CN117400259A - 基于单个工业相机的自动化组装方法、机械手及存储介质 - Google Patents

基于单个工业相机的自动化组装方法、机械手及存储介质 Download PDF

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CN117400259A CN202311581434.0A CN202311581434A CN117400259A CN 117400259 A CN117400259 A CN 117400259A CN 202311581434 A CN202311581434 A CN 202311581434A CN 117400259 A CN117400259 A CN 117400259A
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Abstract

本申请涉及工业自动化技术领域，提供了一种基于单个工业相机的自动化组装方法、机械手及存储介质。本申请在机械手吸取目标产品移动至相机拍照位时，根据目标产品的第一像素坐标，确定第一机械坐标；根据第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标；根据纠偏后的相机拍照位及目标产品的第二像素坐标，确定目标产品的第二机械坐标；根据第二机械坐标及基准坐标对机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标；在确定第二纠偏坐标满足设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。本申请通过单个工业相机多次纠偏达到视觉精度要求，提高了组装的精度，且降低了设备成本。

Description

基于单个工业相机的自动化组装方法、机械手及存储介质
技术领域
本申请涉及工业自动化技术领域，尤其是涉及一种基于单个工业相机的自动化组装方法、机械手及存储介质。
背景技术
由于3C、半导体、新能源等部分工艺段，对设备的视觉精度要求较高，而目前现有的设备视觉精度达不到产品的工艺要求精度。目前业内主要采用增加多相机拍照以多次纠偏提高视觉精度。
多个相机布局占据大量的空间，导致设备过于拥挤或者光源安装受限，无法有效的提升设备的视觉精度。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种基于单个工业相机的自动化组装方法、机械手及存储介质。
本申请的第一方面提供一种基于单个工业相机的自动化组装方法，所述方法包括：在机械手吸取目标产品移动至相机拍照位时，根据所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标，确定所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标；根据所述第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标；
根据纠偏后的相机拍照位及所述目标产品在所述像素坐标系中的第二像素坐标，确定所述目标产品在所述机械坐标系中的第二机械坐标；
根据所述第二机械坐标及所述基准坐标对所述机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标；判断所述第二纠偏坐标是否满足设定的精度要求；
当确定所述第二纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。
在一个可选的实施方式中，所述根据所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标，确定所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标：
获取仿射变换矩阵；
使用所述仿射变换矩阵，对所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标进行仿射变换运算，得到所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标。
在一个可选的实施方式中，所述获取仿射变换矩阵包括：
控制所述机械手吸取标定物在所述工业相机的视野内运行N1个位置；
针对每个位置，通过所述工业相机获取所述标定物上的标记点的测试像素坐标，及获取所述机械手的测试机械坐标；
基于N1个所述测试像素坐标生成测试像素坐标矩阵；
基于N1个所述测试机械坐标生成测试机械坐标矩阵；
根据所述测试像素坐标矩阵及所述测试机械坐标矩阵，计算得到所述仿射变换矩阵。
在一个可选的实施方式中，所述根据所述第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标包括：
获取所述机械手的第一旋转中心；
基于第一机械角度及基准角度计算得到第一纠偏角度；
使用预设纠偏计算模型，基于所述第一纠偏角度、所述第一旋转中心及所述第一机械坐标进行计算，得到第一贴合坐标；
根据所述基准坐标及所述第一贴合坐标，计算得到所述第一纠偏坐标。
在一个可选的实施方式中，所述获取所述机械手的第一旋转中心包括：
控制所述机械手根据预设旋转角度及预设旋转方向旋转N2次；
在每次旋转后，通过所述工业相机获取旋转轴工具上的标记点的标记像素坐标；
基于N2个所述标记像素坐标对应的标记机械坐标进行拟合，得到拟合圆；
获取所述拟合圆的圆心机械坐标；
根据所述圆心机械坐标确定所述机械手的第一旋转中心。
在一个可选的实施方式中，所述根据所述第二机械坐标及所述基准坐标对所述机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标包括：
根据所述第一纠偏坐标与所述第一旋转中心，得到第二旋转中心；
基于第二机械角度及所述基准角度计算得到第二纠偏角度；
使用所述预设纠偏计算模型，基于所述第二纠偏角度、所述第二旋转中心及所述第二机械坐标进行计算，得到第二贴合坐标；
根据所述基准坐标及所述第二贴合坐标，计算得到所述第二纠偏坐标。
在一个可选的实施方式中，所述方法还包括：
当确定所述第二纠偏坐标不满足所述设定的精度要求时，对所述机械手进行第三次纠偏，得到第三纠偏坐标；
判断所述第三纠偏坐标是否满足所述设定的精度要求；
当确定所述第三纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。
在一个可选的实施方式中，所述方法还包括：
计算对所述机械手进行纠偏的纠偏次数；
判断所述纠偏次数是否超过预设纠偏次数阈值；
当所述纠偏次数超过所述预设纠偏次数阈值时，对所述目标产品进行抛料处理。
本申请的第二方面提供一种机械手，所述机械手的对针工位处安装有工业相机，所述机械手还包括存储器、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基于单个工业相机的自动化组装方法的步骤。
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基于单个工业相机的自动化组装方法的步骤。
本申请通过在机械手吸取目标产品移动至相机拍照位时，根据所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标，确定所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标，根据所述第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标，根据纠偏后的相机拍照位及所述目标产品在所述像素坐标系中的第二像素坐标，确定所述目标产品在所述机械坐标系中的第二机械坐标，根据所述第二机械坐标及所述基准坐标对所述机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标，判断所述第二纠偏坐标是否满足设定的精度要求，当确定所述第二纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。本申请能够通过单个工业相机多次纠偏达到视觉精度要求，降低设备成本。
附图说明
图1是现有技术提供的基于两个工业相机的自动化组装的硬件结构图；
图2是现有技术提供的基于两个工业相机的自动化组装方法的流程图；
图3是本申请实施例提供的基于单个工业相机的自动化组装的硬件结构图；
图4是本申请实施例提供的基于单个工业相机的自动化组装方法的流程图；
图5是本申请实施例提供的标记点的像素坐标的示意图；
图6是本申请实施例提供的旋转工具旋转三次后对应的标记点的位置的示意图；
图7是本申请实施例提供的旋转中心变换的示意图；
图8是本申请实施例提供的机械手的结构图。
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。
在3C、半导体、新能源等的加工工艺中，产品在来料的过程中没有设计机构定位，以至于产品来料角度波动较大，在经过旋转中心计算之后的XY误差超出了现有产品的组装或者贴合精度要求。
为了提高产品的组装精度，现有技术中，一般采用如下两种处理方法：
方法1：整体提升设备的硬件设施，包括机械手、模组、高分辨率相机、高分辨率镜头以及合适的光源等，从而提高机械手走位精度，整体提升设备视觉及组装精度。缺点在于会大幅度提高设备的整体成本。
方法2：增加多相机拍照，减少拍摄视野，提高单个像素精度。缺点在于产品兼容性差，调试复杂，多个相机的布局占据大量的空间，与机构设计方面存在一定的干涉，导致设备过于拥挤或者光源安装受限，视觉精度效果达不到最佳。
参阅图1所示，通过采用多个工业相机来对产品进行视觉纠偏，图1中自下而上依次为两个工业相机(工业相机1#和工业相机2#)、两个光源(工业相机1#对应的光源及工业相机2#对应的光源)、待组装的产品。两个工业相机和两个光源可以提供不同视角或多维度的信息，有助于进行更全面的检查和组装。在将两个工业相机和两个光源正确安装在适当的位置，确保两个工业相机能够捕捉到待组装产品的所需信息，使用工业相机1#和对应的光源捕获待组装的产品的图像，同时使用工业相机2#和对应的光源捕获待组装的产品的图像。基于从两个工业相机捕获的图像执行产品的组装过程。
如图2所示，为现有技术提供的基于两个工业相机的自动化组装方法的流程图。
S21，机械手吸取待组装产品并将组装产品移动至相机拍照位，工业相机1#拍照获取图像，从图像中获取待组装产品当前交点坐标CX1、CY1、CR1。
S22，工业相机2#拍照获取图像，从图像中获取待组装产品当前交点坐标CX2、CY2、CR2。
S23，将根据工业相机1#和工业相机2#得到的交点坐标连成线段，求得线段的中点坐标MX、MY、MR。
MX＝(CX2+CX1)/2，MY＝(CY2+CY1)/2，MR＝(CR2+CR1)/2。
S24，在贴合位设置基准坐标SX、SY、SZ，计算基准坐标与中点坐标MX、MY、MR的偏差值为DX、DY、DR。
DX＝SX-MX，DY＝SY-MY，DR＝SR-MR。
S25，将得到的偏差值DX、DY、DR与机械手的贴合位RobotX、RobotY、RobotR相加，发送给机械手走位组装。
可见现有技术中，定时控制机械手吸取产品移动到相机拍照位，通过采用两个工业相机拍摄产品，分别获取与产品的两个交点坐标CX1、CY1、CR1与CX2、CY2、CR2，将两个交点坐标连成线段，得到线段的中点坐标MX、MY、MR，计算贴合位置的基准坐标SX、SY、SZ与当前中点坐标MX、MY、MR的偏差值，最后，将得到的偏差值DX、DY、DZ与机械手的贴合位RobotX、RobotY、RobotR相加，从而解决分配给视觉的精度不足以用一次对位纠偏来保证满足产品的组装或贴合要求。
现有技术的缺点在于使用了两个工业相机，两个工业相机会导致产品兼容性差，调试复杂，且两个工业相机占据大量的空间，与机构设计方面存在一定的干涉，导致设备过于拥挤或者光源安装受限，视觉精度效果达不到最佳。
为了解决现有技术中存在的通过多个工业相机的布局才能达到视觉精度要求的技术问题，本申请同时在硬件结构和方法上进行改进，由两个工业相机简化为一个工业相机，降低成本，并通过多次纠偏来提高组装精度。
参阅图3所述，为本申请实施例提供的一种基于单个工业相机的自动化组装的硬件结构图。
自下而上依次为一个工业相机1#、光源、待组装的产品。通过结合一个工业相机1#和一个光源，配合机械手(图中未显示)，实现对待组装的产品的高精度组装。
由于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，节约了成本并减少了空间的占用。
图4是本申请实施例提供的一种基于单个工业相机的自动化组装方法的流程图。
S41，在机械手吸取目标产品移动至相机拍照位时，根据所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标，确定所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标。
机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，可以通过编程来完成各种预期的作业。工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，用于当机械手吸取目标产品移动至相机拍照位时对目标产品进行拍照。目标产品是工业上需要进行加工组装的物料等。相机拍照位是在所述工业相机的拍摄范围内设置的一个位置。
像素坐标系和机械坐标系是两个不同的坐标系，像素坐标系对应工业相机，机械坐标系对应机械手。像素坐标系是图像中像素的坐标系统，图像被划分为像素单元，每个像素单元都有一个唯一的坐标，第一像素坐标是指目标产品在图像中的位置。机械坐标系是用于描述实际世界物体位置的坐标系统，机械坐标系的原点通常与某个物理点或设备的参考点对应，例如，原点可以是机械手的基准点，x轴可能指向机器手的前进方向，y轴可能指向机器手的侧面，第一机械坐标是指目标产品在实际世界中的物体位置。
在机械手吸取目标产品移动至相机拍照位时，首先获取目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的像素坐标(称之为第一像素坐标)，然后根据第一像素坐标确定目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标，即，根据目标产品在图像中的像素坐标，转换为目标产品在实际世界中的物理坐标。
在一个可选的实施方式中，所述根据所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标，确定所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标包括：
获取仿射变换矩阵；
使用所述仿射变换矩阵，对所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标进行仿射变换运算，得到所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标。
实际应用中，拍摄目标产品的坐标需要反映到机械手所在的机械坐标系中，所以需要将目标产品在工业相机1#成像的像素坐标通过仿射变换矩阵转换成机械坐标系中的机械坐标。即，通过使用仿射变换矩阵，对工业相机成像的所述目标产品在像素坐标系中的第一像素坐标进行仿射变换运算，便能够得到目标产品在所述机械手对应的第一机械坐标系中的第一机械坐标。
示例性的，假设工业相机第一次曝光拍照，获取的目标产品的第一像素坐标为P1(x1,y1)，仿射变换矩阵为M，通过仿射变换矩阵M对第一像素坐标P1(x1,y1)进行仿射变换运算后，得到目标产品在机械坐标系中的第一机械坐标P1′(x1′,y1′)的过程如下所示：
在一个可选的实施方式中，所述获取仿射变换矩阵包括：
控制所述机械手吸取标定物在所述工业相机的视野内运行N1个位置；
针对每个位置，通过所述工业相机获取所述标定物上的标记点的测试像素坐标，及获取所述机械手的测试机械坐标；
基于N1个所述测试像素坐标生成测试像素坐标矩阵；
基于N1个所述测试机械坐标生成测试机械坐标矩阵；
根据所述测试像素坐标矩阵及所述测试机械坐标矩阵，计算得到所述仿射变换矩阵。
其中，标定物上的标记点可以是一个用于将像素坐标系和机械坐标系进行统一的过程中使用的一个产品，也可以是一个产品上的一个特征点，还可以是专门定制的特征点。只要便于拍摄识别即可。如图5所示，标定物上的标记点为J1，位于产品的右上角，便于拍摄识别。
工业相机1#标定XY平面坐标，机械手吸取标定物移动到相机拍照位，进行多点平移标定，从而完成像素坐标系和世界坐标系的统一。控制机械手可以吸取标定物在工业相机1#的XY平面视野内运行N1(N1>＝3，优选为9)个位置，每运行至一个位置后，工业相机1#会曝光一次采集得到一张图像，从采集到的图像中获取到标定物上的标记点的像素坐标，将此时获取的像素坐标称之为测试像素坐标，N1个位置对应N1个图像，N1个图像对应N1个测试像素坐标。
机械手吸取标定物每运行至一个位置后，获取所述机械手的机械坐标，将此时获取的机械坐标称之为测试机械坐标。N1个位置对应N1个测试机械坐标，每个位置的测试像素坐标与该位置的测试机械坐标一一对应。
示例性的，假设机械手吸取标定物在工业相机1#的XY平面视野内运行了3个位置，则，对应得到3个测试像素坐标A1(A1x,A1y)、A2(A2x,A2y)、A3(A3x,A3y)，及对应得到3个测试机械坐标B1(B1x,B1y)、B2(B2x,B2y)、B3(B3x,B3y)。
基于3个测试像素坐标A1、A2、A3生成的像素坐标矩阵为A，基于3个测试机械坐标B1、B2、B3生成的测试机械坐标矩阵为B，分别如下所示：
计算测试像素坐标矩阵A的逆矩阵A-1，根据逆矩阵A-1及测试机械坐标矩阵B，计算得到仿射变换矩阵M。逆矩阵A-1和仿射变换矩阵M分别如下所示：
其中，tx和ty表示平移量，m11、m21表示x方向的旋转和缩放，m12、m22表示y方向的旋转和缩放。
在得到仿射变换矩阵M后，后续实际进行产品组装时，工业相机1#每曝光一次采集一张产品的图像，获取得到产品或产品的标记点在像素坐标系中的像素坐标，都能通过仿射变换矩阵M，转换成产品或产品的标记点所在的机械坐标系中的机械坐标。
S42，根据所述第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标。
由于需要多次纠偏对位，因此，需要根据第一机械坐标及基准坐标对机械手当前的相机拍照位完成第一次视觉纠偏。
所述贴合位是一个对所述目标产品进行贴合的位置，用来判断经过这个位置的所述目标产品的大小、角度、形状等是否与期望的模型相匹配，是固定不变的。贴合位上的贴合点是用来对目标产品进行贴合的根据点，所述贴合点的坐标为贴合位的基准坐标，基准坐标用(sx,sy)表示，是固定不变的。
根据第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对机械手在相机拍照位进行第一次纠偏，是指根据第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述目标产品在相机拍照位进行x方向、y方向及角度上的纠偏。
在一个可选的实施方式中，所述根据所述第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标包括：
获取所述机械手的第一旋转中心；
基于第一机械角度及基准角度计算得到第一纠偏角度；
使用预设纠偏计算模型，基于所述第一纠偏角度、所述第一旋转中心及所述第一机械坐标进行计算，得到第一贴合坐标；
根据所述基准坐标及所述第一贴合坐标，计算得到所述第一纠偏坐标。
旋转中心是所述机械手在旋转过程中围绕的中心点或轴。所述机械手在所述相机拍照位进行所述目标产品的纠偏时，旋转中心会产生对应的变化。所述第一旋转中心是没有对机械手进行纠偏时的初始旋转中心。
所述第一机械角度是所述目标产品在所述机械坐标系中与参照面的角度，所述基准角度是贴合位与所述机械坐标系中参照面的角度，所述基准坐标和所述基准角度对同一批目标产品是固定不变的，所述第一纠偏角度为所述基准角度与所述第一机械角度之间的差值，即第一纠偏角度＝基准角度-第一机械角度。
所述机械手通过所述预设纠偏计算模型对所述目标产品在所述相机拍照位进行纠偏。将所述第一纠偏角度、所述第一旋转中心、所述第一机械坐标带入所述预设纠偏计算模型中进行计算，得到所述第一贴合坐标。所述第一贴合坐标是所述目标产品在所述相机拍照位通过所述纠偏计算模型进行纠偏计算后得到的坐标。所述第一纠偏坐标是机械手在所述相机拍照位对所述目标产品进行x方向和y方向纠偏后与所述基准坐标的差值。第一纠偏坐标＝基准坐标-第一贴合坐标。
其中，所述纠偏计算模型可以用如下公式表示：
sx′＝cos(sr-cr)(cx-rx0)-sin(sr-cr)(cy-ry0)+rx0；
sy′＝cos(sr-cr)(cy-ry0)+sin(sr-cr)(cx-rx0)+ry0。
其中，(cx,cy)表示机械坐标，cr表示机械角度，(sx,sy)表示基准坐标，sr表示基准角度，(rx0,ry0)表示第一旋转中心，(sx′,sy′)表示贴合坐标。
计算所述基准坐标的横坐标位置与所述第一贴合坐标的横坐标位置的差值，得到所述第一纠偏坐标的横坐标位置，计算所述基准坐标的纵坐标位置与所述第一贴合坐标的纵坐标位置的差值，得到所述第一纠偏坐标的纵坐标位置。即，所述第一纠偏坐标(dx1,dy1)＝(sx-sx′,sy-sy′)，所述第一纠偏角度dx1＝(sr-cr)。
示例性的，假设基准坐标(sx,sy)为(100，100)，基准角度sr为90度，第一旋转中心坐标(rx0,ry0)为(10，10)，第一机械坐标(cx,cy)为(20，30)，第一机械角度cr为60度，则计算得到第一贴合坐标(sx′,sy′)为(8.66，32.32)，第一纠偏坐标为(91.34，67.68)，第一纠偏角度为30度。
在一个可选的实施方式中，所述获取所述机械手的第一旋转中心包括：
控制所述机械手根据预设旋转角度及预设旋转方向旋转N2次；
在每次旋转后，通过所述工业相机获取旋转轴工具上的标记点的标记像素坐标；
基于N2个所述标记像素坐标对应的标记机械坐标进行拟合，得到拟合圆；
获取所述拟合圆的圆心机械坐标；
根据所述圆心机械坐标确定所述机械手的第一旋转中心。
所述预设旋转角度是预先设置的所述机械手绕着旋转轴进行旋转时的角度值，预设旋转角度可以设置为锐角，便于标记旋转点。预设旋转方向可以为顺时针，也可以为逆时针。示例性，如图6所示，控制机械手按照顺时针方向，每30°旋转1次，共旋转3次。
机械手的旋转轴工具上设置有一个标记点，控制所述机械手按照预设旋转方向，以预设旋转角度旋转N2(根据三点定圆原理，N2>＝3)次，每旋转一次后，通过所述工业相机获取旋转轴工具上的标记点的像素坐标，标记点的像素坐标作为标记像素坐标，旋转N2次对应N2个标记像素坐标。根据仿射变换矩阵M，对每个标记像素坐标进行仿射变换运算，从而标记像素坐标转换成标记机械坐标，N2个标记像素坐标对应N2个标记机械坐标。
示例性的，假设某个标记像素坐标为O(rx,ry)，根据仿射变换矩阵M对该标记像素坐标O(rx,ry)进行仿射变换运算，得到标记机械坐标O′(rx′,ry′)的过程如下所示：
对N2个标记机械坐标进行拟合，得到拟合圆，获取所述拟合圆的圆心机械坐标，即所述机械手的第一旋转中心坐标。
S43，根据纠偏后的相机拍照位及所述目标产品在所述像素坐标系中的第二像素坐标，确定所述目标产品在所述机械坐标系中的第二机械坐标。
对机械手进行第一次纠偏后，工业相机会再次进行曝光拍照，获取目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的像素坐标(称之为第二像素坐标)，然后使用所述仿射变换矩阵，对所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第二像素坐标进行仿射变换运算，得到所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第二机械坐标。
示例性的，假设工业相机第二次曝光拍照，获取的目标产品的第二像素坐标为P2(x2,y2)，通过仿射变换矩阵M对所述第二像素坐标P2(x2,y2)进行仿射变换运算后，得到目标产品在机械坐标系中的第二机械坐标P2′(x2′,y2′)的过程如下所示：
S44，根据所述第二机械坐标及所述基准坐标对所述机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标。
根据第二机械坐标及贴合位对应的基准坐标对机械手在当前的相机拍照位(即纠偏后的相机拍照位)进行第二次纠偏，是指根据第二机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述目标产品在相机拍照位进行x方向、y方向及角度上的纠偏。
在一个可选的实施方式中，所述根据所述第二机械坐标及所述基准坐标对所述机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标包括：
根据所述第一纠偏坐标与所述第一旋转中心，得到第二旋转中心；
基于第二机械角度及所述基准角度计算得到第二纠偏角度；
使用所述预设纠偏计算模型，基于所述第二纠偏角度、所述第二旋转中心及所述第二机械坐标进行计算，得到第二贴合坐标；
根据所述基准坐标及所述第二贴合坐标，计算得到所述第二纠偏坐标。
所述机械手在当前的相机拍照位对所述目标产品第二次纠偏时，旋转中心会产生对应的坐标变化。如图7所示，所述机械手对所述目标产品纠偏后，旋转中心的位置由R1改变为R2。应当理解的是，当前的相机拍照位是指每次相机曝光拍照的位置，第一次相机曝光拍照对应的相机拍照位为第一相机拍照位，对机械手在第一相机拍照位进行纠偏后，相机进行第二次曝光拍照，第二次相机曝光拍照对应的相机拍照位为第二相机拍照位，假设对机械手在第二相机拍照位进行纠偏后，相机进行第三次曝光拍照，第三次相机曝光拍照对应的相机拍照位为第三相机拍照位。
由于产品在纠偏过程中发生了变动，导致旋转中心跟着在变动，所以需要获取机械手每次纠偏之后的相机拍照位，将纠偏后的相机拍照位减去第一相机拍照位得到相机拍照位的差值，从而得到纠偏后的旋转中心。即，旋转中心坐标为上一次纠偏坐标与所述第一旋转中心之和得到的。计算所述第一纠偏坐标的横坐标位置与所述第一旋转中心的横坐标位置的和，得到所述第二旋转中心的横坐标位置。计算所述第一纠偏坐标的纵坐标位置与所述第一旋转中心的纵坐标位置的和，得到所述第二旋转中心的纵坐标位置。
示例性的，假设所述第一纠偏坐标为(dx1,dy1)，所述第一旋转中心为(rx0,ry0)，则所述第二旋转中心为(rx0+dx1,ry0+dy1)。再假设，第二纠偏坐标为(dx2,dy2)，则所述第三旋转中心为(rx0+dx2,ry0+dy2)。
所述第二机械坐标是所述目标产品第二次纠偏时在所述机械坐标系中的坐标位置。第二机械角度是所述目标产品第二次纠偏时与所述机械坐标系中的参照面的角度。所述第二纠偏角度为所述基准角度与第二机械角度之间的差值，即第二纠偏角度＝基准角度-第二机械角度。所述第二贴合坐标是所述目标产品在第二相机拍照位通过所述纠偏计算模型进行纠偏计算后得到的坐标。
将所述第二纠偏角度、所述第二旋转中心坐标、所述第二机械坐标带入所述预设纠偏计算模型中进行计算，得到所述第二贴合坐标。
所述第二纠偏坐标是机械手在所述第二相机拍照位对所述目标产品进行x方向和y方向纠偏后与所述基准坐标的差值。第二纠偏坐标＝基准坐标-第二贴合坐标。
所述第二纠偏坐标是所述机械手在所述相机拍照位对所述目标产品进行第二次纠偏的依据，记录所述机械手第二次进行纠偏后与所述基准方向的横坐标位置、纵坐标位置的差值。计算所述基准坐标的横坐标位置与所述第二贴合坐标的横坐标位置的差值，得到所述第二纠偏坐标的横坐标位置，计算所述基准坐标的纵坐标位置与所述第二贴合坐标的纵坐标位置的差值，得到所述第二纠偏坐标的纵坐标位置。
S45，判断所述第二纠偏坐标是否满足设定的精度要求。
所述第二纠偏坐标记录了所述基准坐标与第二贴合坐标之间的差值，包括：所述第二贴合坐标与所述基准坐标的横坐标位置的差值、所述第二贴合坐标与所述基准坐标的纵坐标位置的差值。通过分别比较横坐标位置的差值、纵坐标位置的差值与设定的精度阈值，来判断所述第二纠偏坐标是否满足设定的精度要求。所述精度阈值根据所述目标产品实际生产过程中的精度要求进行提前设定，具有一定的经验性。
比较第二纠偏坐标的dx2坐标、dy2坐标是否均小于或等于设定的精度要求，当dx2坐标、dy2坐标均小于或等于设定的精度阈值时，表明机械手走位的误差满足贴合的需求，纠偏到位，确定所述第二纠偏坐标满足所述设定的精度要求。当dx2坐标小于或等于设定的精度阈值时，但dy2坐标大于设定的精度阈值，或者，当dy2坐标小于或等于设定的精度阈值，但dx2坐标大于设定的精度阈值，或者，当dx2坐标、dy2坐标均大于设定的精度阈值时，表明机械手走位的误差不满足贴合的需求，纠偏不到位，确定所述第二纠偏坐标不满足所述设定的精度要求。当dx2坐标、dy2坐标越无限接近于0，则代表精度越高。
当确定所述第二纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，执行S46。
当确定所述第二纠偏坐标不满足所述设定的精度要求时，执行S47。
S46，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。
在确定所述第二纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制机械手以第二贴合坐标的姿态按照固定路径移动至贴合位RobotX、RobotY、RobotR进行目标产品的组装。
S47，对所述机械手进行第三次纠偏。
当确定所述第二纠偏坐标不满足所述设定的精度要求时，对所述机械手进行第三次纠偏，得到第三纠偏坐标。
在一个可选的实施方式中，可以根据纠偏后的相机拍照位(第三相机拍照位)及所述目标产品在所述像素坐标系中的第三像素坐标，所述仿射变换矩阵，对所述第三像素坐标进行仿射变换运算，得到第三机械坐标；对所述第二纠偏坐标与所述第一旋转中心进行加和计算，得到第三旋转中心；计算所述基准角度与第三机械角度的差值，得到所述第三纠偏角度；将所述第三纠偏角度、所述第三旋转中心坐标、所述第三机械坐标带入所述预设纠偏计算模型进行计算，得到所述第三贴合坐标，计算所述基准坐标与所述第三贴合坐标的差值，得到所述第三纠偏坐标。
判断所述第三纠偏坐标是否满足所述设定的精度要求；当确定所述第三纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。
当确定第三纠偏坐标不满足设定的精度要求时，可以对机械手在第三相机拍照位进行第四次纠偏，并计算进行第四次纠偏对应的第四纠偏坐标。判断第四纠偏坐标是否满足设定的精度要求，当确定第四纠偏坐标满足设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。当确定第四纠偏坐标不满足设定的精度要求时，可以对机械手在第四相机拍照位进行第五次纠偏，以此类推，直至纠偏坐标满足设定的精度要求为止。
上述可选的实施方案，通过在相机拍照位对机械手进行多次纠偏，直到纠偏坐标满足设定的精度要求时，控制机械手移动目标产品至贴合位进行组装。通过多次纠偏，能够提高机械手对目标产品的精确定位能力，确保机械手在最终的组装位置具有所需的精度，从而提高组装过程的准确性，减少组装误差，进而改善产品质量和提高生产效率。
在一个可选的实施方式中，所述方法还包括：
计算对所述机械手进行纠偏的纠偏次数；
判断所述纠偏次数是否超过预设纠偏次数阈值；
当所述纠偏次数超过所述预设纠偏次数阈值时，对所述目标产品进行抛料处理。
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)初始化纠偏次数为0，每对所述机械手进行一次纠偏时，可编程逻辑控制器将纠偏次数增加1。所述纠偏次数阈值N3(N3>1)通过PLC进行预先设定，是所述目标产品是否再次进行纠偏的依据，以防止纠偏次数较多，导致对所述目标产品过度纠偏。
每对所述机械手进行一次纠偏，获取当次纠偏的纠偏次数，判断所述纠偏次数是否超过所述预设纠偏次数阈值N3，当纠偏次数超过预设纠偏次数阈值N3时，对所述目标产品进行抛料处理。当纠偏次数不超过(小于或等于)所述预设纠偏次数阈值N3，则判断当次纠偏坐标和纠偏角度是否满足设定的精度要求，当确定所述纠偏坐标和纠偏角度不满足所述设定的精度要求时，对所述机械手再次进行纠偏；当确定所述纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。
上述可选的实施方式中，通过将纠偏次数与预设纠偏次数阈值进行比较，在纠偏次数超过预设纠偏次数阈值时，表明机械手的纠偏的能力可能已经达到或接近其极限，而目标产品可能无法再通过进一步的纠偏来满足质量标准，为了确保产品组装的质量，对目标产品进行抛料处理；同时，通过预设纠偏次数阈值，能够及时抛弃无法满足质量标准的产品，从而保持生产线的稳定和高效运行。
本申请通过多次纠偏对位，多次纠偏对位需要工业相机多次拍照去实现。需要视觉与机械手确认好多次纠偏对位的信号，当机械手发送信号T1，1，X，Y，R(其中，XYR代表当前拍照位置)触发视觉第一次拍照，视觉获取拍照图像后进行图像处理，得到对应的偏差值DX、DY、DR并发送给机械手在相机拍照位去纠偏，机械手再次发送拍照信号T1，1，X，Y，R触发视觉第二次拍照，视觉再次进行图像处理，得到对应的偏差值DX、DY、DR，视觉判断偏差值是否满足0.01mm(根据不同精度要求做设置)以内，如果满足，则发送OK信号给到机械手去组装/贴合，否则发送NG信号给到机械手，依次循环拍照，直到偏差值满足设定的精度要求。
与现有技术相比，本申请具有以下优点：
1)大幅度提高了视觉贴合精度，只要未满足设定的精度要求，会循环多次纠偏，直到精度符合设定的精度要求，大大降低了产线的不良率，提高了产品的品质。
2)视觉和机构硬件成本降低，减少开发和人力成本，优化了机台的设计空间。
3)相对于多相机系统，单相机多次对位程序简单明了，实用且易于使用。
本申请实施例还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基于单个工业相机的自动化组装方法的全部或者部分步骤。
参阅图8所示，为本申请实施例提供的机械手的结构示意图。在本申请较佳实施例中，所述机械手8包括存储器81、至少一个处理器82、至少一条通信总线83。
本领域技术人员应该了解，图8示出的机械手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，所述机械手8还可以包括比图示更多或更少的其他硬件或者不同的部件布置。
在一些实施例中，所述机械手8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。所述机械手8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。
在一些实施例中，所述存储器81中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器82执行时实现如所述的基于单个工业相机的自动化组装方法中的全部或者部分步骤。所述存储器81包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-timeProgrammable Read-Ony Memory，OTPROM)、电子擦除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-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82是所述机械手8的控制核心(ControlUnit)，利用各种接口和线路连接整个机械手8的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器81内的程序或者模块，以及调用存储在所述存储器81内的数据，以执行机械手8的各种功能和处理数据。例如，所述至少一个处理器82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基于单个工业相机的自动化组装方法的全部或者部分步骤；或者实现支持基于单个工业相机的自动化组装装置的全部或者部分功能。所述至少一个处理器82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(CentralProcessing 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83被设置为实现所述存储器81以及所述至少一个处理器82等之间的连接通信。尽管未示出，所述机械手8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处理器82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。所述机械手8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。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述方法包括：
在机械手吸取目标产品移动至相机拍照位时，根据所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标，确定所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标；
根据所述第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标；
根据纠偏后的相机拍照位及所述目标产品在所述像素坐标系中的第二像素坐标，确定所述目标产品在所述机械坐标系中的第二机械坐标；
根据所述第二机械坐标及所述基准坐标对所述机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标；
判断所述第二纠偏坐标是否满足设定的精度要求；
当确定所述第二纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。
2.根据权利要求1所述的基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述根据所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标，确定所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标包括：
获取仿射变换矩阵；
使用所述仿射变换矩阵，对所述目标产品在工业相机对应的像素坐标系中的第一像素坐标进行仿射变换运算，得到所述目标产品在所述机械手对应的机械坐标系中的第一机械坐标。
3.根据权利要求2所述的基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述获取仿射变换矩阵包括：
控制所述机械手吸取标定物在所述工业相机的视野内运行N1个位置；
针对每个位置，通过所述工业相机获取所述标定物上的标记点的测试像素坐标，及获取所述机械手的测试机械坐标；
基于N1个所述测试像素坐标生成测试像素坐标矩阵；
基于N1个所述测试机械坐标生成测试机械坐标矩阵；
根据所述测试像素坐标矩阵及所述测试机械坐标矩阵，计算得到所述仿射变换矩阵。
4.根据权利要求1所述的基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述根据所述第一机械坐标及贴合位对应的基准坐标对所述机械手进行第一次纠偏，得到第一纠偏坐标包括：
获取所述机械手的第一旋转中心；
基于第一机械角度及基准角度计算得到第一纠偏角度；
使用预设纠偏计算模型，基于所述第一纠偏角度、所述第一旋转中心及所述第一机械坐标进行计算，得到第一贴合坐标；
根据所述基准坐标及所述第一贴合坐标，计算得到所述第一纠偏坐标。
5.根据权利要求4所述的基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述获取所述机械手的第一旋转中心包括：
控制所述机械手根据预设旋转角度及预设旋转方向旋转N2次；
在每次旋转后，通过所述工业相机获取旋转轴工具上的标记点的标记像素坐标；
基于N2个所述标记像素坐标对应的标记机械坐标进行拟合，得到拟合圆；
获取所述拟合圆的圆心机械坐标；
根据所述圆心机械坐标确定所述机械手的第一旋转中心。
6.根据权利要求5所述的基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述根据所述第二机械坐标及所述基准坐标对所述机械手进行第二次纠偏，得到第二纠偏坐标包括：
根据所述第一纠偏坐标与所述第一旋转中心，得到第二旋转中心；
基于第二机械角度及所述基准角度计算得到第二纠偏角度；
使用所述预设纠偏计算模型，基于所述第二纠偏角度、所述第二旋转中心及所述第二机械坐标进行计算，得到第二贴合坐标；
根据所述基准坐标及所述第二贴合坐标，计算得到所述第二纠偏坐标。
7.根据权利要求6所述的基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述方法还包括：
当确定所述第二纠偏坐标不满足所述设定的精度要求时，对所述机械手进行第三次纠偏，得到第三纠偏坐标；
判断所述第三纠偏坐标是否满足所述设定的精度要求；
当确定所述第三纠偏坐标满足所述设定的精度要求时，控制所述机械手移动所述目标产品至所述贴合位进行组装。
8.根据权利要求7所述的基于单个工业相机的自动化组装方法，其特征在于，所述方法还包括：
计算对所述机械手进行纠偏的纠偏次数；
判断所述纠偏次数是否超过预设纠偏次数阈值；
当所述纠偏次数超过所述预设纠偏次数阈值时，对所述目标产品进行抛料处理。
9.一种机械手，其特征在于，所述机械手包括存储器、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中任意一项所述的基于单个工业相机的自动化组装方法的步骤。
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中任意一项所述的基于单个工业相机的自动化组装方法的步骤。
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