CN116512260B - 一种用于相机测量坐标系标定的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于视觉标定技术领域，尤其是提供了一种用于相机测量坐标系标定的装置，该用于相机测量坐标系标定的装置包括上节管和下节管，上节管和下节管之间设有转盘，上节管的顶端固定有机头，机头的顶端设有顶针，支撑杆的顶端固定有相机，相机的探头朝向于顶针的尖端方向倾斜，且相机带有摄像功能，下节管内设有带动转盘旋转的驱动机构a，标定人员无需近距离观测机械手的检测点是否靠近于标定点的某方位，所述的标定体的四个标定方位相互垂直，相互之间呈九十度夹角，与机械手通过其检测点在四个方位上依次触碰四个标定点时通过控制组件指令驱动机构将相机调整至同一标定方位上向终端数显上实施反馈标定图像，标定过程便于操作。
Description
技术领域
本发明涉及视觉标定设定技术领域，特别涉及一种用于相机测量坐标系标定的装置。
背景技术
相机测量坐标系标定的广泛定义为：在其服务的图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相线关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数，在机械行业中相机测量坐标系标定多应用于智能机器人中，且多见于机械手臂抓取工件或加工工件起始运动时的基点坐标的设定。传统的设定方式是利用一个顶针为基点，让机械手臂的结构起点在不同的旋转角度上频繁的触碰顶针基点，根据终端显示上所显示的手臂在不同旋转角度上与基点之间的关系，获得数据，并将数据记忆保存在系统中，从而标定出手臂工作时的基点，以此基点为基础对机械手臂的运动轨迹实施编程。
然而，机械臂的起点在旋转至多个角度分别与顶针尖端触碰时，需要人为观测机械臂的起点是否与顶针尖端准确触碰，由于顶针放置在工件台上，距离终端显示屏较远，且又由于顶针尖端较小，因此就会导致两者碰撞检测时肉眼远距离观测不便，从而会影响标定效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，通过设置摄像功能，使得坐标系标定检测时机械臂结构的起点与顶针尖端发生触碰时能够反馈到终端显示上，利于近距离观测，提高了标定效率。
本发明的技术方案是，一种用于相机测量坐标系标定的装置，包括上节管和下节管，上节管和下节管之间设有转盘，下节管内设有载板，载板位于转盘的下方，转盘的外壁面固定有支撑杆，支撑杆沿着上节管的外侧平行向上延伸，上节管的顶端固定有机头，机头的顶端设有顶针，支撑杆的顶端固定有相机，相机的探头朝向于顶针的尖端方向倾斜，且相机带有摄像功能，下节管内设有带动转盘旋转的驱动机构a，驱动机构a包括带动转盘旋转时以通过支撑杆带动相机每旋转至九十度时自动停止的第一控制组件b，上节管与顶针之间设有用于启动驱动机构a自动旋转的第二控制组件c，顶针上设有标定体d，标定体d设有四个标定方位，相机每旋转至九十度时对应于一个标定方位，相机的输出端通过光纤传输于所服务设备的终端系统并反馈在终端显示上。
作为进一步优选的，所述转盘的中部开设有与上节管和下节管相通的内孔，所述驱动机构a还包括设置在内孔壁面上的一整圈齿面和固定在所述载板的顶面的步进电机，所述步进电机的传动轴垂直向上，并在传动轴的顶端安装有啮合于齿面以带动转盘旋转的齿轮，由机头的顶面中部向下开设有插孔，所述第二控制组件c包括固定在所述顶针底面上的插杆和固定在所述插孔底面上的点动按钮，所述插杆插设在插孔内，所述顶针的底面与机头之间设有用于使顶针的底面与机头的顶面之间形成分离间隙的弹簧，插杆的底端与点动按钮的顶端之间形成有按压间隙，分离间隙与按压间隙的高度尺寸一致，第一控制组件b是固定在载板上的PLC控制模块，PLC控制模块电性连接于点动按钮。
作为进一步优选的，所述顶针包括底部的实心座和顶部的顶尖部，所述顶尖部连接于所述实心座的顶面上，所述顶尖部为透明罩，所述顶尖部的内部设有二极管，所述二极管垂直向上，且二极管通电时的光线自顶尖部内照射于顶尖部的尖端，二极管通电时的光线透过所述顶尖部面向于相机。
作为进一步优选的，所述标定体d包括标定杆和标定点，所述标定杆为两根，且两标定杆相互垂直交叉，使得在两标定杆的交叉处形成有向上凸起的标定原点o，两标定杆的两端自标定原点o对称分布，标定点为四个，且两两一组分别设置在两两标定杆的两端，标定点是实心的玻璃球，两标定杆是玻璃管，相机的摄像范围面向于标定点，标定原点o的材质以及结构与标定点相同，标定原点o的高度与四个标定点的高度一致。
作为进一步优选的，所述转盘的顶面开设有上转环，所述转盘的底面开设有下转环，所述上节管的底端转接在上转环上，所述下节管的顶端转接在下转环上。
作为进一步优选的，所述下节管的底端设有墩座，所述墩座为锥台。
作为进一步优选的，所述上节管和下节管内设有连接杆，所述连接杆的一端垂直向上连接于机头的底面上，所述连接杆的另一端垂直向下连接于载板上。
作为进一步优选的，所述实心座的底部开设有向上凹陷的上撑槽，弹簧的顶端弹性接触在上撑槽内，由机头的顶面向下开设有向下凹陷的下撑槽，弹簧的底端弹性接触在下撑槽内。
本发明相比于现有技术的有益效果是，由于在标定范围内设置了相机，当机械手结构的初始点通过自动控制位移至标定体的四个不同的标定方位上时，会利用第二控制组件指令与第一控制组件命令驱动机构带动转盘旋转的方式将相机旋转至同一标定方位上，此时会在操作面板上显示出机械手向该方位上行进时的步进数据，与此同时相机会对机械手的检测点靠近于标定点某方位进行实时监控，并将检控的图像反馈到数显面板上与步进数据同时呈现给标定人员，标定人员无需近距离观测机械手的检测点是否靠近于标定点的某方位，所述的标定体的四个标定方位相互垂直，相互之间呈九十度夹角，与机械手通过其检测点在四个方位上依次触碰四个标定点时通过控制组件指令驱动机构将相机调整至同一标定方位上向终端数显上实施反馈标定图像，标定过程便于操作。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的一种用于相机测量坐标系标定装置的第一结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的一种用于相机测量坐标系标定装置的第二结构示意图；
图3为本发明实施方式提供的一种用于相机测量坐标系标定装置的剖开时的内部结构示意图；
图4为本发明实施方式提供的一种用于相机测量坐标系标定装置由图3引出的A部放大结构示意图；
图5为本发明实施方式提供的一种用于相机测量坐标系标定装置由图3引出的B部放大结构示意图；
图6为本发明实施方式提供的一种用于相机测量坐标系标定装置在局部结构下的使用原理图。
图中：1、上节管；2、下节管；3、转盘；31、上转环；32、下转环；4、载板；5、内孔；6、齿面；7、步进电机；8、齿轮；9、支撑杆；10、机头；101、下撑槽；11、插孔；12、顶针；121、实心座；1211、上撑槽 ；122、顶尖部；13、插杆；14、弹簧；15、点动按钮；16、分离间隙；17、按压间隙；18、相机；19、PLC控制模块；20、连接杆；21、墩座；22、二极管；23、标定杆；24、标定点；a、驱动机构；b、第一控制组件；c、第二控制组件；d、标定体；o、标定原点。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的实施方式和优点进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的部分实施方式，而不是全部实施方式。
在一种实施方式中，如图1-6所示。
本实施方式提供的一种用于相机测量坐标系标定的装置，其包括上节管1和下节管2，上节管1和下节管2之间设有转盘3，下节管2内设有载板4，载板4位于转盘3的下方，转盘3的外壁面固定有支撑杆9，支撑杆9沿着上节管1的外侧平行向上延伸，上节管1的顶端固定有机头10，机头10的顶端设有顶针12，支撑杆9的顶端固定有相机18，相机18的探头朝向于顶针12的尖端方向倾斜，且相机18带有摄像功能，下节管2内设有带动转盘3旋转的驱动机构a，驱动机构a包括带动转盘3旋转时以通过支撑杆9带动相机18每旋转至九十度时自动停止的第一控制组件b，上节管1与顶针12之间设有用于启动驱动机构a自动旋转的第二控制组件c，顶针12上设有标定体d，标定体d设有四个标定方位，相机18每旋转至九十度时对应于一个标定方位，相机18的输出端通过光纤传输于所服务设备的终端系统并反馈在终端显示上。
本实施方式中，由于在标定范围内设置了相机18，因此按图6所示，当机械手结构的初始点（以下统称检测点）通过自动控制位移至标定体d的四个不同的标定方位上时，会利用第二控制组件c指令与第一控制组件b命令驱动机构a带动转盘3旋转的方式将相机18旋转至同一标定方位上，此时会在操作面板上显示出机械手向该方位上行进时的步进数据，与此同时相机18会对机械手的检测点靠近于标定点某方位进行实时监控，并将检控的图像反馈到数显面板上与步进数据同时呈现给标定人员，标定人员无需近距离观测机械手的检测点是否靠近于标定点的某方位，所述的标定体d的四个标定方位相互垂直，相互之间呈九十度夹角，与机械手通过其检测点在四个方位上依次触碰四个标定点时通过控制组件b指令驱动机构a将相机18调整至同一标定方位上向终端数显上实施反馈标定图像，标定过程便于操作，提高了标定效率。
如图3至图6所示，转盘3的中部开设有与上节管1和下节管2相通的内孔5，驱动机构a包括设置在内孔5壁面上的一整圈齿面6和固定在载板4的顶面的步进电机7，步进电机7的传动轴垂直向上，并在传动轴的顶端安装有啮合于齿面6以带动转盘3旋转的齿轮8，由机头10的顶面中部向下开设有插孔11，第二控制组件c包括固定在顶针12底面上的插杆13和固定在插孔11底面上的点动按钮15，插杆13插设在插孔11内，顶针12的底面与机头10之间设有用于使顶针12的底面与机头10的顶面之间形成分离间隙16的弹簧14，插杆13的底端与点动按钮15的顶端之间形成有按压间隙17，分离间隙16与按压间隙17的高度尺寸一致，第一控制组件b是固定在载板4上的PLC控制模块19，PLC控制模块19电性连接于点动按钮15。标定体d包括标定杆23和标定点24，标定杆23为两根，且两标定杆23相互垂直交叉，使得在两标定杆23的交叉处形成有向上凸起的标定原点o，两标定杆23的两端自标定原点o对称分布，标定点24为四个，且两两一组分别设置在两两标定杆23的两端，标定点24是实心的玻璃球，两标定杆23是玻璃管，相机18的摄像范围面向于标定点24，标定原点o的材质以及结构与标定点24相同，标定原点o的高度与四个标定点24的高度一致。
在本实施方式中，使用时，先把该装置通过底端的墩座21立放在机械手所服务设备的工作台上，机械手的检测点在面板的三坐标（操作面板X,Y，Z三坐标等）手动控制下每旋转至一个位置时（图6中处于四个不同方位上的尖状圆柱）先与标定原点o接触，根据智能系统使机械手的检测点到达该标定原点o时的数据反馈到机械手所服务设备的终端显示（以下统称终端显示）上并获得空间原点坐标记忆保存，以此方式使机械手的检测点依次接触每一个标定点24，机械手的检测点在与第一个标定点24依次接触时，位于初始标定点24方位上的相机18正好与该第一个标定点24的方位相同，并由相机18对机械手的检测点向该初始方位上的标定点24慢慢靠近而进行监控，并将监控画面呈现在终端显示上，根据显示的图像同步操作面板，使机械手的检测点在X轴、Y轴、以及Z轴空间坐标上慢慢靠向该初始检测点，直至使机械手的检测点与该初始标定点24发生接触时才停止面板操作，此时会在终端显示上显示出机械手的检测点在空间坐标上行进时的位移量，即获得空间坐标值原点，采用同等方式使机械手的检测点先靠近第一个方位上的标定点24，时此相机18处在第一个标定点24方位上，不会变换位置，并对机械手的检测点向第一个标定点24靠近时进行实时监控，直至机械手的检测点撞击到第一个标定点24时，使第一个标定点24受到撞击而推动顶针12下压动作，顶针12下压动作时使其底面重合到机头10的顶面上，也即使得分离间隙16闭合，与此同时插杆13将会与插孔11内的点动按钮15形成触碰，点动按钮15就会将启动信号反馈到PLC控制模块19上，由PLC控制模块19中的编程脉冲向步进电机7发送指令，并指令步进电机7的输出轴带着齿轮8旋转九十度，再由齿轮8带着转盘3旋转九十度，转盘3再通过支撑杆9将相机18旋转至距标定点24的下一个九十度方向上的标定点24附近，与此同时第一个标定点24上的空间坐标值将会在所服务的机械手设备的终端显示上有所呈现，同时在上述第一个标定方位设定的过程中经相机18实时监控的图像也会在终端显示上有所呈现，由于该第一标定方位设定完毕后，采用上述方式使相机18旋转至下一个标定方位上，因此以上述方式，使机械手的检测点依次靠近第二个、第三个、第四个方位上的标定点24时，也会依次与每一个标定点24形成触碰，即通过实时监控的方式使上一个标定点24标定完毕后，再转向下一个标定点24实时监控，直至将所有的标定点24标定完毕。四个标定点24设定完毕后在终端数显上依次保存，由于四个标定点24设定时有监控功能辅助于机械手的检测点标定点24时进行远程监控后呈现在与标定数据同一显示的终端数显上，因此在整个标定的过程中，无需标定人员侧身或伸头观看该标定装置与机械手的检测点是否接触，便于操作。
顶针12包括底部的实心座121和顶部的顶尖部122，顶尖部122连接于实心座121的顶面上，顶尖部122为透明罩，顶尖部122的内部设有二极管22，二极管22垂直向上，且二极管22通电时的光线自顶尖部122内照射于顶尖部122的尖端，二极管22通电时的光线透过顶尖部122面向于相机18，四个标定点24在设定的过程中，一旦插杆13随顶针12下降至与插孔11内的点动按钮15形成触碰时，除了导致相机18向下一个标定点24的方位提前旋转以外，还会二极管22通电发光，二极管22发出的光线充分呈现在顶尖部122上，并随监控摄像的方式反馈到终端显示上，也即在终端显示上反馈该机械手的检测点在该标定点24上标定完毕。
如图3、图4所示，转盘3的顶面开设有上转环31，转盘3的底面开设有下转环32，上节管1的底端转接在上转环31上，下节管2的顶端转接在下转环32上，为了使转盘3在上节管1和下节管2之间顺利的旋转，因此还在上转环31内和下转环32内填充钢珠。
如图2、图3所示，下节管2的底端设有墩座21，墩座21为锥台，墩座21也可以开设螺纹孔，配螺栓，利用其将本标定装置立放在工作台上时，通过螺栓锁紧在工作台上，防止其顶端的每个标定点24受到机械手的检测点接触时发生侧歪。
如图3所示，上节管1和下节管2内设有连接杆20，连接杆20的一端垂直向上连接于机头10的底面上，连接杆20的另一端垂直向下连接于载板4上，连接杆20的设置，使上节管1和下节管2之间形成相互连接，并将转盘3限制在上节管1和下节管2之间，从可防止转盘3在上节管1和下节管2之间旋转时自由脱落，转盘3的安装以及上节管1和下节管2的结构合理，同时也确保了步进电机7等电能部件位于管腔内，形成合理收纳。
如图5所示，实心座121的底部开设有向上凹陷的上撑槽1211，弹簧14的顶端弹性接触在上撑槽1211内，由机头10的顶面向下开设有向下凹陷的下撑槽101，弹簧14的底端弹性接触在下撑槽101内，使得顶针12的顶端因标定受压而导致弹簧14受压时，弹簧14的两端能够压缩在上撑槽1211和下撑槽101内，并使得插杆13随顶针12下降时，插杆13的最大下降行程满足于将会与插孔11内的点动按钮15形成触碰，且触碰后又能够在实心座121的底面与机头10的顶面接触时停止动作，也即某个标定点24的设定完毕。
以上所述的方位指代并不代表本实施方案中各部件特定的方位，本实施方案只是为了便于方案的描述，并参照图中方位进行相对性的描述设定，实质是各部件的具体方位根据其实际安装以及实际使用时以及本领域技术人员习惯性的方位描述，特此说明。
以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案、以及有益效果进行了进一步的详细说明。应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于相机测量坐标系标定的装置，其特征在于，包括上节管(1)和下节管(2)，上节管(1)和下节管(2)之间设有转盘(3)，下节管(2)内设有载板(4)，载板(4)位于转盘(3)的下方，转盘(3)的外壁面固定有支撑杆(9)，支撑杆(9)沿着上节管(1)的外侧平行向上延伸，上节管(1)的顶端固定有机头(10)，机头(10)的顶端设有顶针(12)，支撑杆(9)的顶端固定有相机(18)，相机(18)的探头朝向于顶针(12)的尖端方向倾斜，且相机(18)带有摄像功能，下节管(2)内设有带动转盘(3)旋转的驱动机构(a)，驱动机构(a)包括带动转盘(3)旋转时以通过支撑杆(9)带动相机(18)每旋转至九十度时自动停止的第一控制组件(b)，上节管(1)与顶针(12)之间设有用于启动驱动机构(a)自动旋转的第二控制组件(c)，顶针(12)上设有标定体(d)，标定体(d)设有四个标定方位，相机(18)每旋转至九十度时对应于一个标定方位，相机(18)的输出端通过光纤传输于所服务设备的终端系统并反馈在终端显示上，转盘(3)的中部开设有与上节管(1)和下节管(2)相通的内孔(5)，驱动机构(a)还包括设置在内孔(5)壁面上的一整圈齿面(6)和固定在载板(4)的顶面的步进电机(7)，步进电机(7)的传动轴垂直向上，并在传动轴的顶端安装有啮合于齿面(6)以带动转盘(3)旋转的齿轮(8)，由机头(10)的顶面中部向下开设有插孔(11)，第二控制组件(c)包括固定在顶针(12)底面上的插杆(13)和固定在插孔(11)底面上的点动按钮(15)，插杆(13)插设在插孔(11)内，顶针(12)的底面与机头(10)之间设有用于使顶针(12)的底面与机头(10)的顶面之间形成分离间隙(16)的弹簧(14)，插杆(13)的底端与点动按钮(15)的顶端之间形成有按压间隙(17)，分离间隙(16)与按压间隙(17)的高度尺寸一致，第一控制组件(b)是固定在载板(4)上的PLC控制模块(19)，PLC控制模块(19)电性连接于点动按钮(15)，顶针(12)包括底部的实心座(121)和顶部的顶尖部(122)，顶尖部(122)连接于实心座(121)的顶面上，顶尖部(122)为透明罩，顶尖部(122)的内部设有二极管(22)，二极管(22)垂直向上，且二极管(22)通电时的光线自顶尖部(122)内照射于顶尖部(122)的尖端，二极管(22)通电时的光线透过顶尖部(122)面向于相机(18)，标定体(d)包括标定杆(23)和标定点(24)，标定杆(23)为两根，且两标定杆(23)相互垂直交叉，使得在两标定杆(23)的交叉处形成有向上凸起的标定原点(o)，两标定杆(23)的两端自标定原点(o)对称分布，标定点(24)为四个，且两两一组分别设置在两标定杆(23)的两端，标定点(24)是实心的玻璃球，两标定杆(23)是玻璃管，相机(18)的摄像范围面向于标定点(24)，标定原点(o)的材质以及结构与标定点(24)相同，标定原点(o)的高度与四个标定点(24)的高度一致。
2.根据权利要求1所述的用于相机测量坐标系标定的装置，其特征在于，转盘(3)的顶面开设有上转环(31)，转盘(3)的底面开设有下转环(32)，上节管(1)的底端转接在上转环(31)上，下节管(2)的顶端转接在下转环(32)上。
3.根据权利要求2所述的用于相机测量坐标系标定的装置，其特征在于，下节管(2)的底端设有墩座(21)，墩座(21)为锥台。
4.根据权利要求3所述的用于相机测量坐标系标定的装置，其特征在于，上节管(1)和下节管(2)内设有连接杆(20)，连接杆(20)的一端垂直向上连接于机头(10)的底面上，连接杆(20)的另一端垂直向下连接于载板(4)上。
5.根据权利要求4所述的用于相机测量坐标系标定的装置，其特征在于，实心座(121)的底部开设有向上凹陷的上撑槽(1211)，弹簧(14)的顶端弹性接触在上撑槽(1211)内，由机头(10)的顶面向下开设有向下凹陷的下撑槽(101)，弹簧(14)的底端弹性接触在下撑槽(101)内。
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