CN116934692A - 自动化设备的头部偏移确定方法、自动化设备及存储介质 - Google Patents

自动化设备的头部偏移确定方法、自动化设备及存储介质 Download PDF

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CN116934692A CN202310833200.4A CN202310833200A CN116934692A CN 116934692 A CN116934692 A CN 116934692A CN 202310833200 A CN202310833200 A CN 202310833200A CN 116934692 A CN116934692 A CN 116934692A
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Abstract

本申请涉及自动化设备技术领域，提供了一种自动化设备的头部偏移确定方法、自动化设备及存储介质。本申请通过在对针工位处安装工业相机，通过工业相机采集自动化设备的头部的第一像素坐标点，并根据第一仿射变换矩阵对第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点，利用棱镜反光原理，通过工业相机反像采集自动化设备的头部的第二像素坐标点，并根据第二仿射变换矩阵对第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点，从而能够根据第一变换坐标点、第二变换坐标点及基准坐标点，计算得到自动化设备的头部的偏移量。本申请自动化的确定头部的偏移量，保证产品良率。且由于采用一个工业相机结合棱镜，减少了工业相机的数量，减少了硬件成本。

Description

自动化设备的头部偏移确定方法、自动化设备及存储介质
技术领域
本申请涉及自动化设备技术领域，尤其是涉及一种自动化设备的头部偏移确定方法、自动化设备及存储介质。
背景技术
自动化设备，例如，自动点胶机和自动焊锡机，是消耗产品，在自动化设备使用的过程中，自动点胶机的针头或自动焊锡机的焊头在多次使用后会发生变形，针头或焊头一旦变形，针头或焊头在设备的XY坐标系中的位置就会发生不可预知的变化。当这种变化发生后，而设备系统却无法检测头部的位置变化，设备还是按照之前的坐标点来工作，就会导致设备点胶或焊锡的位置错误，从而影响产品良率。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种自动化设备的头部偏移确定方法、装置、电子设备及介质，以解决自动化设备的头部的位置变化无法检测的技术问题。
本申请的第一方面提供一种自动化设备的头部偏移确定方法，所述自动化设备的对针工位处安装有工业相机，与所述工业相机呈90度垂直安装有棱镜，所述方法包括：
获取所述工业相机采集的所述自动化设备的头部在第一平面坐标系内的第一像素坐标点，并根据第一仿射变换矩阵对所述第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点；
获取所述工业相机基于所述棱镜反像采集的所述自动化设备的头部在第二平面坐标系内的第二像素坐标点，并根据第二仿射变换矩阵对所述第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点；
根据所述第一变换坐标点、所述第二变换坐标点及基准坐标点，计算得到所述自动化设备的头部的偏移量。
根据本申请的一个可选的实施方式，所述第一仿射变换矩阵通过如下方式获得：
对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第一仿射变换矩阵。
根据本申请的一个可选的实施方式，所述对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第一仿射变换矩包括：
控制所述自动化设备的头部在所述第一平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机采集的所述自动化设备的头部的第一测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第一测试机械坐标点；
基于多个所述第一测试像素坐标点生成第一像素坐标矩阵；
基于多个所述第一测试机械坐标点生成第一机械坐标矩阵；
根据所述第一像素坐标矩阵及所述第一机械坐标矩阵，计算得到所述第一仿射变换矩阵。
根据本申请的一个可选的实施方式，所述第二仿射变换矩阵通过如下方式获得：
对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第二仿射变换矩阵；
其中，所述第二平面坐标系基于所述棱镜反光成像原理确定。
根据本申请的一个可选的实施方式，所述对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第二仿射变换矩阵包括：控制所述自动化设备的头部在所述第二平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机反向采集的所述自动化设备的头部的第二测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第二测试机械坐标点；
基于多个所述第二测试像素坐标点生成第二像素坐标矩阵；
基于多个所述第二测试机械坐标点生成第二机械坐标矩阵；
根据所述第二像素坐标矩阵及所述第二机械坐标矩阵，计算得到所述第二仿射变换矩阵。
根据本申请的一个可选的实施方式，所述基准坐标点通过如下方式获得：
确定所述第一平面坐标系内的第一参考点及确定所述第二平面坐标系内的第二参考点；
根据所述第一仿射变换矩阵，对所述第一参考点进行仿射变换，得到第一基准坐标点；
根据所述第二仿射变换矩阵，对所述第二参考点进行仿射变换，得到第二基准坐标点；
根据所述第一基准坐标点及所述第二基准坐标点，得到所述基准坐标点。
根据本申请的一个可选的实施方式，所述确定所述第一平面坐标系内的第一参考点及确定所述第二平面坐标系内的第二参考点包括：
获取所述工业相机在所述第一平面坐标系下采集的第一环境图片，通过二次元算法基于所述第一环境图片确定所述第一参考点；
获取所述工业相机在所述第二平面坐标系下采集的第二环境图片，通过二次元算法基于所述第二环境图片确定所述第二参考点。
根据本申请的一个可选的实施方式，所述方法还包括：
根据所述自动化设备的头部的偏移量，对所述自动化设备的头部进行校正。
本申请的第二方面提供一种自动化设备，所述自动化设备的对针工位处安装有工业相机，与所述工业相机呈90度垂直安装有棱镜，所述自动化设备还包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的自动化设备的头部偏移确定方法的步骤。
本申请的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的自动化设备的头部偏移确定方法的步骤。
本申请实施例提供的自动化设备的头部偏移确定方法、自动化设备及存储介质，通过在对针工位处安装工业相机，通过工业相机采集自动化设备的头部的第一像素坐标点，并根据第一仿射变换矩阵对第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点，利用棱镜反光原理，通过工业相机反像采集自动化设备的头部的第二像素坐标点，并根据第二仿射变换矩阵对第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点，从而能够根据第一变换坐标点、第二变换坐标点及基准坐标点，计算得到自动化设备的头部的偏移量。本申请自动化的确定头部的偏移量，保证产品良率。且由于采用一个工业相机结合棱镜，减少了工业相机的数量，减少了硬件成本。
附图说明
图1是现有技术提供的基于两个工业相机确定自动化设备的头部偏移距离的硬件结构图；
图2是本申请实施例提供的XYZ坐标系的示意图；
图3是现有技术提供的基于两个工业相机的自动化设备的头部校正方法的流程图；
图4是本申请实施例提供的基于一个工业相机确定自动化设备的头部偏移距离的硬件结构图；
图5是本申请实施例提供的一种基于一个工业相机的自动化设备的头部偏移距离确定方法的流程图；
图6是本申请实施例提供的XY平面的相机实物的示意图；
图7是本申请实施例提供的YZ平面的相机实物的示意图；
图8是本申请实施例提供的另一种基于一个工业相机的自动化设备的头部校正方法的流程图；
图9是本申请实施例提供的自动化设备的结构图。
具体实施方式
本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，本申请中使用的术语“和/或”是指包含一个或多个所列出项目的任何或所有可能组合。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
自动化设备(例如，自动点胶机和自动焊锡机)在多次使用之后，其头部(例如，自动点胶机的针头，自动焊锡机的焊头)容易发生变形，头部在自动化设备的XYZ坐标系中的位置就会发生不可预知的变化，当这种变化一旦发生后，而自动化设备的系统却无法检测到头部的位置变化，因而自动化设备还是按照之前的坐标点来工作，就会导致工作(例如，点胶或焊锡)的位置错误，从而影响产品良率。
现有技术中，通过在硬件结构中加入对针工位，对针工位采用两个工业相机，如图1所示，两个工业相机(工业相机1#和工业相机2#)成90度垂直安装，其中，工业相机1#平行于参照面安装，用于监控自动化设备的头部在XZ方向上的距离变化，工业相机2#垂直于参照面安装，用于监控自动化设备的头部在Y方向上的距离变化。XYZ的坐标系如图2所示，XYZ的坐标系的建立以所述参照面为依据。所述参照面可以为地面或者桌面，当自动化设备放置于地面上时，所述参照面为地面，当自动化设备放置于桌面上时，所述参照面为桌面。
如图3所示，为现有技术提供的基于两个工业相机的自动化设备的头部校正方法的流程图。
S31，机械手带头部到相机拍照位，工业相机1#拍照获取图片，从图片中获取头部的当前XZ坐标CX、CZ。
S32，工业相机2#拍照获取图片，从图片获取头部的当前Y坐标CY。
S33，当前坐标CX、CY、CZ，再与基准坐标SX、SY、SZ相减，得到差值DX、DY、DZ。
S34，将差值DX、DY、DZ加到头部的坐标上，以此纠正由于头部偏移的误差。
可见现有技术，在自动化设备中加入对针工位，对针工位处设置两个相机拍照位，每个相机拍照位采用一个工业相机，定时或定量的控制机械手移动到对针工位，通过对针工位处的两个工业相机分别监控自动化设备的头部在XZ与Y方向上的距离变化，得到自动化设备的头部(针头或焊头)的当前坐标CX、CY、CZ，再与基准坐标SX、SY、SZ相减，得到差值DX、DY、DZ。最后，将差值DX、DY、DZ加入点胶或焊接的坐标点中，从而来解决自动化设备的头部(针头或焊头)由于变形或更换带来的精度差问题。
现有技术的缺点在于成本高、占用空间大，不利于大批量复制生产。
为了解决现有技术中存在的成本高和占用空间大的技术问题，本申请在硬件结构上进行改进，由两个工业相机简化为一个工业相机，从而达到节约成本和减少空间占用的目的。
如图4所示，为本申请实施例提供的基于一个工业相机确定自动化设备的头部偏移距离的硬件结构图。
在对针工位处设置一个拍照位，在该拍照位采用一个工业相机，例如工业相机1#，与工业相机呈90度垂直安装一个棱镜。在一个可选的实施方式中，工业相机1#可以平行于参照面安装，棱镜则垂直于参照面安装。在其他可选的实施方式中，工业相机1#可以垂直于参照面安装，棱镜则平行于参照面安装。
由于在对针工位仅采用了一个工业相机，相较于现有技术中采用两个工业相机，减少了工业相机的数量，节约了成本。此外，本申请中安装一个工业相机，还减少了空间的占用。
图5是本申请实施例提供的一种基于一个工业相机的自动化设备的头部偏移距离确定方法的流程图。所述自动化设备的头部偏移距离确定方法具体包括以下步骤，根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些可以省略。
S51，获取工业相机采集的自动化设备的头部在第一平面坐标系内的第一像素坐标点，并根据第一仿射变换矩阵对所述第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点。
其中，自动化设备可以为自动点胶机、自动焊接机或者自动分板机等。示例性的，假设所述自动化设备为自动点胶机，则所述自动化设备的头部是指针头，假设所述自动化设备为自动焊接机，则所述自动化设备的头部是指焊头。
其中，所述第一仿射变换矩阵为预先确定的仿射变换系数，用于将第一平面坐标系内的第一像素坐标点转换为自动化设备的头部所在的机械坐标系中的坐标点。
自动化设备中加入了对针工位，对针工位处设置有相机拍照位，相机拍照位采用工业相机。为便于描述本申请的发明构思，本申请以图4所示的位置设置相机拍照位，在相机拍照位处采用工业相机1#。结合图2所示的XYZ坐标系可知，在如图4所示的位置设置相机拍照位，那么工业相机1#的第一平面坐标系对应XZ平面坐标系。
自动化设备的机械手带动头部运动到相机拍照位，工业相机1#对自动化设备的头部进行采集，从而获得包括头部在内的图片，进而从该图片中获取头部的第一像素坐标点。将获得的包括头部在内的图片称之为头部图片。
具体实施时，可以在自动化设备运行N分钟或生产N个产品后(N为可自行设置的正常数)，控制机械手带动头部运动到相机拍照位，设置第一环境模式，例如，背光1#亮，背光2#暗，此时工业相机1#成像的面为头部所在的XZ平面。通过工业相机1#曝光采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的第一像素坐标点，再根据第一仿射变换矩阵对所述第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点，即CX与CZ。
在一个可选的实施方式，所述第一仿射变换矩阵通过如下方式获得：
对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第一仿射变换矩阵。
在实际应用中，由于头部的变化距离需要反映到头部所在的机械坐标系中，因此需要把头部在工业相机1#成像的第一平面坐标系中的坐标通过仿射变换矩阵转换成机械坐标系中的坐标。
首先，为工业相机1#标定第一平面坐标系，本申请中的第一平面坐标系以XZ平面坐标系为例。具体实施时，可以设置第一环境模式，例如，背光1#亮，背光2#暗，此时工业相机1#成像的面为头部所在的XZ平面，第一平面坐标系对应工业相机成像的第一像素坐标系。
接着，对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，从而得到所述第一仿射变换矩阵。
在一个可选的实施方式，所述对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第一仿射变换矩包括：
控制所述自动化设备的头部在所述第一平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机采集的所述自动化设备的头部的第一测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第一测试机械坐标点；
基于多个所述第一测试像素坐标点生成第一像素坐标矩阵；
基于多个所述第一测试机械坐标点生成第一机械坐标矩阵；
根据所述第一像素坐标矩阵及所述第一机械坐标矩阵，计算得到所述第一仿射变换矩阵。
控制机械手带动头部在工业相机1#的XZ平面视野内运行N个位置(N>＝3)，工业相机1#在每个位置都会曝光一次采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的像素坐标点，将此时获取的头部的像素坐标点称之为第一测试像素坐标点，N个位置对应N个头部图片，N个头部图片对应N个第一测试像素坐标点。
在每个位置，获取头部的机械坐标点，将此时获取的头部的机械坐标点称之为第一测试机械坐标点。N个位置对应N个第一测试机械坐标点，每个位置的第一测试像素坐标点与该位置的第一测试机械坐标点一一对应。
示例性的，假设机械手带动头部在工业相机1#的XZ平面视野内运行了3个位置，则对应得到3个第一测试像素坐标点A1、A2、A3，及对应得到3个第一测试机械坐标点B1、B2、B3。
基于3个第一测试像素坐标点A1、A2、A3生成的第一像素坐标矩阵A，基于3个第一测试机械坐标点B1、B2、B3生成的第一机械坐标矩阵B，分别如下所示：
计算第一像素坐标矩阵A的逆矩阵A-1，根据第一像素坐标矩阵A及第一机械坐标矩阵B，计算得到第一仿射变换矩阵M。逆矩阵A-1和第一仿射变换矩阵M分别如下所示：
其中，tx和ty表示平移量，m11、m12、m21、m22表示仿射变换的旋转和缩放。
在得到第一仿射变换矩阵M后，后续实际使用时，在所述第一环境模式下，工业相机1#每曝光一次采集一张头部图片，获取得到的头部在像素坐标系中的像素坐标，都能通过第一仿射变换矩阵M，转换成头部所在的机械手的机械坐标系中的坐标。
示例性的，假设头部的第一像素坐标点为P(x，y)，进行仿射变换后，得到第一变换坐标点P’(x’，y’)，P’就为头部所在的机械坐标系中的坐标。根据第一仿射变换矩阵M对所述第一像素坐标点P(x，y)进行仿射变换，得到第一变换坐标点P’(x’，y’)的过程如下所示：
S52，获取所述工业相机基于所述棱镜反像采集的所述自动化设备的头部在第二平面坐标系内的第二像素坐标点，并根据第二仿射变换矩阵对所述第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点。
其中，所述第二仿射变换矩阵为预先确定的仿射变换系数，用于将第二平面坐标系内的第二像素坐标点转换为自动化设备的头部所在的机械坐标系中的坐标点。
在得到第一变换坐标点(CX与CZ)后，可以利用棱镜反光成像原理，通过工业相机1#拍照获取棱镜成像的头部图片，进而从该头部图片中获取头部的第二像素坐标点。
具体实施时，在控制机械手带动头部运动到相机拍照位后，设置第二环境模式，例如，背光2#亮，背光1#暗，这时候工业相机会拍到棱镜面，棱镜面成像的平面为头部所在的YZ平面，工业相机1#的第二平面坐标系对应YZ平面坐标系。通过工业相机1#曝光采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的第二像素坐标点，再根据第二仿射变换矩阵对所述第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点，即CY。
在一个可选的实施方式，所述第二仿射变换矩阵通过如下方式获得：
对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第二仿射变换矩阵。
首先，基于棱镜反光成像原理，为工业相机1#标定第二平面坐标系，本申请中的第二平面坐标系以YZ平面坐标系为例。标定第二平面坐标系(YZ平面坐标系)与标定第一平面坐标系(XZ平面坐标系)的过程相同，差异在于成像方式上，对应第一平面坐标系(XZ平面坐标系)的成像方式是工业相机1#直接成像，对应第二平面坐标系(YZ平面坐标系)的成像方式是工业相机1#反向成像。具体实施时，可以设置第二环境模式，例如，背光2#亮，背光1#暗，工业相机1#成像的焦距在于棱镜上，棱镜通过反光原理把自动化设备的头部在棱镜上的投影反光到工业相机1#的芯片上进行成像，此时工业相机1#成像的面为头部所在的YZ平面，第二平面坐标系对应工业相机反向成像的第二像素坐标系。
上述可选的实施方式，利用棱镜反光成像原理为所述工业相机标定第二平面坐标系(YZ平面坐标系)，实现了将工业相机1#成像的YZ平面坐标系与头部所在的机械坐标系进行统一的目的。
在一个可选的实施方式，所述对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第二仿射变换矩阵包括：
控制所述自动化设备的头部在所述第二平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机反向采集的所述自动化设备的头部的第二测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第二测试机械坐标点；
基于多个所述第二测试像素坐标点生成第二像素坐标矩阵；
基于多个所述第二测试机械坐标点生成第二机械坐标矩阵；
根据所述第二像素坐标矩阵及所述第二机械坐标矩阵，计算得到所述第二仿射变换矩阵。
控制机械手带动头部在工业相机1#的YZ平面视野内运行N个位置(N>＝3)，工业相机1#通过棱镜投影头部反光成像，在每个位置曝光一次采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的像素坐标点，将此时获取的头部的像素坐标点称之为第二测试像素坐标点，N个位置对应N个头部图片，N个头部图片对应N个第二测试像素坐标点。
在每个位置，获取头部的机械坐标点，将此时获取的头部的机械坐标点称之为第二测试机械坐标点。N个位置对应N个第二测试机械坐标点，每个位置的第二测试像素坐标点与该位置的第二测试机械坐标点一一对应。
示例性的，假设机械手带动头部在工业相机1#的YZ平面视野内运行了3个位置，则对应得到3个第二测试像素坐标点A1’、A2’、A3’，及对应得到3个第二测试机械坐标点B1’、B2’、B3’。
基于3个第二测试像素坐标点A1’、A2’、A3’生成的第二像素坐标矩阵A’，基于3个第二测试机械坐标点B1’、B2’、B3’生成的第二机械坐标矩阵B’。其中，第二像素坐标矩阵A’的形式类似于第一像素坐标矩阵A，第二机械坐标矩阵B’的形式类似于第一机械坐标矩阵B，本申请在此不再具体描述。
计算第二像素坐标矩阵A’的逆矩阵A’-1，根据第二像素坐标矩阵A’及第二机械坐标矩阵B’，计算得到第二仿射变换矩阵M’。
在得到第二仿射变换矩阵M’后，后续实际使用时，在所述第二环境模式下，工业相机1#通过棱镜投影头部反光成像，每曝光一次采集一张头部图片，获取得到的头部在像素坐标系中的像素坐标，都能通过第二仿射变换矩阵M’，转换成头部所在的机械手的机械坐标系中的坐标。
示例性的，假设头部的第二像素坐标点为P2(x2，y2)，进行仿射变换后，得到第二变换坐标点P2’(x2’，y2’)，P2’就为头部所在的机械坐标系中的坐标。
S53，根据所述第一变换坐标点、所述第二变换坐标点及基准坐标点，计算得到所述自动化设备的头部的偏移量。
其中，所述基准坐标点(SX、SY、SZ)为预先确定的值。
根据第一变换坐标点CX、CZ，及第二变换坐标点CY，可以得到变换三维坐标点(CX、CY、CZ)，再与基准坐标点(SX、SY、SZ)进行相减，即可得到差值D＝(DX、DY、DZ)。
其中，DX＝CX-SX，DY＝CY-SY，DZ＝CZ-SZ。
通过自动化设备的头部的当前坐标点(CX、CY、CZ)与头部的基准坐标点(SX、SY、SZ)，得到自动化设备的头部在机械坐标系中的变化距离，所述变化距离表示了自动化设备的头部从基准点到当前点的偏移量。
在一个可选的实施方式，所述基准坐标点通过如下方式获得：
确定所述第一平面坐标系内的第一参考点及确定所述第二平面坐标系内的第二参考点；
根据所述第一仿射变换矩阵，对所述第一参考点进行仿射变换，得到第一基准坐标点；
根据所述第二仿射变换矩阵，对所述第二参考点进行仿射变换，得到第二基准坐标点；
根据所述第一基准坐标点及所述第二基准坐标点，得到所述基准坐标点。
由于是计算自动化设备的头部变化距离的，因而需要参考点。
第一环境模式下(背光1#亮，背光2#暗)，对应第一平面坐标系(XZ平面坐标系)，工业相机1#曝光一次采集一张第一环境图片，通过二次元算法基于所述第一环境图片确定第一参考点。具体而言，如图6所示，通过二次元算法找到所述第一环境图片中黑白分明的最低点L1，将最低点L1在所述第一平面坐标系的参考坐标点，通过所述第一仿射变换矩阵进行转换后，得出第一基准坐标点(SX，SZ)。
第二环境模式下(背光2#亮，背光1#暗)，对应第二平面坐标系(YZ平面坐标系)，工业相机1#通过棱镜投影反光成像，曝光一次采集一张第二环境图片，通过二次元算法基于所述第二环境图片确定第二参考点。具体而言，如图7所示，通过二次元算法找到所述第二环境图片中黑白分明的最低点L2，将最低点L2在所述第二平面坐标系的参考坐标点，通过所述第二仿射变换矩阵进行转换后，得出第二基准坐标点(SY，SZ)。
应当理解的是，通过二次元算法找到的所述第一环境图片中黑白分明的最低点L1，与通过二次元算法找到的所述第二环境图片中黑白分明的最低点L2，为同一个点，因而根据第一基准坐标点(SX，SZ)与第二基准坐标点(SY，SZ)即可确定基准坐标点。将该基准坐标点作为判断自动化设备的头部是否发生变化的参考点。
本申请，由之前的双目工业相机硬件变成现在的单目工业相机硬件，提高了自动化设备的空间利用率，此外，将两个工业相机，改成了一个工业相机加一个棱镜的形式，减少了硬件成本，节约了开发成本；再者，利用棱镜反光投影原理，使一个工业相机能监控到物体在XYZ三维空间的变化距离，将原有的物体在XZ平面内的距离变换及在YZ平面内的距离变换需要两个相机线程，改成了集成在一个相机线程里，减少了程序结构的复杂性，使算法更简结，头部距离确定的效率更高。
图8是本申请实施例提供的一种基于一个工业相机的自动化设备的头部偏移校正方法的流程图。所述自动化设备的头部偏移校正方法具体包括以下步骤，根据不同的需求，该流程图中步骤的顺序可以改变，某些可以省略。
S81，为工业相机标定第一平面坐标系，对所述工业相机成像的第一平面坐标系与自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到第一仿射变换矩阵。
在实际应用中，由于头部的变化距离需要反映到头部所在的机械坐标系中，因此需要把头部在工业相机1#成像的第一平面坐标系中的坐标通过仿射变换矩阵转换成机械坐标系中的坐标。
首先，为工业相机1#标定第一平面坐标系，本申请中的第一平面坐标系以XZ平面坐标系为例。具体实施时，可以设置第一环境模式，例如，背光1#亮，背光2#暗，此时工业相机1#成像的面为头部所在的XZ平面，第一平面坐标系对应工业相机成像的第一像素坐标系。
接着，对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，从而得到所述第一仿射变换矩阵。
在一个可选的实施方式，所述对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第一仿射变换矩包括：
控制所述自动化设备的头部在所述第一平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机采集的所述自动化设备的头部的第一测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第一测试机械坐标点；
基于多个所述第一测试像素坐标点生成第一像素坐标矩阵；
基于多个所述第一测试机械坐标点生成第一机械坐标矩阵；
根据所述第一像素坐标矩阵及所述第一机械坐标矩阵，计算得到所述第一仿射变换矩阵。
控制机械手带动头部在工业相机1#的XZ平面视野内运行N个位置(N>＝3)，工业相机1#在每个位置都会曝光一次采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的像素坐标点，将此时获取的头部的像素坐标点称之为第一测试像素坐标点，N个位置对应N个头部图片，N个头部图片对应N个第一测试像素坐标点。
在每个位置，获取头部的机械坐标点，将此时获取的头部的机械坐标点称之为第一测试机械坐标点。N个位置对应N个第一测试机械坐标点，每个位置的第一测试像素坐标点与该位置的第一测试机械坐标点一一对应。
示例性的，假设机械手带动头部在工业相机1#的XZ平面视野内运行了3个位置，则对应得到3个第一测试像素坐标点A1、A2、A3，及对应得到3个第一测试机械坐标点B1、B2、B3。
基于3个第一测试像素坐标点A1、A2、A3生成的第一像素坐标矩阵A，基于3个第一测试机械坐标点B1、B2、B3生成的第一机械坐标矩阵B，分别如下所示：
计算第一像素坐标矩阵A的逆矩阵A-1，根据第一像素坐标矩阵A及第一机械坐标矩阵B，计算得到第一仿射变换矩阵M。逆矩阵A-1和第一仿射变换矩阵M分别如下所示：
其中，tx和ty表示平移量，m11、m12、m21、m22表示仿射变换的旋转和缩放。
在得到第一仿射变换矩阵M后，后续实际使用时，在所述第一环境模式下，工业相机1#每曝光一次采集一张头部图片，获取得到的头部在像素坐标系中的像素坐标，都能通过第一仿射变换矩阵M，转换成头部所在的机械手的机械坐标系中的坐标。
示例性的，假设头部的第一像素坐标点为P(x，y)，进行仿射变换后，得到第一变换坐标点P’(x’，y’)，P’就为头部所在的机械坐标系中的坐标。根据第一仿射变换矩阵M对所述第一像素坐标点P(x，y)进行仿射变换，得到第一变换坐标点P’(x’，y’)的过程如下所示：
S82，基于棱镜反光成像原理为所述工业相机标定第二平面坐标系，对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到第二仿射变换矩阵。
为工业相机1#标定第二平面坐标系，本申请中的第二平面坐标系以YZ平面坐标系为例。标定第二平面坐标系(YZ平面坐标系)与标定第一平面坐标系(XZ平面坐标系)的过程相同，差异在于成像方式上，对应第一平面坐标系(XZ平面坐标系)的成像方式是工业相机1#直接成像，对应第二平面坐标系(YZ平面坐标系)的成像方式是工业相机1#反向成像。具体实施时，可以设置第二环境模式，例如，背光2#亮，背光1#暗，工业相机1#成像的焦距在于棱镜上，棱镜通过反光原理把自动化设备的头部在棱镜上的投影反光到工业相机1#的芯片上进行成像，此时工业相机1#成像的面为头部所在的YZ平面，第二平面坐标系对应工业相机反向成像的第二像素坐标系。
上述可选的实施方式，利用棱镜反光成像原理为所述工业相机标定第二平面坐标系(YZ平面坐标系)，实现了将工业相机1#成像的YZ平面坐标系与头部所在的机械坐标系进行统一的目的。
在一个可选的实施方式，所述对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第二仿射变换矩阵包括：
控制所述自动化设备的头部在所述第二平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机反向采集的所述自动化设备的头部的第二测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第二测试机械坐标点；
基于多个所述第二测试像素坐标点生成第二像素坐标矩阵；
基于多个所述第二测试机械坐标点生成第二机械坐标矩阵；
根据所述第二像素坐标矩阵及所述第二机械坐标矩阵，计算得到所述第二仿射变换矩阵。
控制机械手带动头部在工业相机1#的YZ平面视野内运行N个位置(N>＝3)，工业相机1#通过棱镜投影头部反光成像，在每个位置曝光一次采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的像素坐标点，将此时获取的头部的像素坐标点称之为第二测试像素坐标点，N个位置对应N个头部图片，N个头部图片对应N个第二测试像素坐标点。
在每个位置，获取头部的机械坐标点，将此时获取的头部的机械坐标点称之为第二测试机械坐标点。N个位置对应N个第二测试机械坐标点，每个位置的第二测试像素坐标点与该位置的第二测试机械坐标点一一对应。
示例性的，假设机械手带动头部在工业相机1#的YZ平面视野内运行了3个位置，则对应得到3个第二测试像素坐标点A1’、A2’、A3’，及对应得到3个第二测试机械坐标点B1’、B2’、B3’。
基于3个第二测试像素坐标点A1’、A2’、A3’生成的第二像素坐标矩阵A’，基于3个第二测试机械坐标点B1’、B2’、B3’生成的第二机械坐标矩阵B’。其中，第二像素坐标矩阵A’的形式类似于第一像素坐标矩阵A，第二机械坐标矩阵B’的形式类似于第一机械坐标矩阵B，本申请在此不再具体描述。
计算第二像素坐标矩阵A’的逆矩阵A’-1，根据第二像素坐标矩阵A’及第二机械坐标矩阵B’，计算得到第二仿射变换矩阵M’。
在得到第二仿射变换矩阵M’后，后续实际使用时，在所述第二环境模式下，工业相机1#通过棱镜投影头部反光成像，每曝光一次采集一张头部图片，获取得到的头部在像素坐标系中的像素坐标，都能通过第二仿射变换矩阵M’，转换成头部所在的机械手的机械坐标系中的坐标。
示例性的，假设头部的第二像素坐标点为P2(x2，y2)，进行仿射变换后，得到第二变换坐标点P2’(x2’，y2’)，P2’就为头部所在的机械坐标系中的坐标。
S83，获取基准坐标点。
其中，所述基准坐标点通过如下方式获得：
确定所述第一平面坐标系内的第一参考点及确定所述第二平面坐标系内的第二参考点；
根据所述第一仿射变换矩阵，对所述第一参考点进行仿射变换，得到第一基准坐标点；
根据所述第二仿射变换矩阵，对所述第二参考点进行仿射变换，得到第二基准坐标点；
根据所述第一基准坐标点及所述第二基准坐标点，得到所述基准坐标点。
由于是计算自动化设备的头部变化距离的，因而需要参考点。
第一环境模式下(背光1#亮，背光2#暗)，对应第一平面坐标系(XZ平面坐标系)，工业相机1#曝光一次采集一张第一环境图片，通过二次元算法基于所述第一环境图片确定第一参考点。具体而言，如图6所示，通过二次元算法找到所述第一环境图片中黑白分明的最低点L1，将最低点L1在所述第一平面坐标系的参考坐标点，通过所述第一仿射变换矩阵进行转换后，得出第一基准坐标点(SX，SZ)。
第二环境模式下(背光2#亮，背光1#暗)，对应第二平面坐标系(YZ平面坐标系)，工业相机1#通过棱镜投影反光成像，曝光一次采集一张第二环境图片，通过二次元算法基于所述第二环境图片确定第二参考点。具体而言，如图7所示，通过二次元算法找到所述第二环境图片中黑白分明的最低点L2，将最低点L2在所述第二平面坐标系的参考坐标点，通过所述第二仿射变换矩阵进行转换后，得出第二基准坐标点(SY，SZ)。
应当理解的是，通过二次元算法找到的所述第一环境图片中黑白分明的最低点L1，与通过二次元算法找到的所述第二环境图片中黑白分明的最低点L2，为同一个点，因而根据第一基准坐标点(SX，SZ)与第二基准坐标点(SY，SZ)即可确定基准坐标点。将该基准坐标点作为判断自动化设备的头部是否发生变化的参考点。
S84，获取所述工业相机采集的所述自动化设备的头部在所述第一平面坐标系内的第一像素坐标点，并根据所述第一仿射变换矩阵对所述第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点。
自动化设备运行N分钟或生产N个产品后(N为可自行设置的正常数)，控制机械手带动头部运动到相机拍照位，设置第一环境模式，例如，背光1#亮，背光2#暗，此时工业相机1#成像的面为头部所在的XZ平面。通过工业相机1#曝光采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的第一像素坐标点，再根据第一仿射变换矩阵对所述第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点，即CX与CZ。
S85，获取所述工业相机基于所述棱镜反像采集的所述自动化设备的头部在所述第二平面坐标系内的第二像素坐标点，并根据所述第二仿射变换矩阵对所述第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点。
在得到第一变换坐标点(CX与CZ)后，可以利用棱镜反光成像原理，通过工业相机1#拍照获取棱镜成像的头部图片，进而从该头部图片中获取头部的第二像素坐标点。
具体实施时，在控制机械手带动头部运动到相机拍照位后，设置第二环境模式，例如，背光2#亮，背光1#暗，这时候工业相机会拍到棱镜面，棱镜面成像的平面为头部所在的YZ平面，工业相机1#的第二平面坐标系对应YZ平面坐标系。通过工业相机1#曝光采集一张头部图片，从该头部图片中获取头部的第二像素坐标点，再根据第二仿射变换矩阵对所述第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点，即CY。
S86，根据所述第一变换坐标点、所述第二变换坐标点及所述基准坐标点，计算得到所述自动化设备的头部的偏移量。
根据第一变换坐标点CX、CZ，及第二变换坐标点CY，可以得到变换三维坐标点(CX、CY、CZ)，再与基准坐标点(SX、SY、SZ)进行相减，即可得到差值D＝(DX、DY、DZ)。
其中，DX＝CX-SX，DY＝CY-SY，DZ＝CZ-SZ。
通过自动化设备的头部的当前坐标点(CX、CY、CZ)与头部的基准坐标点(SX、SY、SZ)，得到自动化设备的头部在机械坐标系中的变化距离，所述变化距离表示了自动化设备的头部从基准点到当前点的偏移量。
S87，根据所述自动化设备的头部的偏移量，对所述自动化设备的头部进行校正。
在确定自动化设备的头部的偏移量(DX、DY、DZ)之后，即可确定头部在实际使用过程中产生的偏移距离，将头部的偏移量加到点胶或焊接的坐标上，便可纠正由于头部更换或变形导致的误差。
上述实施方式，在机械手每次去点胶或者焊接的坐标上都加上头部的偏移量(DX、DY、DZ)，就能弥补头部更换或变形导致的设备点胶或焊锡的位置错误，能够保证产品良率。在此过程中头部的偏移距离的计算及校正均全自动的，无需人工干扰，从而实现了高效率的准确的自动纠偏的目的。
参阅图9所示，为本申请实施例提供的自动化设备的结构示意图。在本申请较佳实施例中，所述自动化设备9包括存储器91、至少一个存储器92、至少一条通信总线93。
本领域技术人员应该了解，图9示出的电子设备的结构并不构成本申请实施例的限定，既可以是总线型结构，也可以是星形结构，所述自动化设备9还可以包括比图示更多或更少的其他硬件或者软件，或者不同的部件布置。
在一些实施例中，所述自动化设备9是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于微处理器、专用集成电路、可编程门阵列、数字处理器及嵌入式设备等。所述自动化设备9还可包括客户设备，所述客户设备包括但不限于任何一种可与客户通过键盘、鼠标、遥控器、触摸板或声控设备等方式进行人机交互的电子产品，例如，个人计算机、平板电脑、智能手机、数码相机等。
需要说明的是，所述自动化设备9仅为举例，其他现有的或今后可能出现的电子产品如可适应于本申请，也应包含在本申请的保护范围以内，并以引用方式包含于此。
在一些实施例中，所述存储器91中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个存储器92执行时实现如所述的裂相电网类型识别方法中的全部或者部分步骤。所述存储器91包括只读存储器(Read-Only Memory，R OM)、可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Program mable Read-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-OnlyMemory，OTPROM)、电子擦除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。进一步地，所述计算机可读存储介质可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等。
在一些实施例中，所述至少一个处理器92是所述自动化设备9的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个自动化设备9的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器91内的程序或者模块，以及调用存储在所述存储器91内的数据，以执行自动化设备9的各种功能和处理数据。例如，所述至少一个存储器92执行所述存储器中存储的计算机程序时实现本申请实施例中所述的裂相电网类型识别方法的全部或者部分步骤；或者实现裂相电网类型识别装置的全部或者部分功能。所述至少一个存储器92可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。
在一些实施例中，所述至少一条通信总线93被设置为实现所述存储器91以及所述至少一个存储器92等之间的连接通信。尽管未示出，所述自动化设备9还可以包括给各个部件供电的电源(比如电池)，优选的，电源可以通过电源管理装置与所述至少一个存储器92逻辑相连，从而通过电源管理装置实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电装置、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。所述自动化设备9还可以包括多种传感器、蓝牙模块、Wi-Fi模块等，在此不再赘述。
上述以软件功能模块的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

Claims (10)

1.一种自动化设备的头部偏移确定方法，所述自动化设备的对针工位处安装有工业相机，其特征在于，与所述工业相机呈90度垂直安装有棱镜，所述方法包括：
获取所述工业相机采集的所述自动化设备的头部在第一平面坐标系内的第一像素坐标点，并根据第一仿射变换矩阵对所述第一像素坐标点进行仿射变换，得到第一变换坐标点；
获取所述工业相机基于所述棱镜反像采集的所述自动化设备的头部在第二平面坐标系内的第二像素坐标点，并根据第二仿射变换矩阵对所述第二像素坐标点进行仿射变换，得到第二变换坐标点；
根据所述第一变换坐标点、所述第二变换坐标点及基准坐标点，计算得到所述自动化设备的头部的偏移量。
2.根据权利要求1所述的自动化设备的头部偏移确定方法，其特征在于，所述第一仿射变换矩阵通过如下方式获得：
对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第一仿射变换矩阵。
3.根据权利要求2所述的自动化设备的头部偏移确定方法，其特征在于，所述对所述工业相机成像的所述第一平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第一仿射变换矩包括：
控制所述自动化设备的头部在所述第一平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机采集的所述自动化设备的头部的第一测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第一测试机械坐标点；
基于多个所述第一测试像素坐标点生成第一像素坐标矩阵；
基于多个所述第一测试机械坐标点生成第一机械坐标矩阵；
根据所述第一像素坐标矩阵及所述第一机械坐标矩阵，计算得到所述第一仿射变换矩阵。
4.根据权利要求3所述的自动化设备的头部偏移确定方法，其特征在于，所述第二仿射变换矩阵通过如下方式获得：
对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第二仿射变换矩阵；
其中，所述第二平面坐标系基于所述棱镜反光成像原理确定。
5.根据权利要求4所述的自动化设备的头部偏移确定方法，其特征在于，所述对所述工业相机反向成像的所述第二平面坐标系与所述自动化设备的头部的机械坐标系进行统一，得到所述第二仿射变换矩阵包括：
控制所述自动化设备的头部在所述第二平面坐标系内运行多个位置；
针对每个位置，获取所述工业相机反向采集的所述自动化设备的头部的第二测试像素坐标点，及获取所述自动化设备的头部的第二测试机械坐标点；
基于多个所述第二测试像素坐标点生成第二像素坐标矩阵；
基于多个所述第二测试机械坐标点生成第二机械坐标矩阵；
根据所述第二像素坐标矩阵及所述第二机械坐标矩阵，计算得到所述第二仿射变换矩阵。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的自动化设备的头部偏移确定方法，其特征在于，所述基准坐标点通过如下方式获得：
确定所述第一平面坐标系内的第一参考点及确定所述第二平面坐标系内的第二参考点；
根据所述第一仿射变换矩阵，对所述第一参考点进行仿射变换，得到第一基准坐标点；
根据所述第二仿射变换矩阵，对所述第二参考点进行仿射变换，得到第二基准坐标点；
根据所述第一基准坐标点及所述第二基准坐标点，得到所述基准坐标点。
7.根据权利要求6所述的自动化设备的头部偏移确定方法，其特征在于，所述确定所述第一平面坐标系内的第一参考点及确定所述第二平面坐标系内的第二参考点包括：
获取所述工业相机在所述第一平面坐标系下采集的第一环境图片，通过二次元算法基于所述第一环境图片确定所述第一参考点；
获取所述工业相机在所述第二平面坐标系下采集的第二环境图片，通过二次元算法基于所述第二环境图片确定所述第二参考点。
8.根据权利要求7所述的自动化设备的头部偏移确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述自动化设备的头部的偏移量，对所述自动化设备的头部进行校正。
9.一种自动化设备，其特征在于，所述自动化设备的对针工位处安装有工业相机，与所述工业相机呈90度垂直安装有棱镜，所述自动化设备还包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任意一项所述的自动化设备的头部偏移确定方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任意一项所述的自动化设备的头部偏移确定方法的步骤。
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