CN112797895A - 一种基于视觉和激光的框体定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于视觉和激光的框体定位装置，包括顶部安装架、工业视觉相机、滑轨、滑块、线激光发生器和视觉控制器，将料框置于工业视觉相机下方并调整滑块与线激光发生器的角度，再通过工业视觉相机对图形进行拍摄，视觉控制器对图像进行识别和处理将边框的激光线段中线提取出来，并将每条边框的中线形成一条棱线，四条棱线相交的位置即为料框的角点，通过4个角点即可对料框的位置、大小和姿态进行判断，通过2D视觉算法思路和3D激光打光方案即可实现与3D视觉方案同样的效果，同时精度高、无误差，而且无需三维摄像机或传感器，大幅降低了方案的成本。

Description

一种基于视觉和激光的框体定位装置

技术领域

本发明涉及视觉定位领域，尤其涉及一种基于视觉和激光的框体定位装置。

背景技术

在工业生产领域，有越来越多手工操作被机器人和其他自动化设备代替，如上下料、焊接等领域。但很多情况下，来料不一致导致自动化生产出现不良品太高。因此，能够根据来料的情况进行自适应的调整生产参数至关重要。

自动向框体内进行放料时，需要准确的知道料框的位置，往往会实现对框体的位置进行示教。当料框大小不一或者料框的位置和角度发生变化时，示教的位置就不准确了。这种情况是非常常见的，尤其是手工焊接的料框，存在尺寸大小焊接位置的差异。

现有对料框的定位方式是基于3D视觉方案，但3D方案在成本上太高，需要利用多个三维摄像机对料框进行识别以及建模处理后，才能呈现料框的大小及位置从而对料框进行定位，而且现有3D视觉方案针对大视野成像料框时，其精度有时难以达到场景的需求。

发明内容

根据以上技术问题，本发明提供一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于包括顶部安装架、工业视觉相机、滑轨、滑块、线激光发生器和视觉控制器，所述顶部安装架设置于操作台上方，所述顶部安装架通过支撑架支撑并固定在操作台上，所述顶部安装架下表面中央固定有工业视觉相机，所述工业视觉相机通过螺栓固定在顶部安装架上，所述顶部安装架为T型支架，所述顶部安装架的下表面开设有滑轨，所述滑轨为4个，所述滑轨分别位于工业视觉相机的前、后、左、右四侧，前、后两侧的所述滑轨为纵向开设，左、右两侧的所述滑轨为横向开设，所述滑轨为T型结构，所述滑轨内分别安装有滑块，所述滑块底端可旋转式安装有线激光发生器，所述线激光发生器通过销轴安装于滑块上，前、后两侧所述线激光发生器之间的连线垂直于左、右两侧线激光发生器之间的连线，所述视觉控制器内置于顶部安装架内部，所述线激光发生器和工业视觉相机与外部电源连接，所述工业视觉相机与视觉控制器连接；

本发明还提供一种基于视觉和激光的框体定位装置的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.将料框放置于工业视觉相机的正下方并打开4个线激光发生器，目测料框的侧边框与线激光发生器打出的线激光近似平行；

S2.根据料框的大小调节滑块于滑轨中的位置，然后调整线激光发生器的倾斜角度使其中轴与工业视觉相机的中轴呈一定角度且料框的每个侧边框上至少有2条激光发生器发射的线激光；

S3.工业视觉相机对料框拍摄图像，并将图像传至视觉控制器中，视觉控制器对拍摄图像进行识别，通过图像处理方法，将料框每条侧边框的激光线段部分提取出来；

S4.根据步骤S3中提取的侧边框的激光线段部分，对每条侧边框上的激光线段部分求中点，根据单条侧边框上的2个中点拟合成一条棱线，将4条侧边框的棱线求交点，可得到料框的4个角点；

S5根据步骤S3中拍摄的标定图像与物理空间的关系，将4个角点转换为物理位置，根据4个角点判断出料框的大小、位置及姿态；

步骤S2中，调整线激光发生器的倾斜角度使其向工业视觉相机一侧的方向倾斜。

本发明的有益效果为：

本发明通过设置有顶部安装架、工业视觉相机、滑轨、滑块、线激光发生器和视觉控制器，将料框置于工业视觉相机下方并调整滑块与线激光发生器的角度，再通过工业视觉相机对图形进行拍摄，视觉控制器对图像进行识别和处理将边框的激光线段中线提取出来，并将每条边框的中线形成一条棱线，四条棱线相交的位置即为料框的角点，通过4个角点即可对料框的位置、大小和姿态进行判断，通过2D视觉算法思路和3D激光打光方案即可实现与3D视觉方案同样的效果，同时精度高、无误差，而且无需三维摄像机或传感器，大幅降低了方案的成本。

附图说明

图1为本发明一种基于视觉和激光的框体定位装置的主视图；

图2为本发明一种基于视觉和激光的框体定位装置的顶部安装架的仰视图；

图3为本发明一种基于视觉和激光的框体定位方法的工作流程图；

图4为本发明一种基于视觉和激光的框体定位装置的线激光发生器与料框的安装位置示意图；

图5为本发明的线激光成像效果示意图；

图6为本发明棱线和角点计算效果示意图。

如图：1-顶部安装架，2-工业视觉相机，3-滑轨，4-滑块，5-线激光发生器，6-料框。

具体实施方式

实施例1

本发明提供一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于包括顶部安装架1、工业视觉相机2、滑轨3、滑块4、线激光发生器5和视觉控制器，顶部安装架1设置于操作台上方，顶部安装架1通过支撑架支撑并固定在操作台上，顶部安装架1下表面中央固定有工业视觉相机2，工业视觉相机2通过螺栓固定在顶部安装架1上，顶部安装架1为T型支架，顶部安装架1的下表面开设有滑轨3，滑轨3为4个，滑轨3分别位于工业视觉相机2的前、后、左、右四侧，前、后两侧的滑轨3为纵向开设，左、右两侧的滑轨3为横向开设，滑轨3为T型结构，滑轨3内分别安装有滑块4，滑块4底端可旋转式安装有线激光发生器5，线激光发生器5通过销轴安装于滑块4上，前、后两侧线激光发生器5之间的连线垂直于左、右两侧线激光发生器5之间的连线，视觉控制器内置于顶部安装架1内部，线激光发生器5和工业视觉相机2与外部电源连接，工业视觉相机2与视觉控制器连接；

本发明还提供一种基于视觉和激光的框体定位装置的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.将料框6放置于工业视觉相机2的正下方并打开4个线激光发生器5，目测料框6的侧边框与线激光发生器5打出的线激光近似平行；

S2.根据料框6的大小调节滑块4于滑轨3中的位置，然后调整线激光发生器5的倾斜角度使其中轴与工业视觉相机2的中轴呈一定角度且料框6的每个侧边框上至少有2条激光发生器发射的线激光；

S3.工业视觉相机2对料框6拍摄图像，并将图像传至视觉控制器中，视觉控制器对拍摄图像进行识别，通过图像处理方法，将料框6每条侧边框的激光线段部分提取出来；

S4.根据步骤S3中提取的侧边框的激光线段部分，对每条侧边框上的激光线段部分求中点，根据单条侧边框上的2个中点拟合成一条棱线，将4条侧边框的棱线求交点，可得到料框6的4个角点；

S5根据步骤S3中拍摄的标定图像与物理空间的关系，将4个角点转换为物理位置，根据4个角点判断出料框6的大小、位置及姿态；

步骤S2中，调整线激光发生器5的倾斜角度使其向工业视觉相机2一侧的方向倾斜。

实施例2

当使用本发明时，将料框6放置于工业视觉相机2正下方的操作台上，然后使料框6前后两侧的侧边框与左右两侧线激光发生器5打出的线激光近似平行，使料框6左右两侧的侧边框与前后两侧线激光发生器5打出的线激光近似平行，然后根据料框6大小调整滑块4位于滑轨3内的位置，然后将线激光发生器5旋转，使其向工业视觉相机2的一侧倾斜且线激光发生器5的中轴与工业视觉相机2的中轴呈一定角度，要保证料框6的每条侧边框上都至少打上两条线激光，直到线激光发生器5与料框6的位置与图4中的位置近似为止，然后打开线激光发生器5和工业视觉相机2，线激光发生器5在料框6的每条侧边框上都至少留下了两段线激光线段，工业视觉相机2对料框6图像进行采集，并将图像传输至视觉控制器中，视觉控制器对图像进行识别和处理，通过图像处理方法，将每条侧边框的两段激光线段分别提取出来，由于料框6有一定高度且线激光发生器5具有一定倾斜角度，所以线激光打在侧边框上的部位与其他较低部位的图像是明显分开的，如图5所示，所以视觉控制器可以轻松通过视觉算法将激光线段稳定的提取出来，提取出每条侧边框的两段激光线段后，对两段激光线段取中点，再将2个中点连线拟合出一条棱线，再将每条侧边框的棱线求交点即得出料框6的4个角点，根据工业视觉相机2采集的图像和平面的位置关系算出每个角点的物理坐标，这样料框6的大小、位置、角度都可以计算出来，将该物理坐标位置信息输入自动上料系统，通过该物理坐标的位置与大小信息对料框6进行自动上料。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于包括顶部安装架、工业视觉相机、滑轨、滑块、线激光发生器和视觉控制器，所述顶部安装架设置于操作台上方，所述顶部安装架通过支撑架支撑并固定在操作台上，所述顶部安装架下表面中央固定有工业视觉相机，所述顶部安装架的下表面开设有滑轨，所述滑轨为4个，所述滑轨分别位于工业视觉相机的前、后、左、右四侧，前、后两侧的所述滑轨为纵向开设，左、右两侧的所述滑轨为横向开设，所述滑轨内分别安装有滑块，所述滑块底端可旋转式安装有线激光发生器，前、后两侧所述线激光发生器之间的连线垂直于左、右两侧线激光发生器之间的连线，所述视觉控制器内置于顶部安装架内部。

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于所述滑轨为T型结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于所述线激光发生器通过销轴安装于滑块上。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于所述线激光发生器和工业视觉相机与外部电源连接，所述工业视觉相机与视觉控制器连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于所述工业视觉相机通过螺栓固定在顶部安装架上。

6.根据权利要求1所述的一种基于视觉和激光的框体定位装置，其特征在于所述顶部安装架为T型支架。

7.一种基于视觉和激光的框体定位装置的定位方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1.将料框放置于工业视觉相机的正下方并打开4个线激光发生器，目测料框的侧边框与线激光发生器打出的线激光近似平行；

S2.根据料框的大小调节滑块于滑轨中的位置，然后调整线激光发生器的倾斜角度使其中轴与工业视觉相机的中轴呈一定角度且料框的每个侧边框上至少有2条激光发生器发射的线激光；

S3.工业视觉相机对料框拍摄图像，并将图像传至视觉控制器中，视觉控制器对拍摄图像进行识别，通过图像处理方法，将料框每条侧边框的激光线段部分提取出来；

S4.根据步骤S3中提取的侧边框的激光线段部分，对每条侧边框上的激光线段部分求中点，根据单条侧边框上的2个中点拟合成一条棱线，将4条侧边框的棱线求交点，可得到料框的4个角点；

S5根据步骤S3中拍摄的标定图像与物理空间的关系，将4个角点转换为物理位置，根据4个角点判断出料框的大小、位置及姿态。

8.根据权利要求6所述的一种基于视觉和激光的框体定位装置的定位方法，其特征在于所述步骤S2中，调整线激光发生器的倾斜角度使其向工业视觉相机一侧的方向倾斜。

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