CN214544374U - 一种具有多种通讯协议的机器视觉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，包括视觉系统，所述的视觉系统包括图像识别装置、控制器和通信系统，所述的图像识别装置包括相机缆线、照明装置和相机，所述的相机下方设有照明装置，照明装置下方设有待测物件，所述的控制器通过相机缆线与相机连接，用于基于物件的相关信息确定满足预设条件的物件作为目标物件，所述的通信系统具有多种通信协议，通信系统能够将控制器中的信息传输至所要控制的机器设备中。本实用新型通过通信协议来完成对机器人的控制，操作便捷，减少运营成本和开发费用，其硬件模块通用性强，成本低，软件功能丰富实用，可以兼容常用机器人系列，具有多种通讯协议，使用方便。

Description

一种具有多种通讯协议的机器视觉系统

技术领域

本实用新型涉及一种机器视觉系统，尤其涉及一种具有多种通讯协议的机器视觉系统。

背景技术

“中国制造2025”规划中智能制造工程是五大工程之一，智能传感器是智能制造工程中重要组成部分。机器视觉是指使机器具有视觉感知功能的系统，是自动化系统组成的重要部分之一。机器视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器能够辨识物体，并确定其位置。机器视觉侧重于研究以应用为背景的专用视觉系统，只提供对执行某一特定任务相关的景物描述。机器视觉硬件主要包括图像获取和视觉处理两部分，而图像获取由照明系统、视觉传感器、模拟－数字转换器和帧存储器等组成。然而，传统机器人视觉系统的供电部分使用的元器件较多，电路结构复杂，硬件成本较高，不方便维护。另外，机器设备一般都没有集成式机器视觉系统，都是基于PC平台开发机器视觉，也有嵌入式机器视觉系统，但没有针对社会中多种机器人的通用性的嵌入式机器视觉系统。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型目的是提供一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其硬件模块通用性强，软件功能丰富实用。

技术方案：本实用新型包括视觉系统，所述的视觉系统包括图像识别装置、控制器和通信系统，所述的图像识别装置包括相机缆线、照明装置和相机，所述的相机下方设有照明装置，照明装置下方设有待测物件，所述的控制器与相机连接，所述的通信系统具有多种通信协议，通信系统能够将控制器中的信息传输至所要控制的机器设备中。

所述的相机用于识别物件的视觉信息，所述的视觉信息包括物件的形状、颜色、物件上的条形码、二维码。

所述的相机通过相机缆线与控制器连接，用于识别物件的视觉信息。

所述相机的检测范围由拍照距离、镜头焦距及CCD尺寸决定。

所述的相机采用固定或移动的方式设置，方便调试与移动。

所述的通信系统包括电源模块以及与控制器连接的信号接收模块、信号转换模块、信号发送模块，所述的信号转换模块含有多种通讯芯片，兼容多种通讯协议，所述的信号发送模块含有多种物理接口。

所述的控制器采用stm32控制板。

所述的控制器能够基于识别出的物件信息获取该物件信息所指示的目的地信息，通过处理产生控制信号。

有益效果：本实用新型通过通信协议来完成对机器人的控制，操作便捷，减少运营成本和开发费用，其硬件模块通用性强，成本低，软件功能丰富实用，可以兼容常用机器人系列，具有多种通讯协议，使用方便。

附图说明

图1是本实用新型的系统连接示意图；

图2是本实用新型的相机选取原理图；

图3是本实用新型的视觉处理程序流程图；

图4是本实用新型结合机器人的视觉程序流程图；

图5是本实用新型的系统电路功能框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的视觉系统包括图像识别装置、控制器和通信系统。其中，图像识别装置包括相机缆线2、照明装置4及设置于系统前端的相机3，本实例采用SONY XC-56的30万像素的模拟相机，可以将相机3固定于所要操控的机器人上，亦可固定于一移动工作台上方便调试与移动。相机3用于识别物件的视觉信息，其视觉信息包括物件的形状、颜色、物件上的条形码、二维码等。相机3下方设有照明装置4，照明装置4下方设有待测物件5，相机3通过相机缆线2与控制器1连接，控制器1用于基于物件的相关信息确定满足预设条件的物件作为目标物件。通信系统具有多种通信协议，通过系统物理接口将控制器1中的信息按照某种规则传输至所要控制的机器设备中。

本实用新型可根据所需环境灵活变更相机3。实际应用中，需要根据工件的大小和配置来决定需要的检测范围和拍照距离，并由此来选配所合适的相机3和镜头。相机3的检测范围由拍照距离、镜头焦距、CCD尺寸等三个要素决定。如图2所示，检测范围L＝(D-f)/f*Lc；拍摄距离D＝L/Lc*f+f，其中，L为检测范围；D为相机和工件之间的距离，即拍摄距离；Lc为相机CCD尺寸；f为镜头与焦点之间的距离。本实例采用的SONY XC-56相机CCD尺寸为：Lc＝7.4um/pixel(640pixelx480pixel)＝4.736mm*3.552mm，检测范围L为192mm*144mm，拍摄距离D＝3.4L。在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互关系，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。为了获得这些参数(内参、外参、畸变参数)需要对相机进行标定。

本实用新型的控制器1采用stm32控制板，能够基于识别出的物件信息获取该物件信息所指示的目的地信息，通过处理产生控制信号。在某些实例中，机械设备需要完成抓取动作，在控制器中应用根据数据的基于用户坐标系的补偿方式：机器设备在用户坐标系下，通过相机3检测和计算目标当前位置相对基准位置(示教位置)的偏移量，并自动补偿抓取位置。在某些实例中机器设备无需进行高精度动作，如某些流水线上，控制器1只需给出流水线上是否动作。

本实用新型的通信系统与通讯协议包括电源模块以及与控制器1连接的信号接收模块、信号转换模块、信号发送模块。信号转换模块含有多种通讯芯片，兼容多种通讯协议，包括EtherNet/IP、CC-LINK、RS232、Profinet等。信号发送模块含有多种物理接口：USB接口、RS232接口、RS485接口、TCP接口、IP接口；当以控制器1为主站时，可控机器设备为从站甚至可以达到多台设备数据共享；根据操作机器设备需要，通过控制器1拨码选用可兼容的通信协议进行连接，连接完成后根据规则从系统物理接口将数据传输至机器设备中。

如图3所示为本系统的视觉处理程序；下面以分拣圆形物件与方形物件为例，对流程图进行解释说明。

步骤101，系统开启自动检测是否有残留视觉数据待处理，本实例中处理圆形与方形为新视觉数据，则需创建一新视觉数据；处理保留数据在下面进行解释说明。在创建的视觉数据中对视觉条件加以限制，在本实例中则是对圆形物件与方形物件的边缘数据化，若圆形边缘数据作为条件，则最终分拣目标为圆形物件，反之则为方形物件。

步骤102，在步骤101中设定的条件下选择满足要求的标准物件进行拍摄，以下此类步骤皆称之为示教，保存物件的标准信息；并且将相机设为连续拍摄状态获取物件实时信息。

步骤103，此时系统若有红灯闪烁，则表示相机连续拍摄状态开启失败或是环境过暗无物件识别，此时系统将重回步骤102中，再次尝试开启；直至红灯无闪烁开启成功。开启成功后对相机检测范围内的所有物件边缘进行检测。

步骤104，将步骤103检测物件信息与步骤102中拍摄的标准物件信息比对，将相似度高的数据合成信号发送视觉处理器。

步骤105，步骤104执行过程中信号指示灯呈绿色且常亮直至视觉处理完毕，若无绿灯亮则表示信号合成失败或无相似物件，系统等待新一波检测重新合成信号。

步骤106，视觉处理完，系统检测是否需要输入新的图形，在本实例中，优选的，圆形物件分拣完毕后，输入方形标准物件为示教图形，分拣方形物件，重复步骤101-105。本实例中将圆形与方形物件分拣完毕无需输入新的图形。

步骤107，在某些实例中需要对残留数据进行处理，则系统直接进行步骤102，如若需要输入新的图形无需新建视觉数据，在此数据基础上添加图形信息即可，其他步骤一致此处不再赘述。

如图4所示为本实用新型结合机器人的视觉程序流程图；仍然以分拣圆形与方形物件为实例进行解释说明。在本实例中，列举本系统与FANUC机器人通过CC-link协议进行通信，从而控制机器人的机械臂对圆形和方形物件进行分拣；在某些实例中本系统可与流水线设备通信从而达到流水线上的分拣工作；在某些实例中系统可与其他控制系统通过通信协议通信，从而达到某些设备的智能检测和闭环控制。

步骤201，在系统中预设识别图形，在本实例中预设识别圆形物件；建立控制器即stm32f103中视觉处理程序信息。标定相机：使用点阵板进行标定，采集点阵板图像，提取图片中点像素坐标，通过单应矩阵计算出相机的内外参数初始值，利用非线性最小二乘法估计畸变系数，最后使用极大似然估计法优化参数。利用检出的像素坐标计算出校准数据，将各点的三维位置投射到图像上的位置，这些点成为相机的校准点，在多数实例中相机都是相对于这些基准校准点生成，从相机的角度描述物体位置的相机坐标系，作为沟通世界坐标系和图像/像素坐标系的中间一环。完成相机标定后，系统根据相机与世界坐标系的关系，预设机器人的机械臂抓取后在世界坐标系的放置位置。

步骤202，在步骤201完成后，启动FANUC机器人的机械臂，在STM32f103控制器中进行视觉处理(与步骤101-步骤105一致不再赘述)。

步骤203，步骤202完成后，stm32f103控制器得出抓取数据，在基于的通讯模块得到控制器指令后，通过读取与通信模块相连的拨码开关的选通值，确认是哪两种协议之间的转换需求，然后初始化程序，即初始化这两个协议接口的部分程序。待初始化完成后，执行协议通信。如图5所示，通讯系统接收到控制器GPIO口发送的数据并进行协议解析；解析后的有效数据将存入选通值对应的接口缓冲器，在协议执行时接口会发出一中断信号来判断该接口是否存在数据正在发送，等待数据发送完后中断停止，按照协议发送缓冲器中的数据；或者在控制器中重新拨码选取未被占用的接口来发送。在本示例中与FANUC机器人通信，在控制器中拨码选取转换成CC-LINK协议，IP接口发送，在接受控制器视觉处理数据后对其进行解析并存入IP接口缓冲器中，最终从IP接口以CCLINK协议发送出去与FANUC机器人通信。机器人机械臂完成抓取动作后等待下一个抓取指令，若无则结束工作，系统关闭。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所具有的CC-link协议的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不局限于上述实例，同时涵盖所未提及的其他协议如EtherNet/IP、RS232、Profinet以及定制其它通讯协议，值得一提的是本系统含有通信模块不止适用于协议的转换，对于相同协议不同接口的转换亦适用。

Claims (8)

1.一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，包括视觉系统，所述的视觉系统包括图像识别装置、控制器(1)和通信系统，所述的图像识别装置包括照明装置(4)和相机(3)，所述的相机(3)下方设有照明装置(4)，照明装置(4)下方设有待测物件(5)，所述的控制器(1)与相机(3)连接，所述的通信系统具有多种通信协议，通信系统能够将控制器(1)中的信息传输至所要控制的机器设备中。

2.根据权利要求1所述的一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，所述的相机(3)用于识别物件的视觉信息，所述的视觉信息包括物件的形状、颜色、物件上的条形码、二维码。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，所述的相机(3)通过相机缆线(2)与控制器(1)连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，所述相机(3)的检测范围由拍照距离、镜头焦距及CCD尺寸决定。

5.根据权利要求3所述的一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，所述的相机(3)采用固定或移动的方式设置。

6.根据权利要求1所述的一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，所述的通信系统包括电源模块以及与控制器连接的信号接收模块、信号转换模块、信号发送模块，所述的信号转换模块含有多种通讯芯片，兼容多种通讯协议，所述的信号发送模块含有多种物理接口。

7.根据权利要求1所述的一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，所述的控制器(1)采用stm32控制板。

8.根据权利要求1或7所述的一种具有多种通讯协议的机器视觉系统，其特征在于，所述的控制器(1)能够基于识别出的物件信息获取该物件信息所指示的目的地信息，通过处理产生控制信号。

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