CN114252012B - 一种冻存盒孔位的获取方法 - Google Patents

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    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

Abstract

本发明涉及一种冻存盒孔位的获取方法，通过获取冻存盒表面的三个标记点，结合冻存盒本身固有的孔位位置数据即可自动算出孔位在冻存盒图像内的坐标数据。本发明的冻存盒孔位的获取方法在定位孔位前，操作人员无需将冻存盒精确地置于预定位置处即可实现对孔位的精确定位，相较于原有的定位方法，其操作更为方便，定位更为准确。

Description

一种冻存盒孔位的获取方法
技术领域
本发明涉及一种定位方法，尤其涉及一种冻存盒孔位的获取方法。
背景技术
冻存盒是一种用于存放不同规格冻存管的装置，对于某一规格的冻存盒，其用于存放冻存管的孔位排布是相对固定的。在深冷保藏系统中，冻存盒一般被置于冷藏罐中，由于保藏的温度较低，系统需要通过冻存管自动抓取装置实现对冻存管的自动存取操作。自动抓取装置包括用于定位冻存管的视觉系统及用于抓取冻存管的机械手。其中视觉系统通过对其下方的冻存盒进行拍摄，并通过系统内部预置的判断程序，自动获取冻存管的位置并反馈至机械手，由其实现对冻存管的抓取作业。为了实现对冻存管的精确定位，现有的视觉系统在采集冻存盒的图像之前，操作人员需要将冻存盒严格按照相关操作程序将其摆放于操作台的预定位置处，以保证冻存盒的顶点位于操作台的零点位置处，从而保证取管的成功率。具体的，操作人员需要将冻存盒放在一个完全限定好位置的区域中，然后通过视觉系统来拍摄冻存盒上表面的俯视图，记着再在冻存盒俯视图中框选每个冻存管的位置，作为标定好的冻存管的偏移值。之后，系统再存取同一型号冻存盒时，视觉系统首先拍摄冻存盒上表面的俯视图，并用将拍摄的图像与之前标定好的图像做对比，并将冻存管相对零点位置的偏移值发送给机械手来完成取管动作。
由于市场上冻存盒的种类非常多，要将冻存盒放在一个完全限定好位置的区域中，就要为每一款冻存盒定制限位装置，费时费力；冻存盒摆放的位置被限定，使得取管的便利性受到限制。同时，实际操作时，由于操作人员操作不当，经常会出现冻存盒偏离预定位置的现象，进而使得机械手无法成功实现对冻存管的存取作业。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种无需将冻存盒预置于限定位置处且孔位定位效率高、定位精确的冻存盒孔位的获取方法。
本发明的冻存盒孔位的获取方法，包括冻存盒孔位的获取方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取冻存盒表面图像上的标记点；
步骤S2：根据获取的冻存盒表面图像上的标记点计算冻存盒的孔位坐标；
步骤S3：将步骤S2中获取的孔位坐标发送至取管装置；
步骤S4：取管装置根据所述孔位坐标对冻存管进行抓取；
其中，冻存盒表面的三个角落分别设置有至少一个标记点，连接三个标记点的线段包围形成一个长与冻存盒长度方向平行、宽与冻存盒宽度方向平行的直角三角形。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，在获取冻存盒表面图像上标记点的步骤前还包括获取冻存盒表面图像的步骤，获取冻存盒表面图像的步骤包括：
通过冻存盒上方固定高度处的图像采集设备采集冻存盒表面的图像。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，还包括对图像采集设备采集的冻存盒表面图像进行去噪的步骤。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，所述图像采集设备为CCD相机。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，还包括标记冻存盒的步骤：
在冻存盒的三个角落分别标记一个标记点，三个标记点的连线包围形成一个长与冻存盒的长度方向平行、宽与冻存盒的宽度方向平行的直角三角形。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，所述标记点为圆形标记点。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，以圆形标记点的圆心为标记点坐标，圆形标记点的圆心坐标通过霍夫圆检测方法获取。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，计算冻存盒的孔位做标前包括获取孔位相对标记点的相对坐标的步骤。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，孔位相对标记点的相对坐标的方法包括以下步骤：
采用游标卡尺量取孔位沿冻存盒长度方向距标记点的距离x；
采用游标卡尺量取孔位沿冻存盒宽度方向距标记点的距离y；
坐标(x,y)即为孔位相对该标记点的相对坐标。
进一步的，本发明的冻存盒孔位的获取方法，所述取管装置为机械手或试管吸取装置。
该冻存盒孔位的获取方法的优点在于，本发明的冻存盒孔位的获取方法，通过获取冻存盒表面的三个标记点，结合冻存盒本身固有的孔位位置数据即可自动算出孔位在冻存盒图像内的坐标数据。这样，即使冻存盒的位置相对于标准位置发生偏离，取管装置也可通过该坐标数据实现对冻存管的自动抓取，相较于原有的操作方式，其对孔位的定位更为精确，操作也更为便捷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，并依照说明书的内容予以具体实施，以下以本发明的实施例对其进行详细说明。
附图说明
图1是冻存盒孔位的获取方法的流程图；
图2是实施例一中孔位坐标计算的示意图；
图3是实施例二中冻存盒处于标准位置时的示意图；
图4是实施例二中孔位坐标计算的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：
参见图1～2，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取冻存盒表面图像上的标记点；
步骤S2：根据获取的冻存盒表面图像上的标记点计算冻存盒的孔位坐标；
步骤S3：将步骤S2中获取的孔位坐标发送至取管装置；
步骤S4：取管装置根据孔位坐标对冻存管进行抓取；
其中，冻存盒表面的三个角落分别设置有至少一个标记点，连接三个标记点的线段包围形成一个长与冻存盒长度方向平行、宽与冻存盒宽度方向平行的直角三角形。
具体工作时，操作人员首先通过游标卡尺等相关测量工具测量出某一型号冻存盒中，各孔位相对冻存盒表面上位于直角顶点处标记点的相对位置，并将相关数据录入系统中。在存取该种型号的冻存盒时，操作人员可将冻存盒置于操作台表面，以使其上方的图像采集设备采集冻存盒表面的图像。待图像采集设备对冻存盒表面的图像采集完成后，该方法通过相关的算法获取冻存盒表面图像的三个标记点，系统可通过该三个标记点的相对位置与其内置的冻存盒数据比较，以获取该冻存盒的型号及相关的孔位数据。
接着该方法并可通过上述相关数据计算各孔位的实际坐标，取管装置便可通过该实际坐标对各冻存管进行存取作业。
其中，孔位实际位置的具体计算方法如下描述：
如图所示，线段AC与冻存盒的长度方向平行。系统可根据A点坐标获取冻存盒相对于O点(原点)的偏移根据C点坐标获取/>与X轴之间的夹角ɑ。
根据测量的某孔位与A点之间的固定向量及上述夹角ɑ可获取其相对点A转动后的向量/>最后通过/>即可获取某孔位Kn在图像内的坐标。此外通过图像与实际距离之间的放大系数k，可将孔位的图像坐标转让为空间内的实际坐标。取管装置根据该实际坐标及固定的高度数据即可精确定位孔位并将冻存管从该孔位内取出。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，在获取冻存盒表面图像上标记点的步骤前还包括获取冻存盒表面图像的步骤，获取冻存盒表面图像的步骤包括：
通过冻存盒上方固定高度处的图像采集设备采集冻存盒表面的图像。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，还包括对图像采集设备采集的冻存盒表面图像进行去噪的步骤。
在通过冻存盒表面图形进行孔位坐标计算前对其进行去噪可提高孔位定位的精确度。其具体的去噪方法为本领域常规技术。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，所述图像采集设备为CCD相机。
采用CCD相机作为图像采集设备可提高冻存盒表面图像的成像质量，进而提高孔位的定位精确度。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，还包括标记冻存盒的步骤：
在冻存盒的三个角落分别标记一个标记点，三个标记点的连线包围形成一个长与冻存盒的长度方向平行、宽与冻存盒的宽度方向平行的直角三角形。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，标记点为圆形标记点。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，以圆形标记点的圆心为标记点坐标，圆形标记点的圆心坐标通过霍夫圆检测方法获取。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，计算冻存盒的孔位做标前包括获取孔位相对标记点的相对坐标的步骤。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，孔位相对标记点的相对坐标的方法包括以下步骤：
采用游标卡尺量取孔位沿冻存盒长度方向距标记点的距离x；
采用游标卡尺量取孔位沿冻存盒宽度方向距标记点的距离y；
坐标(x,y)即为孔位相对该标记点的相对坐标。
采用游标卡尺获取孔位的相对坐标提高了对孔位的定位精准度。本实施中，以标记点A为基准点计算孔位相对坐标。
作为优选，本实施例的冻存盒孔位的获取方法，所述取管装置为机械手或试管吸取装置。
采用机械手或试管吸取装置实现了对冻存管的精确存取，其包括三维位移台及用于夹紧冻存管的夹紧装置，而试管吸取装置为通过负压吸取功能实现对冻存管的输运装置，其具体结构及原理为现有技术，此处不再赘述。
实施例二：
参见图3～4，由于冻存管的孔位一般为阵列式排列，以下以具有阵列式排列孔位的冻存盒为例，计算各孔位的具体坐标。
假设标准水平摆放时，可以测得圆A圆心到孔A01圆心的实际距离为M；
将孔A01，A02，A03的圆心连成一直线，过圆A圆心做此直线的高交此直线于点D，则可以测得圆A圆心到D点的实际距离为H；
则∠A01AD＝arccos(H/M)，则∠CAA01＝arcsin(H/M)，我们把∠CAA01记为∠b；
通过拍摄出的图像进行辨识，得到圆A圆心的坐标(Xa,Ya)和圆C圆心的坐标(Xc,Yc)，通过两点间距离的计算公式AC2＝(Xa-Xc)2+(Ya-Yc)2可以得到AC在拍摄出的图像上的像素长度k，同样可以测得圆A圆心到圆C圆心的实际距离为K，则每个像素所代表的实际长度为(k/K)；
则拍摄出的图像中，圆A圆心到孔A01圆心的像素长度m＝M*(k/K)；
假设孔A01圆心的坐标为(Xa1,Ya1)，则Xa1＝Xa+m*cos∠b，Ya1＝Ya+m*sin∠b；
假设测得各孔圆心间的实际距离为N，则各孔圆心间的像素长度n＝N*(k/K)；
横向：假设孔A02圆心的坐标为(Xa2,Ya2)，则Xa2＝Xa1+n，Ya2＝Ya1；
纵向：假设孔B01圆心的坐标为(Xb1,Yb2)，则Xb1＝Xa1，Yb2＝Ya1+n；
……
依次规律逐孔推导，即可以计算出标准水平摆放时各孔圆心的坐标。
随意摆放后，对拍摄出的图像进行辨识，假设找到的圆A圆心的坐标为(Xa’,Ya’)，圆C圆心的坐标为(Xc’,Yc’)，则∠CAE＝arctan[(Ya’-Yc’)/(Xc’-Xa’)]，我们把∠CAE记为∠a，∠EAA01记为∠c，则∠c＝∠b-∠a；
假设孔A01圆心的坐标为(Xa1’,Ya1’)，则Xa1’＝Xa’+m*cos∠c，Ya1’＝Ya’+m*sin∠c；
横向：假设孔A02圆心的坐标为(Xa2’,Ya2’)，则Xa2’＝Xa1’+n*cos∠a，Ya2’＝Ya1’+n*sin∠a；
纵向：假设孔B01圆心的坐标为(Xb1’,Yb2’)，则Xb1’＝Xa1’+n*sin∠a，Yb2’＝Ya1’+n*cos∠a；
……
依次规律逐孔推导，即可以计算出随意摆放后各孔圆心的坐标。
Step3:
前两步已得到，标准水平摆放时孔A01圆心的坐标为(Xa1,Ya1)及随意摆放后孔A01圆心的坐标为(Xa1’,Ya1’)，假设此两点在图像上的偏移为j，同样可以通过两点间距离的计算公式j2＝(Xa1-Xa1’)2+(Ya1-Ya1’)2来求出j；
最终可以得到实际偏移值J＝(j*K)/k；
依次规律逐孔推导，即可以计算出随意摆放后各孔圆心与标准水平摆放时各孔圆心的各个实际偏移值。
以上仅是本发明优选的实施方式，用于辅助本领域技术人员实现相应的技术方案，而并不用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求限定。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明的技术方案基础上，可做出若干与其等同的改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。同时，应当理解，虽然本说明书按照上述实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种冻存盒孔位的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取冻存盒表面图像上的标记点；
步骤S2：根据获取的冻存盒表面图像上的标记点计算冻存盒的孔位坐标；
步骤S3：将步骤S2中获取的孔位坐标发送至取管装置；
步骤S4：取管装置根据所述孔位坐标对冻存管进行抓取；
其中，冻存盒表面的三个角落分别设置有至少一个标记点，连接三个标记点的线段包围形成一个长与冻存盒长度方向平行、宽与冻存盒宽度方向平行的直角三角形；
在获取冻存盒表面图像上标记点的步骤前还包括获取冻存盒表面图像的步骤，获取冻存盒表面图像的步骤包括：
通过冻存盒上方固定高度处的图像采集设备采集冻存盒表面的图像；
所述标记点为圆形标记点；
以圆形标记点的圆心为标记点坐标，圆形标记点的圆心坐标通过霍夫圆检测方法获取；
某孔位在图像内的坐标通过以下方法获取；
根据A点坐标获取冻存盒相对于O点的偏移；
根据C点坐标获取与X轴之间的夹角ɑ；
根据测量的某孔位与A点之间的固定向量及上述夹角ɑ获取其相对点A转动后的向量/>’；
通过+/>’获取某孔位/>在图像内的坐标；
所述A点为直角三角形的直角顶点，C点为直角三角形的另一个顶点，O点为图像原点。
2.根据权利要求1所述的冻存盒孔位的获取方法，其特征在于：还包括对图像采集设备采集的冻存盒表面图像进行去噪的步骤。
3.根据权利要求2所述的冻存盒孔位的获取方法，其特征在于：所述图像采集设备为CCD相机。
4.根据权利要求1所述的冻存盒孔位的获取方法，其特征在于，还包括标记冻存盒的步骤：
在冻存盒的三个角落分别标记一个标记点，三个标记点的连线包围形成一个长与冻存盒的长度方向平行、宽与冻存盒的宽度方向平行的直角三角形。
5.根据权利要求1所述的冻存盒孔位的获取方法，其特征在于：计算冻存盒的孔位坐标前包括获取孔位相对标记点的相对坐标的步骤。
6.根据权利要求5所述的冻存盒孔位的获取方法，其特征在于：孔位相对标记点的相对坐标的方法包括以下步骤：
采用游标卡尺量取孔位沿冻存盒长度方向距标记点的距离x；
采用游标卡尺量取孔位沿冻存盒宽度方向距标记点的距离y；
坐标（x,y）即为孔位相对该标记点的相对坐标。
7.根据权利要求1所述的冻存盒孔位的获取方法，其特征在于：所述取管装置为机械手或试管吸取装置。
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