CN114950886A - 一种基于机器视觉的定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的定位系统，包括：物料识别模块，用于识别待点胶的物料种类；视觉定位模块，与所述物料识别模块连接，用于根据不同的物料种类进行待点胶区域的定位捕捉；点胶模块，与所述视觉定位模块连接，用于对待点胶区域进行点胶作业。本发明提高了定位精度，解决了传统的智能定位系统造成点胶方式开环控制精度较低，稳定性较差的问题。通过点胶模块对待点胶区域进行点胶作业，点胶模块的点胶头设置有自动温控装置，保证胶水始终处于优良状态，提高点胶质量。通过温控器和加热管加热点胶头，使胶水更有流动性，避免胶水太稠堵塞针头，减少拉丝挂胶现象。

Description

一种基于机器视觉的定位系统
技术领域
本发明属于视觉定位领域，特别是涉及一种基于机器视觉的定位系统。
背景技术
目前，对于点胶机，市场上主流技术是靠精密治具或夹具定位来实现点胶，如果夹具或产品摆放的时候有一点偏差，点胶就会不精确。现有技术中用于自动化工业点胶机器人的智能定位系统较为繁琐，而且传统智能定位系统可能会造成点胶方式开环控制精度较低，稳定性较差的问题，使用起来十分不便。而且，传统的点胶机的点胶机构，点胶头内的胶水由于作业过程中，随着点胶时间、频率以及流量的不同，而导致胶水所处的状态会产生变化，导致点胶质量的差异，如点胶机点胶间隔时间长，或者长时间不作业，胶水流动性变差，胶水太稠堵塞针头，出现拉丝挂胶现象等。因此，传统的点胶机还存在许多不合理的地方，需要作出改进完善。因此，迫切需要一种用于基于机器视觉的工业点胶机器人的智能定位系统。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于机器视觉的定位系统，包括：
物料识别模块，用于识别待点胶的物料种类；
视觉定位模块，与所述物料识别模块连接，用于根据不同的物料种类进行待点胶区域的定位捕捉；
点胶模块，与所述视觉定位模块连接，用于对待点胶区域进行点胶作业。
优选地，所述物料识别模块包括图像采集单元、图像处理单元；
所述图像采集单元用于采集获得不同种类的初始物料图像；
所述图像处理单元，与所述图像采集单元连接，用于对所述初始物料图像进行处理，获得目标物料图像。
优选地，所述图像采集单元包括扫描单元、补光单元、数字电路单元；
所述扫描单元用于通过红外线扫描摄像头对物料进行扫描，生成扫描图像；
所述补光单元用于当自然光无法满足图像扫描时，补强光源；
所述数字电路单元，分别与所述扫描单元、补光单元连接，用于控制补光灯的开闭和扫描镜头的焦距。
优选地，所述图像处理单元对图像进行包括图像转化单元、图像滤波去噪单元、非均匀校正单元、盲元校正单元、图像细节增强单元；
所述图像转化单元，用于对图像采集单元获得的彩色目标图像转化为灰度图；
所述图像滤波去噪单元，用于通过快速中值滤波和带阈值的均值滤波对灰度图进行去噪处理，得到去噪后图像；
所述非均匀校正单元，通过两点法与二元非线性校正法对去噪后的图像进行校正，获得第一校正图像；
所述盲元校正单元，通过采用盲元补偿算法，根据相邻像素或前后帧图像的响应相关性对第一校正图像盲元位置的信息进行预测和替代，获得第二校正图像；
所述图像细节增强单元，通过采用双阈值映射、双阈值自适应增强算法和边缘增强算法，对所述第二校正图像进行处理，获得图像增强后的目标物料图像。
优选地，所述视觉定位模块包括识别定位单元、数据处理单元、视觉SLAM单元、参数解算单元、数据管理单元和位置解算单元；
所述识别定位单元用于对目标物料图像进行识别后，获得视觉定位数据；
所述数据预处理单元，用于将所述视觉定位数据进行插值处理，获得每帧图像对应的位置数据；
所述视觉SLAM单元，用于通过所述视觉定位数据进行待点胶区域位置地图的构建，生成视觉数据集，并实时输出视觉坐标系下的位置信息；
所述参数解算单元，用于筛选并求解关键帧视觉坐标系与地理坐标系之间的变换关系，生成坐标转换参数集；
所述数据管理单元，用于管理所述视觉SLAM单元生成的视觉数据集、与视觉位置关键帧对应的位置数据集、参数解算单元求解的坐标转换参数集以及这三者之间的映射表；
所述位置解算单元，用于利用视觉SLAM单元输出的视觉坐标系下载体当前位置，结合从数据管理单元中提取到坐标转换参数，计算定位结果并将其输出。
优选地，所述点胶模块包括点胶头、温控单元；
所述温控单元包括温控器、加热管、温度传感器；
所述加热管通过所述温度传感器与所述点胶头连接；
所述温控器分别与所述加热管、温度传感器连接，
所述温度传感器用于监测所述点胶头内的胶水温度，并通过控制加热管使得点胶头内的胶水保持在设定的温度。
优选地，所述定位系统还包括校正模块，所述校正模块与所述点胶模块连接，用于在更换点胶阀后，智能感应并校正点胶头的中心圆点位置。
优选地，所述定位系统还包括报警模块，所述报警模块与所述校正模块连接，用于在点胶头位置偏离且校正模块功能失效时进行声光报警。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的一种基于机器视觉的定位系统，首先利用物料识别模块中的图像采集单元对目标图像进行采集，然后利用图像处理单元对图像采集单元采集到的目标图形进行处理，当目标图像处理完成以后，将处理后的目标图形传输至视觉定位模块，利用视觉定位模块确定红外线扫描摄像头图像坐标系和运动平台坐标系之间的关系，对目标图像进行定位捕捉，最后利用点胶模块在视觉定位模块对目标图像进行定位捕捉后进行点胶作业。本发明提高了定位精度，解决了传统的智能定位系统造成点胶方式开环控制精度较低，稳定性较差的问题，使用起来十分便利。通过点胶模块对待点胶区域进行点胶作业，点胶模块的点胶头设置有自动温控装置，保证胶水始终处于优良状态，提高点胶质量。通过温控器和加热管加热点胶头，使胶水更有流动性，避免胶水太稠堵塞针头，减少拉丝挂胶现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于机器视觉的定位系统,其中，点胶机包括箱体机架、工作台、运动机构、点胶机构、机器视觉机构及控制机构，运动机构与工作台相对应，包括X轴运动机构、Y轴运动机构及Z轴运动机构，其中，点胶机构设置在Z轴运动机构，在X轴运动机构、Y轴运动机构及Z轴运动机构的带动下实现点胶动作，机器视觉机构设置在工作台的正上方，由上往下进行拍摄，对工作台上的待点胶物件进行视觉定位，控制机构与运动机构、点胶机构、机器视觉机构相连接，控制运动机构、点胶机构及机器视觉机构协调运行。工作台设在箱体机架上，控制机构设置在箱体机架内。箱体机架底部的四个角落设置有四个正方形独立支撑脚，支撑脚下设置有橡胶垫。
控制机构一般包括机器工控电箱等组成。另外，机器配备显示器以及各种控制按钮与控制机构对应，以实现人机交互。具体为触摸显示控制器，包括液晶触摸显示屏、控制器支架及PLC控制器，液晶触摸显示屏与PLC控制器电性连接，液晶触摸显示屏及PLC控制器均安装于控制器支架上。本发明通过触摸显示控制器输出控制信号来控制点胶机构实现点胶操作，智能化程度高，使用起来更加方便，实现自动化生产，大大提高生产效率，减少人工成本，生产效率高，并且整体结构较为简单，安装和拆卸都很方便，后期维护成本较低。各种控制按钮或控制相关装置设置在工作台左右两侧：左侧是精密调压阀和汽压显示表，右侧是主机启动、排胶、灯光、开始工作等开关；工作台左右两侧是采用不锈钢材质制作。
通过视觉对产品抓拍然后生成图像，经过计算机视觉系统对图像的处理，精确定位每一个产品的任意位置，然后机器针对每个产品需要点胶点漆的位置进行自动识别定位，自动的把油漆或胶水等流液体点胶到产品需要点胶点漆的位置；产品放到机器的工作台面上，产品任意摆放就可以，取代传统的点胶设备需要通过精密夹具治具来定位。计算机可以同时智能控制X轴、Y轴、Z轴运行，实现对点胶点漆位置运动轨迹精确控制。控制胶水量大小是通过气压大小，点胶阀针头大小，同时点胶头上本身也可以通过控制阀调节胶量大小，还有根据视觉控制系统的参数等多方面来精确控制胶水量、油漆量的大小。
进一步优化方案，定位系统包括：
物料识别模块，用于识别待点胶的物料种类；
物料识别模块包括图像采集单元、图像处理单元；
图像采集单元用于采集获得不同种类的初始物料图像；
图像采集单元包括扫描单元、补光单元、数字电路单元；
扫描单元用于通过红外线扫描摄像头对物料进行扫描，生成扫描图像；红外线扫描摄像头包括镜头、感光元件、信号处理元件，外部光线通过镜头聚焦在感光元件上，感光元件与信号处理元件电连接。
补光单元用于当自然光无法满足图像扫描时，即根据点胶机的工作环境需要预设光照强度阈值，当光照强度小于预设阈值补强光源；补光单元具体为LED补光灯，利用LED发光二极管为发光体，采用可充电池供电。补光灯采用单色红光、单色绿光、单色蓝光或白光LED光源；LED灯珠均匀摆放在PCB板的表面。
数字电路单元，分别与扫描单元、补光单元连接，用于控制补光灯的开闭和扫描镜头的焦距。
图像处理单元，与图像采集单元连接，用于对初始物料图像进行处理，获得目标物料图像。
图像处理单元对图像进行包括图像转化单元、图像滤波去噪单元、非均匀校正单元、盲元校正单元、图像细节增强单元；
图像转化单元，用于对图像采集单元获得的彩色目标图像转化为灰度图，以便于进行进一步的图像处理操作；
图像滤波去噪单元，用于通过快速中值滤波和带阈值的均值滤波对灰度图进行去噪处理，得到去噪后图像；
非均匀校正单元，通过两点法与二元非线性校正法对去噪后的图像进行校正，获得第一校正图像；
盲元校正单元，通过采用盲元补偿算法，根据相邻像素或前后帧图像的响应相关性对第一校正图像盲元位置的信息进行预测和替代，获得第二校正图像；
图像细节增强单元，通过采用双阈值映射、双阈值自适应增强算法和边缘增强算法，对第二校正图像进行处理，获得图像增强后的目标物料图像。
视觉定位模块，与物料识别模块连接，用于根据不同的物料种类进行待点胶区域的定位捕捉；
视觉定位模块包括识别定位单元、数据处理单元、视觉SLAM单元、参数解算单元、数据管理单元和位置解算单元；
进一步的优化方案，视觉定位模块基于4个CCD相机获取的图像数据进行运算，其中每两个CCD相机之间抓取一组双目视觉定位数据，则四个CCD相机公共构成有六组双目视觉定位数据，包括识别定位单元、数据预处理单元、视觉SLAM单元、参数解算单元、数据管理单元和位置解算单元；其中，
识别定位单元用于对目标物料图像进行识别后，获得视觉定位数据；
数据预处理模块，用于将不同的双目视觉定位数据进行插值处理，以获取每帧图像对应的位置数据，进一步用于后续生成位置数据集；
视觉SLAM模块，用于将双目视觉定位数据作为输入，在任意一个双目视觉SLAM基础上加入另外两组双目视觉SLAM进行约束，进行物品位置地图的构建，生成视觉数据集，并实时输出物品当前在视觉坐标系下的位置信息；
参数解算模块，用于筛选并求解关键帧视觉坐标系与地理坐标系之间的变换关系，生成坐标转换参数集；
数据管理模块，用于管理视觉SLAM模块生成的视觉数据集、与视觉位置关键帧对应的位置数据集、参数解算模块求解的坐标转换参数集以及这三者之间的映射表；
位置解算模块，用于利用视觉SLAM模块输出的视觉坐标系下载体当前位置，结合从数据管理模块中提取到坐标转换参数，计算定位结果并将其输出。
基于此，本发明还提供了一种基于深度学习的机器视觉定位支架的定位方法，包括以下步骤：
进一步的优化方案，视觉定位模块的工作原理包括，通过4个CCD相机对需要图像采集的物品进行视觉定位，其中每两个CCD相机之间抓取一组双目视觉定位数据，则四个CCD相机公共构成有六组双目视觉定位数据，六组双目视觉定位系统对同一被测物品进行n次测量以使得每组双目视觉定位系统获得n组测量数据；
运行其中一组双目视觉SLAM程序，获取关键帧对应的物品定位信息；
加入另外两组双目视觉SLAM程序，对物品的位置信息进行约束，获得带测物体的实际位置数据，并将其输出；
中央处理器通过GPS定位器获取物料传送的实时位置，并将物料的实际位置数据结合规划出物料传送的运动轨迹；
控制芯片通过CAN通信芯片将信号传输给点胶头，驱动点胶头移动到物料待点胶区域的正上方；
本实施例通过六组双目视觉定位系统对需要进行视觉定位的物品进行多次测量以获取多组测量数据，其次将对这些测量数据进行均值计算以获取测量数据均值，然后测量数据均值对进行筛选以剔除异常数据，最后将筛选后的数据进行加权算术求平均，从而得到被测物品的最佳空间坐标数据，提高了对被测物品的定位准确性。
点胶模块，与视觉定位模块连接，用于对待点胶区域进行点胶作业。
点胶模块包括点胶头、温控单元；
温控单元包括温控器、加热管、温度传感器；
加热管通过温度传感器与点胶头连接；
温控器分别与加热管、温度传感器连接，
温度传感器用于监测点胶头内的胶水温度，并通过控制加热管使得点胶头内的胶水保持在设定的温度。
定位系统还包括校正模块，校正模块与点胶模块连接，用于在更换点胶阀后，智能感应并校正点胶头的中心圆点位置。
定位系统还包括报警模块，报警模块与校正模块连接，用于在点胶头位置偏离且校正模块功能失效时进行声光报警。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的定位系统，其特征在于，包括：
物料识别模块，用于识别待点胶的物料种类；
视觉定位模块，与所述物料识别模块连接，用于根据不同的物料种类进行待点胶区域的定位捕捉；
点胶模块，与所述视觉定位模块连接，用于对待点胶区域进行点胶作业。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的定位系统，其特征在于，
所述物料识别模块包括图像采集单元、图像处理单元；
所述图像采集单元用于采集获得不同种类的初始物料图像；
所述图像处理单元，与所述图像采集单元连接，用于对所述初始物料图像进行处理，获得目标物料图像。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的定位系统，其特征在于，
所述图像采集单元包括扫描单元、补光单元、数字电路单元；
所述扫描单元用于通过红外线扫描摄像头对物料进行扫描，生成扫描图像；
所述补光单元用于当自然光无法满足图像扫描时，补强光源；
所述数字电路单元，分别与所述扫描单元、补光单元连接，用于控制补光灯的开闭和扫描镜头的焦距。
4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的定位系统，其特征在于，
所述图像处理单元对图像进行包括图像转化单元、图像滤波去噪单元、非均匀校正单元、盲元校正单元、图像细节增强单元；
所述图像转化单元，用于对图像采集单元获得的彩色目标图像转化为灰度图；
所述图像滤波去噪单元，用于通过快速中值滤波和带阈值的均值滤波对灰度图进行去噪处理，得到去噪后图像；
所述非均匀校正单元，通过两点法与二元非线性校正法对去噪后的图像进行校正，获得第一校正图像；
所述盲元校正单元，通过采用盲元补偿算法，根据相邻像素或前后帧图像的响应相关性对第一校正图像盲元位置的信息进行预测和替代，获得第二校正图像；
所述图像细节增强单元，通过采用双阈值映射、双阈值自适应增强算法和边缘增强算法，对所述第二校正图像进行处理，获得图像增强后的目标物料图像。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的定位系统，其特征在于，
所述视觉定位模块包括识别定位单元、数据处理单元、视觉SLAM单元、参数解算单元、数据管理单元和位置解算单元；
所述识别定位单元用于对目标物料图像进行识别后，获得视觉定位数据；
所述数据预处理单元，用于将所述视觉定位数据进行插值处理，获得每帧图像对应的位置数据；
所述视觉SLAM单元，用于通过所述视觉定位数据进行待点胶区域位置地图的构建，生成视觉数据集，并实时输出视觉坐标系下的位置信息；
所述参数解算单元，用于筛选并求解关键帧视觉坐标系与地理坐标系之间的变换关系，生成坐标转换参数集；
所述数据管理单元，用于管理所述视觉SLAM单元生成的视觉数据集、与视觉位置关键帧对应的位置数据集、参数解算单元求解的坐标转换参数集以及这三者之间的映射表；
所述位置解算单元，用于利用视觉SLAM单元输出的视觉坐标系下载体当前位置，结合从数据管理单元中提取到坐标转换参数，计算定位结果并将其输出。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的定位系统，其特征在于，
所述点胶模块包括点胶头、温控单元；
所述温控单元包括温控器、加热管、温度传感器；
所述加热管通过所述温度传感器与所述点胶头连接；
所述温控器分别与所述加热管、所述温度传感器连接，
所述温度传感器用于监测所述点胶头内的胶水温度，并通过控制加热管使得点胶头内的胶水保持在设定的温度。
7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的定位系统，其特征在于，
所述定位系统还包括校正模块，所述校正模块与所述点胶模块连接，用于在更换点胶阀后，智能感应并校正点胶头的中心圆点位置。
8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的定位系统，其特征在于，
所述定位系统还包括报警模块，所述报警模块与所述校正模块连接，用于在点胶头位置偏离且校正模块功能失效时进行声光报警。
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