVW平台标定坐标系XYθ下的坐标。
将(rx,ry)及(Rx',Ry)带入(4)式并考虑方向，即可得(1)式。
而后根据求得的偏移量ex及ey修正相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间的映射关系为式(5)：
本实施例公开的UVW平台的标定方法，始终以UVW平台标定坐标系XYθ作为运算基础，研究UVW平台的视觉标定和纠偏方法，实现相机标定，快速输出任意UVW平台标定坐标系XYθ姿态下的UVW轴对应的运动量，同时，针对UVW平台标定坐标系XYθ存在标定误差的情况，本实施例采用修正方法进行修正，提升标定精度。
本实施例还揭露一种UVW平台标定修正装置，采用如上所述的UVW平台标定的修正方法，对获得的相机坐标系xyθ与第二世界坐标XYθ的映射关系进行修正。
实施例二
本实施例提供一种UVW平台纠偏方法，包括：
根据相机拍摄的工件的图像，获取工件在相机坐标系xyθ下的坐标；
根据相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的映射关系，将工件在相机坐标系xyθ下的坐标转换成UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标；
根据工件在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标、工件在UVW平台实际坐标系X'Y'θ的目标位置以及UVW平台中U、V及W三轴各轴定位销在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标，获得UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW；
控制UVW平台按照ΔU、ΔV及ΔW移动，完成工件纠偏。
实施例三
请参考图5，其为本实施例中机器视觉对位系统的结构简图。本实施例揭露的一种机器视觉对位系统，包括UVW平台、相机、计算机及控制系统。，UVW平台用于承载工件。相机设于UVW平台上方，相机与计算机连接，用于获取工件图像。计算机根据相机获取的工件图像，获得工件在相机坐标系xyθ下的坐标，然后根据工件在相机坐标系xyθ下的坐标及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，获取工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角，然后根据工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的实际位置、目标位置、实际位置相对于目标位置偏角以及UVW平台中U、V及W三轴各轴定位销在UVW平台标定坐标系XYθ下的坐标，计算得到UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW。控制系统用于根据ΔU、ΔV及ΔW控制UVW平台运动，使UVW平台驱动工件运动到目标位置。
上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种UVW平台标定的修正方法，包括：
步骤1、获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系；
步骤2、获取工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标以及工件相对于模板旋正的角度；
步骤3、根据工件旋正的角度及工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，获得工件旋正时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤4、控制UVW平台按照所述运动量运动，使得工件被UVW平台旋正；
步骤5、获得旋正后工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标；
步骤6、根据工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标以及旋正后工件在UVW平台标定坐标系XYθ中的坐标，获得UVW平台标定坐标系XYθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的偏移ex和ey；
步骤7、根据偏移量ex、ey及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系，获得相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ之间的映射关系。
2.根据权利要求1所述的修正方法，其特征在于，所述相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的映射关系的获取方法为：
步骤1.1、控制UVW平台按照预设平移距离，分别沿X、Y方向运动m次(m≥2)，每完成一次平移后控制UVW平台停止，则控制相机获取一次图像；
步骤1.2、根据平移获取的所有图像，获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角ε；
步骤1.3、控制UVW平台按照预设角度依次旋转n次(n≥2)，每完成一次旋转后控制UVW平台停止，则控制相机采集一次图像；
步骤1.4、根据旋转获取的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获取相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系原点与相机坐标系原点沿X、Y方向距离Δx及Δy；
步骤1.5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系系XYθ的映射关系。
3.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于，所述控制UVW平台按照预设平移距离分别沿X、Y方向平移的方法包括：
步骤1.1.1、控制UVW平台回零；
步骤1.1.2、根据预设平移距离计算每次沿X、Y方向平移时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤1.1.3、根据计算得到U、V及W三轴各轴的运动量，控制UVW平台分别沿X、Y方向平移m次。
4.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于，所述控制UVW平台按照预设角度旋转的方法包括：
步骤1.3.1、控制UVW平台回零；
步骤1.3.2、根据预设旋转角度计算每次旋转时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤1.3.3、根据计算的U、V及W三轴各轴的运动量控制UVW平台按照预设角度依次旋转旋转n次。
5.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于，所述获取相机在XY方向的像素当量及夹角ε的方法为：
步骤1.2.1、根据每一次平移前及平移后，相机获取的两个图像，获得两个图像在相机坐标系xyθ中的像素变化；
步骤1.2.2、根据预设平移距离以及每一次平移前及平移后获得的相机坐标系xyθ中两个图像的像素变化，获取相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与UVW平台标定坐标系XYθ的夹角ε。
6.根据权利要求2所述的修正方法，其特征在于，所述获取Δx及Δy方法为：
步骤1.4.1、根据旋转采集的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获得采集的所有图像在相机坐标系xyθ中的坐标，根据图像在相机坐标系xyθ中的所有坐标，拟合获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点；
步骤1.4.2、根据获得的相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点及相机在XY方向的像素当量，获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ的原点沿X、Y方向距离Δx及Δy。
7.根据权利要求6所述的修正方法，其特征在于，采用最小二乘法拟合获得相机坐标系xyθ中UVW平台标定坐标系XYθ的坐标系原点。
8.一种UVW平台标定的修正装置，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的UVW平台标定的修正方法。
9.一种UVW平台纠偏方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据相机拍摄的工件的图像，获取工件在相机坐标系xyθ下的坐标；
根据相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的映射关系，将工件在相机坐标系xyθ下的坐标转换成UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标；
根据工件在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标、工件在UVW平台实际坐标系X'Y'θ的目标位置以及UVW平台中U、V及W三轴各轴定位销在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标，获得UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW；
控制UVW平台按照ΔU、ΔV及ΔW移动，完成工件纠偏。
10.一种机器视觉对位系统，其特征在于，包括UVW平台、相机、控制系统及计算机；所述UVW平台用于承载工件，所述相机设于所述UVW平台上方，用于获取工件图像，所述相机与所述计算机连接，所述计算机用于根据所述相机获取的工件图像、相机坐标系xyθ与UVW平台实际坐标系X'Y'θ的映射关系及UVW平台的三轴定位销在UVW平台实际坐标系X'Y'θ下的坐标计算得到UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW，所述控制系统用于根据UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW控制UVW平台运动，UVW平台对工件纠偏。
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