CN111862221A - Uvw平台标定方法、设备、纠偏方法、装置及对位系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种UVW平台标定方法、设备、纠偏方法、装置及对位系统。标定方法包括：获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的夹角ε；获取相机坐标系xyθ中世界坐标系原点与相机坐标系原点沿X、Y方向距离Δx及Δy；根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与世界坐标系系XYθ的映射关系。采用平移标定以及旋转标定获得相机坐标系与世界坐标系的映射关系，而后对工件进行纠偏时，始终以世界坐标系XYθ作为运算基础，快速输出任意世界坐标系XYθ姿态下的UVW轴对应的运动量。

Description

UVW平台标定方法、设备、纠偏方法、装置及对位系统

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平台标定方法、设备、纠偏方法及对位系统。

背景技术

当前，机器视觉技术在工业自动化领域得到广泛而深入的应用。伴随着制造和测量精度要求的不断提高，机器视觉对位平台的重要性愈发凸显。常见的对位平台分为传统的XYθ平台和UVW平台。比起前者，UVW平台属平面并联结构，具有响应速度高、刚性强、结构紧凑等优点，且能够实现微米级定位精度，因而在视觉对位领域得到广泛应用。

UVW平台按照构型的不同，可分为PPR型和PRP型，将PPR型和PRP型UVW平台引入机器学习方法进行视觉标定，实现双目视觉定位控制。而4-PPR结构是UVW平台的一种重要实现形式，由于4-PPR结构的UVW平台具有刚度大、结构稳定且各关节的累计误差小而精度高等优点，4-PPR结构的UVW平台很容易搭建调整结构并实现旋转、平移等空间运动。

4-PPR结构的UVW平台中，三个运动轴分别称为U轴、V轴和W轴，U轴垂直于V轴及W轴，且V轴与W轴相互平行，U、V和W轴三轴的正方向按照逆时针排列。UVW平台中平台自身存在一个XY坐标系，该坐标系相对于平台底座静止，称为世界坐标系XYθ，另外以相机中心为原点建立相机坐标系xyθ。

目前关于4-PPR结构的UVW平台研究的共同点是以UVW三轴形成的坐标系作为出发点，研究UVW三轴形成的坐标系与世界坐标系XYθ的转换关系。但在UVW平台的实际应用中，往往并不关注所谓UVW三轴形成的坐标系，重点反而在于相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ坐标系的转换关系，只有获得相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ坐标系的转换关系，才能准确利用4-PPR结构的UVW平台对工件进行准确纠偏。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种UVW平台的标定方法、设备、纠偏方法、装置及对位系统。

本发明公开的一种UVW平台的标定方法，包括：

步骤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与世界坐标系XYθ的夹角ε；

步骤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中世界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5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与世界坐标系系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、控制UVW平台回零；

步骤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1.3、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3.1、控制UVW平台回零；

步骤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3.2、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与世界坐标系XYθ的夹角ε。

进一步地，获取Δx及Δy方法为：

步骤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中世界坐标系XYθ的坐标系原点；

步骤4.2、根据获得的相机坐标系xyθ中世界坐标系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中世界坐标系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中世界坐标系XYθ的坐标系原点。

本发明公开的一种UVW平台标定设备，采用如上任一所述的UVW平台的标定方法。

本发明公开的一种UVW平台纠偏方法，采用如下步骤：

步骤A、预设工件在世界坐标系XYθ中的目标位置；

步骤B、控制相机获取工件的图像，根据获取的工件图像获得工件在相机坐标系xyθ下的坐标；

步骤C、根据工件在相机坐标系xyθ下的坐标及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角；

步骤D、根据工件在世界坐标系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三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ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；

步骤E、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UVW平台纠偏装置，采用上述UVW平台纠偏方法。

本发明公开的一种机器视觉对位系统，包括：

UVW平台，UVW平台用于承载工件；

相机，相机设于所述UVW平台上方，相机与计算机连接，用于获取工件图像；

计算机，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与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角，然后根据工件在世界坐标系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三轴各轴定位销在世界坐标系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；以及

控制系统，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。

本发明采用平移标定以及旋转标定获得相机坐标系与世界坐标系的映射关系，而后对工件进行纠偏时，始终以世界坐标系XYθ作为运算基础，快速输出任意世界坐标系XYθ姿态下的UVW轴对应的运动量。

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为实施例一中相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ坐标系的相对位置图；

图2为实施例一中UVW平台的标定方法流程图；

图3为实施例二中工件由工件实际位置移动到工件目标位置示意图；

图4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UVW平台的标定方法，其中UVW平台的标定方法应用于4-PPR结构或其他类型结构的UVW平台中，本例以应用于4-PPR结构为例进行阐述，当然，当应用于其他类型结构的UVW平台中时，与应用于4-PPR结构时类似，本例不进行特别说明，但将本例中UVW平台的标定方法应用于其他类型结构的UVW平台时，同样属于本申请所保护的范围。如图1及2所示，图1为相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ坐标系的相对位置图，图2为本实施例中UVW平台的标定方法流程图。

如图1所示，要想获得相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ坐标系之间的映射关系，只需要获得相机坐标系xyθ与世界坐标系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的原点与世界坐标系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与世界坐标系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的坐标系原点与世界坐标系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与世界坐标系XYθ坐标系之间的映射关系。

如图2所示，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、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与世界坐标系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与世界坐标系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与世界坐标系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，世界坐标系XYθ中对应的XYθ均为0，世界坐标系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与世界坐标系XYθ的夹角也需要求解，便于建立相机坐标系xyθ和世界坐标系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平台分别沿世界坐标系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与世界坐标系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与世界坐标系XYθ之间的夹角为零，否则相机坐标系xyθ与世界坐标系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与世界坐标系XYθ夹角为零，否则二者具有夹角ε。

步骤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中世界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中世界坐标系XYθ的坐标系原点；根据获得的相机坐标系xyθ中世界坐标系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中世界坐标系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，世界坐标系XYθ中对应的XYθ均为0，世界坐标系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世界坐标系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中世界坐标系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中世界坐标系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中世界坐标系XYθ的原点。

根据获得的相机坐标系xyθ中世界坐标系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中世界坐标系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中世界坐标系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中世界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5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与世界坐标系系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)在世界坐标系XYθ下的坐标。

本实施例还揭露一种UVW平台标定设备，采用如上所述的UVW平台的标定方法，对UVW平台进行标定。

实施例二

本实施例提供一种UVW平台纠偏方法，包括：

步骤A、预设工件在世界坐标系XYθ中的目标位置；

步骤B、控制相机获取工件的图像，根据获取的工件图像获得工件在相机坐标系xyθ下的坐标；

步骤C、根据工件在相机坐标系xyθ下的坐标及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角；

步骤D、根据工件在世界坐标系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三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ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；

步骤E、控制UVW平台按照ΔU、ΔV及ΔW移动，驱动工件由实际位置移动到目标位置。

请参阅图3所示，图3为本例中工件由实际位置运动到目标位置的示意图，图3中箭头分别代表UVW平台中U、V及W三轴各轴运动正方向，U、V及W三轴运动方向呈逆时针排列，U轴运动方向垂直于V轴及W轴运动方向，且V轴与W轴运动方向相互平行，A代表在世界坐标系XYθ中的工件实际位置，B代表预设的在世界坐标系XYθ中的工件目标位置。

如图3所示，将工件置于UVW平台上，并使工件位于相机的拍摄视野中，控制相机对工件进行拍照识别，相机采集到工件位于世界坐标系XYθ的图像，根据相机采集到的工件图像，获得工件在相机坐标系中的xyθ下的坐标，而后根据相机坐标系xyθ与世界坐标系系XYθ的映射关系，获得工件在世界坐标系XYθ的实际位置，并获得实际位置相对于目标位置产生的偏角。如图所示，在世界坐标系XYθ中的工件实际位置A以及工件实际位置A相对于工件目标位置B产生的偏角为-α，在本实施例中，定义顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向。

为了使得工件由工件实际位置A运动到工件目标位置B，先控制UVW平台驱动工件顺时针旋转α，使得工件由工件实际位置A变为工件旋转后位置A’，此时工件旋转后位置A’相对于工件目标位置B偏角由-α变为零；而后控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的X轴、Y轴方向平移，比如可以先控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的X轴方向移动，使得工件由工件旋转后位置A’变为工件平移后位置A”，而后再控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的Y轴方向移动，使得工件平移后位置A”变为工件目标位置B，工件即由工件实际位置A运动到工件目标位置B，当然工件旋转后位置A’相对于工件目标位置B偏角-α变为零后，也可以先控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的Y轴方向移动，而后控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的X轴方向移动，使得工件由工件实际位置运动到工件目标位置，再或者也可以先控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的X、Y轴方向移动，而后控制UVW平台驱动工件旋转，使得工件由工件实际位置移动到工件目标位置。本例中，以先控制UVW平台驱动工件顺时针旋转α，使得工件由工件实际位置A变为工件旋转后位置A’，此时工件旋转后位置A’相对于工件目标位置B偏角-α变为零，而后控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的X轴方向移动，使得工件由工件旋转后位置A’变为工件平移后位置A”，然后再控制UVW平台驱动工件沿着世界坐标系XYθ的Y轴方向移动，使得工件由工件平移后位置A”变为工件目标位置B，工件在UVW平台的驱动下由工件实际位置运动到工件目标位置为最优方式。当UVW平台驱动工件，使得工件完成由工件实际位置A变为工件旋转后位置A’，再由工件旋转后位置A’移动到工件平移后位置A”，再由工件平移后位置A”变为工件目标位置B后，获得该过程中UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW。

其中更进一步地，可以预设工件上的其中一点为工件特征点，如预设工件中心点为工件特征点，此时世界坐标系XYθ中工件实际位置可以为工件特征点如工件中心点在世界坐标系XYθ中的实际坐标，当将工件放置于UVW平台上，通过相机拍照可以获取工件特征点在世界坐标系XYθ中的实际坐标为(at，bt)。世界坐标系XYθ中工件目标位置可以为工件特征点如工件的几何中心在世界坐标系XYθ中的目标坐标，工件特征点在世界坐标系XYθ中的目标坐标预设为(tx，ty)。而世界坐标系XYθ中工件实际位置相对于世界坐标系XYθ中工件目标位置的偏角为-α。

UVW平台中U、V及W轴三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ中的坐标在UVW平台出厂时由厂商设计好，可以从产品说明书中直接获得，UVW平台中U、V及W轴三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ中坐标为(Ux，Uy)(Vx，Vy)(Wx，Wy)，其中请复阅图3，UVW平台可以看成是由U轴驱动机构、V轴驱动机构、W轴驱动机构、一个从动支链机构及一个平台构成，U轴驱动机构、V轴驱动机构、W轴驱动机构及从动支链机构分别通过定位销与平台四角连接，UVW平台中U、V及W轴三轴各轴定位销即为平台与U轴驱动机构、平台与V轴驱动机构及平台与W轴驱动机构分别连接的定位销。

为了更加简便的通过计算获得UVW平台中U、V及W轴三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW，本例的优先实现方式中，以工件特征点在世界坐标系XYθ中的实际坐标(at，bt)为原点，平行于世界坐标系XYθ的X轴为横坐标轴，平行于世界坐标系XYθ的Y轴为纵坐标轴建立新坐标系X’Y’θ’，获得UVW平台中U、V及W轴三轴各轴定位销在新坐标系X’Y’θ’中的坐标为(Ux-at，Uy-bt)(Vx-at，Vy-bt)(Wx-at，Wy-bt)。

而后控制UVW平台驱动工件以新坐标系X’Y’θ’的原点也即在世界坐标系XYθ中工件特征点实际坐标(at，bt)为旋转中心顺时针旋转角度α，即可将工件旋正，工件旋转后位置相对于工件目标位置产生的偏角为零，随后根据UVW平台中U、V及W轴三轴各轴定位销在新坐标系X’Y’θ’中的坐标(Ux-at，Uy-bt)(Vx-at，Vy-bt)(Wx-at，Wy-bt)以及点绕坐标系原点顺时针旋转α后坐标转换矩阵，计算顺时针旋转角度α后UVW平台三轴定位销在新坐标系X’Y’θ’中的坐标(Ux'，Uy')(Vx'，Vy')(Wx'，Wy')。本例中，以获得旋转后UVW平台U轴定位销在新坐标系X’Y’θ’中的坐标(Ux'，Uy')为例进行说明。根据点绕坐标系原点顺时针旋转α后坐标转换矩阵：

可以获得旋转后UVW平台U轴定位销在新坐标系X’Y’θ’中的坐标分别为：

同理可以获得UVW平台V及W轴定位销在新坐标系X’Y’θ’中的坐标，本例不再详述。

根据工件特征点旋转后坐标到工件特征点目标坐标(tx，ty)的距离，控制UVW平台运动以驱动工件运动，使得工件特征点旋转后坐标运动到目标坐标(tx，ty)；其中，当控制控制UVW平台以工件特征点实际坐标(at，bt)所对应的原点也即新坐标系X’Y’θ’的坐标原点为旋转中心顺时针旋转角度α后，只需要控制UVW平台分别产生沿世界坐标系XYθ的X、Y方向的运动，UVW平台即可将工件特征点由工件特征点旋转后坐标输送到工件特征点目标坐标(tx，ty)，而UVW平台分别沿世界坐标系XYθ的X、Y方向平移产生的平移量即为工件特征点旋转后坐标与工件特征点目标坐标(tx，ty)在X及Y方向的距离，分别为tx-at、ty-bt，从而获得UVW平台三轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW。其中：

ΔU＝(Ux-at)cosα-(Uy-bt)sinα-(Uy-at)+(tx-at)

ΔV＝(Vx-at)cosα-(Vy-bt)sinα-(Vy-at)+(tx-at)

ΔW＝(Wx-at)sinα+(Wy-bt)cosα-(Wx-bt)+(ty-bt)

本例中以世界坐标系XYθ中的工件特征点实际坐标为原点，平行于世界坐标系XYθ的X轴为横坐标轴，平行于世界坐标系XYθ的Y轴为纵坐标轴建立新坐标系X’Y’θ’，控制UVW平台以工件特征点实际坐标所对应的原点为旋转中心时，相当于工件以自身几何中心为旋转中心进行旋转，而后只需要控制UVW平台运动沿着新坐标系X’Y’θ’的横坐标及纵坐标平移，即可使得工件由实际位置移动到目标位置，计算方式更加简便。

本实施例公开的UVW平台的纠偏方法，始终以世界坐标系XYθ作为运算基础，快速输出任意世界坐标系XYθ姿态下的UVW轴对应的运动量。

本实施例还提供一种UVW平台纠偏装置，采用如上所述UVW平台纠偏方法对工件进行纠偏。

实施例三

请参考图4，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与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角，然后根据工件在世界坐标系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三轴各轴定位销在世界坐标系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平台标定方法，其特征在于，包括：

步骤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与世界坐标系XYθ的夹角ε；

步骤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中世界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5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与世界坐标系系XYθ的映射关系。

2.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，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、控制UVW平台回零；

步骤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1.3、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。

3.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，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3.1、控制UVW平台回零；

步骤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3.2、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。

4.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，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与世界坐标系XYθ的夹角ε。

5.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，其特征在于，所述获取Δx及Δy方法为：

步骤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中世界坐标系XYθ的坐标系原点；

步骤4.2、根据获得的相机坐标系xyθ中世界坐标系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中世界坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ的原点沿X、Y方向距离Δx及Δy。

6.根据权利要求4所述的UVW平台标定方法，其特征在于，采用最小二乘法拟合获得相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的坐标系原点。

7.一种UVW平台标定设备，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的UVW平台的标定方法。

8.一种UVW平台纠偏方法，其特征在于，采用如下步骤：

步骤A、预设工件在世界坐标系XYθ中的目标位置；

步骤B、控制相机获取工件的图像，根据获取的工件图像获得工件在相机坐标系xyθ下的坐标；

步骤C、根据工件在相机坐标系xyθ下的坐标及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角；

步骤D、根据工件在世界坐标系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三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ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；

步骤E、控制UVW平台按照ΔU、ΔV及ΔW移动，完成工件纠偏。

9.一种UVW平台纠偏装置，其特征在于，采取权利要求8所述的纠偏方法。

10.一种机器视觉对位系统，其特征在于，包括：

UVW平台，所述UVW平台用于承载工件；

相机，所述相机设于所述UVW平台上方，所述相机与所述计算机连接，所述用于获取工件图像；

计算机，所述计算机根据所述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与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角，然后根据工件在世界坐标系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三轴各轴定位销在世界坐标系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；以及

控制系统，所述控制系统用于根据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。

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