CN114543678A - 一种基于xxy校正平台的视觉检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于XXY校正平台的视觉检测方法，包括以下步骤：硬件架设、校正平台控制初始化、设定行程参数、硬件调试、标定、设定旋转中心、设定基准位、放置产品、视觉程序执行拍照定位确定校正量（Δx、Δy、Δθ）、平台移动补偿校正量、平台反馈校正结果、相机再次拍照复检，视觉程序反馈给上位机结果。将视觉结合校正平台，通过视觉程序，得出需要补偿的Δx、Δy、Δθ偏移量参数，再通过控制系统执行平台运动，走补偿偏移量；采用集成系统控制，去掉了通讯响应时间，减少了两者交互数据的时间，提高了产品效率。

Description

一种基于XXY校正平台的视觉检测方法

技术领域

本发明涉及校正平台技术领域，尤其是一种基于XXY校正平台的视觉检测方法。

背景技术

校正平台能比较精确的进行角度和XY方向的运动，一般精度可达um级，并且其体积小，重量也较轻，可以运用于较多领域。但通常校正平台只有平台自原点开始的各轴校正量计算公式，没有二次叠加运动的方法，也没有反馈平台的当前XY和角度运动量的方法，这对平台使用者来说有时是很不方便的。

现有设备中，视觉与运动控制两者交互数据，需要使用TCP/IP协议或者其他通讯协议进行通讯，通讯响应耗时占用0.2s甚至更长时间，大大影响了设备的生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于XXY校正平台的视觉检测方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于XXY校正平台的视觉检测方法，包括以下步骤：

1、搭建视觉结合XXY校正平台的系统

1.1、硬件架设

将校正平台安装在转盘底部或者其他机构件上，在校正平台上方安装视觉硬件，校正平台由运动控制硬件驱动，视觉硬件包括相机、镜头和光源，运动控制硬件包括运动控制卡和运动控制模块；

1.2、校正平台控制初始化

根据校正平台，输入固定参数；根据校正平台安装方式，将两个X方向轴同时同向找极限，到极限后再同时同向回零，防止运动不同步时造成拉扯；同时Y方向单轴回零；回零完成后将校正平台的姿态坐标设置到原点（0，0，0）；

1.3、设定行程参数

根据校正平台的行程或者外部机构活动空间限制，设置校正平台的校正极限范围、校正平台的反馈代码；

1.4、硬件调试

根据所选视觉硬件的工作距离参数，调试好相机拍照视野、镜头到校正平台上产品的焦距、光源到校正平台上产品的角度和位置，使得相机拍照视野、镜头、环形光源的中心点在同一直线上；

1.5、标定

根据移动范围，设定校正平台数个坐标点，校正平台依次移动数次，每走一个位置，相机进行一次拍照，完成拍照后，建立相机与校正平台的位置对应关系，完成多点标定，保存标定参数；

1.6、设定旋转中心

将标定片放在校正平台上，在相机视野中确定标定片的一个固定标记点特征，相机拍照获取该点位置坐标，将校正平台按照一定角度进行数次顺时针旋转和数次逆时针旋转，每次旋转后依次拍照，记录当前该点的坐标，完成多次旋转后，根据固定标记点的坐标计算出校正平台旋转中心坐标；

1.7、设定基准位

标定完成后，将试样产品放入相机视野居中的位置，确定产品的正确拍照位，单次拍照分析图像，检测检查直线与角度是否在设定参数范围内，确认后设定基准位置，后保存基准位坐标（x0、y0、θ0）；

2、放置产品

产品通过人工或者机械手臂移动到校正平台上，到位后，上位机给视觉程序发送可以校正信号；

3、进行校正

视觉程序执行拍照定位确定校正量（Δx、Δy、Δθ）后，校正平台移动补偿校正量，然后校正平台反馈校正结果、相机再次拍照复检，视觉程序反馈给上位机结果。

其中确定校正量（Δx、Δy、Δθ），分为以下步骤：

3.1、根据产品外形在产品上选择标志点，然后采用相机拍照；

3.2、制作标志点区域轮廓模板，通过模板匹配定位标志点位置；

3.3、根据产品外形选择相应的工具跟随模板找标志点，通过找到的标志点拟合成线，再求出相应线的交点，计算出标志点的坐标，然后再计算出产品的中心点坐标（x1、y1、θ1）；

3.4、根据设定的基准位坐标（x0、y0、θ0），得到校正量：Δx=x1-x0、Δy=y1-y0、Δθ=θ1-θ0。

步骤3.2中，利用视觉软件开发包，制作标志点区域轮廓模板。标志点的选择与产品外形相关，目前产品多为四边形和圆形。当产品具有角点时，步骤3.1中，选取角点作为标志点，步骤3.3中选择的工具为抓边工具，再求出对应相交线的交点，计算出标志点的坐标，然后再计算出产品的中心点坐标；

当产品为弧形边不具备角点时，步骤3.1中，选取产品上的区域作为标志点，步骤3.3中选择的工具为抓取工具，当产品较小时，如手表，则通过标志点拟合成对应产品形状后再计算出产品中心点坐标，无需求出相应线的交点；其余产品通过找到的标志点拟合成线，再求出相应线的交点，计算出标志点的坐标，然后再计算出产品的中心点坐标。

校正平台包括M1轴、M2轴和M3轴，X方向运动由M1轴和M2轴同向运动完成，Y方向运动由M3轴运动完成，角度旋转由M1轴和M2反向运动并搭配M3轴运动来完成。

校正平台设有4个固定参数，R、θM1、θM2、θM3，其中R为各轴零点与校正平台连接点形成的圆的半径，θM1、θM2、θM3为相应轴与校正平台X方向形成的夹角。各轴的旋转△θ进给量的计算公式如下：

△X1=RCos(△θ+θM1)-RCos(θM1)；

△X2=RCos(△θ+θM2)-RCos(θM2)；

△Y=RSin(△θ+θM3)-RSin(θM3)。

设定运行参数与反馈代码用于显示校正平台运动状态。校正平台是有校正范围的，型号不同校正极限不同。同时，角度校正也是有极限的，超过一定范围后两个X方向的轴将会互相“拉扯”，导致校正运动失败。XY方向的超限会导致极限Sensor感应，校正平台初始化成功、失败等其他状态也以代码方式反馈给用户。

设定软件极限参数并自动计算运动是否超限。校正平台本身是有校正范围的，超过校正范围的运动将导致运动不到位。校正平台XY方向可以通过极限感应Sensor检测，但角度超限将无法检测。所以我们需要在视觉软件中设定x、y、θ的校正极限值参数，将所有校正运动限制在一定范围内，超过校正范围的运行都不执行。同时，部分场景下也需要限制校正平台的运动量，比如校正平台连接一个圆柱并伸入到孔中，校正范围就只能在这个孔内，此时就需要限制校正量，否则会造成撞机。

设定旋转中心以减少校正次数。因为校正平台的旋转中心与产品中心不同心，校正平台校正时旋转角度后，会引发产品中心点XY方向的位置变化，即改变产品中心点坐标的x1、y1值，当同时校正Δx、Δy、Δθ时，需要计算旋转中心；当先校正Δθ后，再校正Δx、Δy时则不需要计算旋转中心。为了提高效率，减少校正次数，通常会选择同时校正Δx、Δy、Δθ。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明的一种视觉结合XXY校正平台的控制系统，将视觉结合校正平台，通过视觉程序，得出需要补偿的Δx、Δy、Δθ偏移量参数，再通过控制系统执行校正平台运动，走补偿偏移量。将视觉结合XXY校正平台，采用集成系统控制，去掉了通讯响应时间，减少了两者交互数据的时间，提高了产品效率。

附图说明

图1是本发明的硬件设备架设示意图；

图2是本发明校正平台的结构示意图；

图3是本发明的标定坐标点示意图。

图中标号：1-相机，2-镜头，3-环形光源，4-产品，5-校正平台。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，一种基于XXY校正平台的视觉检测方法，包括以下步骤：

1、搭建视觉结合XXY校正平台的系统

1.1、硬件架设

将校正平台5安装在转盘底部或者其他机构件上，在校正平台上方安装视觉硬件，校正平台5由运动控制硬件驱动，视觉硬件包括相机1、镜头2和环形光源3，运动控制硬件包括运动控制卡和运动控制模块。

1.2、校正平台控制初始化

如图2所示，校正平台5包括M1轴、M2轴和M3轴，X方向运动由M1轴和M2轴同向运动完成，Y方向运动由M3轴运动完成，角度旋转由M1轴和M2轴反向运动并搭配M3轴运动来完成。

输入校正平台5的4个固定参数R、θM1、θM2、θM3，其中R为各轴零点与校正平台连接点形成的圆的半径，θM1、θM2、θM3为相应轴与校正平台X方向形成的夹角；安装校正平台5后，将M1轴、M2轴同时同向找运动极限，运动到极限点后再同时同向回零，防止M1轴、M2轴运动不同步时相互造成拉扯，因为校正平台是有校正范围的，型号不同校正极限不同，且角度校正也是有极限的，超过一定范围后M1轴、M2轴将会互相拉扯，导致校正运动失败；同时M3轴单轴回零；回零完成后将校正平台5的姿态坐标设置到原点（0，0，0）。其中，回零是指各轴回到各自的零点，此零点作为参考点，是各轴固定不变的极限点。

1.3、设定行程参数

根据校正平台5的行程或者外部机构活动空间限制，设置校正平台5的校正极限范围、校正平台5的反馈代码，用于显示校正平台5运动状态，其中反馈代码包括校正平台超限反馈代码、校正平台5初始化状态代码等。XY方向的超限会导致极限Sensor感应发送超限反馈代码给用户，校正平台5初始化成功、失败等其他状态也以代码方式反馈给用户。

1.4、硬件调试

根据所选视觉硬件的工作距离参数，调试好相机1拍照视野、镜头2到校正平台上产品4的焦距、环形光源3到校正平台5上产品4的角度和位置，使得相机1拍照视野、镜头2、环形光源3的中心点在同一直线上。

1.5、标定

如图3所示，根据移动范围，设定校正平台9个坐标点，校正平台依次移动8次，每走一个位置，相机1进行一次拍照，完成拍照后，建立相机1与校正平台的位置对应关系，完成9点标定，保存标定参数。

1.6、设定旋转中心

将标定片放在校正平台上，在相机视野中确定标定片的一个固定标记点特征，相机1拍照获取该点位置坐标，将校正平台以旋转中心为旋转点进行3次顺时针旋转120°和3次逆时针旋转120°，每次旋转后依次拍照，记录当前该固定标记点的坐标，完成6次旋转后，根据固定标记点的坐标计算出校正平台旋转中心的坐标。具体的，旋转中心到固定标记点的距离恒定，每次旋转后固定标记点的坐标点可以拟合成圆形即可得到圆心即校正平台旋转中心。设定旋转中心以减少校正次数。

1.7、设定基准位

标定完成后，将试样产品放入相机1视野居中的位置，确定产品的正确拍照位，单次拍照分析图像，检测检查直线与角度是否在设定参数范围内，确认后设定基准位置，后保存基准位坐标（x0、y0、θ0）。设定软件极限参数并自动计算运动是否超限。校正平台本身是有校正范围的，超过校正范围的运动将导致运动不到位。校正平台XY方向可以通过极限感应Sensor检测，但角度超限将无法检测，所以在视觉软件中设定x、y、θ的校正极限值参数，将所有校正运动限制在一定范围内，超过校正范围的运行都不执行。

2、放置产品

产品4通过人工或者机械手臂移动到校正平台5上，到位后，上位机给视觉程序发送可以校正信号；

3、进行校正

视觉程序执行拍照定位确定校正量（Δx、Δy、Δθ）后，校正平台移动补偿校正量，然后校正平台反馈校正结果、相机1再次拍照复检，视觉程序反馈给上位机结果。

其中确定校正量（Δx、Δy、Δθ），分为以下步骤：

产品为圆形结构时，

3.1、选择产品上的区域作为标志点，然后采用相机拍照；

3.2、利用视觉软件开发包（如Sherlock软件），制作区域轮廓模板，在设定的匹配参数内通过模板匹配定位到产品标志点位置；

3.3、选择抓取工具跟随模板，通过找到的点拟合成圆，计算出标志点的坐标，然后再计算出产品的中心点坐标（x1、y1、θ1）；

3.4、根据设定的基准位坐标（x0、y0、θ0），得到校正量：Δx=x1-x0、Δy=y1-y0、Δθ=θ1-θ0。

因为校正平台的旋转中心与产品中心不同心，校正平台校正时旋转角度后，会引发产品中心点XY方向的位置变化，即改变产品中心点坐标的x1、y1值，当同时校正Δx、Δy、Δθ时，需要计算旋转中心；当先校正Δθ后，再校正Δx、Δy时则不需要计算旋转中心。为了提高效率，减少校正次数，通常会选择同时校正Δx、Δy、Δθ。

M1轴、M2轴和M3轴的旋转△θ进给量的计算公式如下：

△X1=RCos(△θ+θM1)-RCos(θM1)；

△X2=RCos(△θ+θM2)-RCos(θM2)；

△Y=RSin(△θ+θM3)-RSin(θM3)。

当前校正量Δx=0、Δy=0、Δθ=1，即校正量为（0,0,1），通过封装的运动函数转化为ΔX1、ΔX2、ΔY，发送给校正平台，

截取主要封装的内容的转化方式如下：

校正平台参数如：R=134.35mm，θM1=225°、θM2=135°、θM3=45°，校正平台需旋转正1°，依据公式可计算出:

ΔX1=R·Cos(Δθ+θX1)-R·Cos(θX1)

=134.35 × cos(1+225)-134.35 × cos(225)

=1.672(mm) ，

ΔX2=R cos(Δθ+θX2)-R cos(θX2)

=134.35 x cos(1+135)-134.35 x cos(135)

=-1.644(mm) ，

ΔY=R sin(Δθ+θY)-R sin(θY)

=134.35 x sin(1+45)-134.35 x sin(45)

=1.644(mm)。

实施例2

与实施例1的区别点在于，

其中确定校正量（Δx、Δy、Δθ），分为以下步骤：产品为四边形结构时，

3.1、选择产品四个角点作为标志点，然后采用相机拍照；

3.2、利用视觉软件开发包，制作标志点区域轮廓模板，在设定的匹配参数内通过模板匹配定位到产品角点位置；

3.3、选择抓边工具跟随模板，通过找到的点拟合成线，再求出两条对角线的交点，计算出四个角点的坐标，然后再计算出产品的中心点坐标（x1、y1、θ1）；

3.4、根据设定的基准位坐标（x0、y0、θ0），得到校正量：Δx=x1-x0、Δy=y1-y0、Δθ=θ1-θ0。

Claims (5)

1.一种基于XXY校正平台的视觉检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、搭建视觉结合XXY校正平台的系统

S1.1、硬件架设

将校正平台安装在转盘底部或者其他机构件上，在校正平台上方安装视觉硬件，所述的校正平台由运动控制硬件驱动，所述的视觉硬件包括相机、镜头和光源，运动控制硬件包括运动控制卡和运动控制模块；

S1.2、校正平台控制初始化

根据校正平台，输入固定参数；根据校正平台安装方式，将两个X方向轴同时同向找极限，到极限后再同时同向回零，防止运动不同步时造成拉扯；同时Y方向单轴回零；回零完成后将校正平台的姿态坐标设置到原点（0，0，0）；

S1.3、设定行程参数

根据校正平台的行程或者外部机构活动空间限制，设置校正平台的校正极限范围、校正平台的反馈代码；

S1.4、硬件调试

根据所选视觉硬件的工作距离参数，调试好相机拍照视野、镜头到校正平台上产品的焦距、光源到校正平台上产品的角度和位置，使得相机拍照视野、镜头、环形光源的中心点在同一直线上；

S1.5、标定

根据移动范围，设定校正平台数个坐标点，校正平台依次移动数次，每走一个位置，相机进行一次拍照，完成拍照后，建立相机与校正平台的位置对应关系，完成多点标定，保存标定参数；

S1.6、设定旋转中心

将标定片放在校正平台上，在相机视野中确定标定片的一个固定标记点特征，相机拍照获取该点位置坐标，将校正平台按照一定角度进行数次顺时针旋转和数次逆时针旋转，每次旋转后拍照依次，记录当前该点的坐标，完成多次旋转后，计算出校正平台旋转中心；

S1.7、设定基准位

标定完成后，将试样产品放入相机视野居中的位置，确定产品的正确拍照位，单次拍照分析图像，检测检查直线与角度是否在设定参数范围内，确认后设定基准位置，后保存基准位坐标（x0、y0、θ0）；

S2、放置产品

产品通过人工或者机械手臂移动到校正平台上，到位后，上位机给视觉程序发送校正信号；

S3、进行校正

视觉程序执行拍照定位确定校正量（Δx、Δy、Δθ）、校正平台移动补偿校正量、校正平台反馈校正结果、相机再次拍照复检，视觉程序反馈给上位机结果。

2.根据权利要求1所述的基于XXY校正平台的视觉检测方法，其特征在于，步骤S3中，所述的校正量按照如下步骤确定：

S3.1、根据产品外形在产品上选择标志点，然后采用相机拍照；

S3.2、利用视觉软件开发包，制作标志点区域轮廓模板，通过模板匹配定位标志点位置；

S3.3、根据产品外形选择相应的工具跟随模板找标志点，通过找到的标志点拟合成线，再求出相应线的交点，计算出标志点的坐标，然后再计算出产品的中心点坐标（x1、y1、θ1）；

S3.4、根据设定的基准位坐标（x0、y0、θ0），得到校正量：Δx=x1-x0、Δy=y1-y0、Δθ=θ1-θ0。

3.根据权利要求1所述的基于XXY校正平台的视觉检测方法，其特征在于，

所述的校正平台上设有M1轴、M2轴和M3轴，X方向运动由M1轴和M2轴同向运动完成，Y方向运动由M3轴运动完成，角度旋转由M1轴和M2反向运动并搭配M3轴运动来完成。

4.根据权利要求3所述的基于XXY校正平台的视觉检测方法，其特征在于，

所述的校正平台设有4个固定参数，R、θM1、θM2、θM3，其中R为M1轴、M2轴和M3轴零点与校正平台连接点形成的圆的半径，θM1、θM2、θM3为相应轴与校正平台X方向形成的夹角。

5.根据权利要求3所述的基于XXY校正平台的视觉检测方法，其特征在于，

所述的M1轴、M2轴和M3轴的旋转△θ进给量的计算公式如下：

△X1=RCos(△θ+θM1)-RCos(θM1)；

△X2=RCos(△θ+θM2)-RCos(θM2)；

△Y=RSin(△θ+θM3)-RSin(θM3)。

Images