一种可变距多吸嘴标定方法与流程

1.本发明涉及一种标定方法，特别涉及一种可变距多吸嘴标定方法。


背景技术：

2.在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛应用于各个行业。机器视觉系统可以大大提高生产效率和生产的白动化程度，而且机器视觉相较于人工视觉具有更高的精确度。随着机器视觉在工业中应用的普及，高精度的工业生产设备对机器视觉提出了更高精度的要求，单个相机很难做到高精度，而多相机则可以实现高精度和大视野的要求。然而，多相机需借助高精度的标定板标定相机之间的坐标变换关系和各个部件之间的高度耦合来实现高精度的要求。传统的单相机的标定方法效率低下、操作复杂且需要专业人员才能完成标定。
3.日前，多相机系统校准方法多采用人工目测加简单的辅物实现调整焦距、视场重登及扫描区域共线，存在精度差、效率低，调整参数有限等缺点。如果单个相机轴线与检测平面垂直校准无法实现，整个系统精度过分依赖机械支架制造和安装精度。
4.同时，现有的人工多相机标定是通过各个相机的9点标定分别记录各自的标定映射矩阵，而这种人工标定方式通过人工移动会导致大量的累计误差，且误差难以消除。逐点手动标定保存数据增加了步骤繁琐程，因带有人工使用差异问题，精度较低，并大量增加使用人员的工作负担和疲劳程度。
5.另外，现有的标定技术，步骤繁琐，操作复杂，需使用人员同时控制运动轴和视觉系统才能实现标定。操作人员在标定的过程中，需要根据实时图像调整相机成像的清晰度，靶标的放置位置以及光源的亮度等，再通过计算，得出对应的校正参数，才能完成整个标定过程。对于不同的操作人员，对成像清晰度，图像畸变程度、颜色以及亮度均匀性的评价具有一定的主观性，无法保证标定评价结果的一致性。同时，人工进行参数计算的过程复杂繁琐，容易出错，降低了视觉检测系统标定的准确性和效率。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种可变距多吸嘴标定方法，所述可变距多吸嘴标定方法实现了只拍照一次所得坐标，得到多个吸嘴的偏移坐标，使多个吸嘴全部能够进行盲取盲放，无需视觉的再次引导，方法简单高效，为实际生产提供了技术支持。
7.本发明所采用的技术方案是：一种可变距多吸嘴标定方法，其应用在机器视觉系统，机器视觉系统包括机械轴运动模块、视觉模块vision、控制器plc、吸嘴、俯拍相机、仰拍相机，视觉模块vision与控制器plc信号连接，俯拍相机和仰拍相机与视觉模块vision信号连接，吸嘴和俯拍相机设置在机械轴运动模块上，一种可变距多吸嘴标定方法包括如下步骤：a、俯拍相机标定：视觉模块vision通知控制器plc去取标定板；标定板放置于仰拍
相机上方的标定板固定支架上；视觉模块vision再通知控制器plc将俯拍相机移动到九点标定的基准点；俯拍相机移动到九点标定的下一位置，并返回对应的机械坐标，视觉模块vision采集图像并计算标定板mark点的圆心像素坐标，随后俯拍相机再依次移动到九点标定的其他位置，俯拍相机一共移动九次，每次移动返回对应的机械坐标，每次移动视觉模块vision均采集图像并计算标定板mark点的圆心像素坐标，最后根据九组数据计算出俯拍相机图像坐标系和机械坐标系的仿射变换矩阵m_up
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axis；b、仰拍相机标定：视觉模块vision通知控制器plc将吸嘴移至仰拍相机九点标定的基准点；然后吸嘴mark点移至九点标定的下一位置，并返回对应的机械坐标，视觉模块vision通过仰拍相机采集图像并计算吸嘴mark点的圆心像素坐标，随后吸嘴再依次移动到九点标定的其他位置，吸嘴一共移动九次，每次移动视觉模块vision均通过仰拍相机采集图像并计算吸嘴mark点的圆心像素坐标，最后根据九组数据计算出仰拍相机图像坐标系和机械坐标系的仿射变换矩阵m_bottom
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axi；c、仰拍相机光学中心与吸嘴标记点中心关系标定：视觉模块vision通知控制器plc去取标定板；标定板放置于仰拍相机上方的标定板固定支架上；视觉模块vision再通知控制器plc将俯拍相机移动到拍照位置，并返回对应的机械坐标，视觉模块vision控制仰拍相机和俯拍相机分别拍照，随后视觉模块vision通知控制器plc取走标定板并放置在指定位置；然后视觉模块vision通知控制器plc将吸嘴移动到仰拍相机拍照位置，视觉模块vision再控制仰拍相机拍照，并计算吸嘴mark点的圆心像素坐标，最后根据数据计算俯拍相机光学中心与吸嘴mark点中心的偏移量；往复多次将每个吸嘴的标记点中心与仰拍相机的光学中心的映射关系对应起来，得到多个位移偏移量；将多个位移偏移量通过通讯保存到视觉软件中，以便之后的快速使用。
8.进一步，俯拍相机光学中心与吸嘴mark点中心的偏移量的计算方法如下：先用俯拍相机和仰拍相机分别拍摄圆孔标定板mark点，机械轴运动模块采用龙门轴，计算标定板mark点中心像素坐标，根据m_up
−
axis和m_bottom
−
axis可将标定板mark点中心像素坐标映射至龙门轴坐标系下分别为和；根据m_up
−
axis将俯拍相机光学中心坐标映射至龙门轴坐标系下为；然后移动龙门轴距离，使得吸嘴 mark点处于仰拍相机视野内并伸出拍照，计算吸嘴 mark点圆心的像素坐标，然后根据m_bottom
−
axis可将吸嘴 mark点中心映射至龙门轴坐标系下为；计算俯拍相机光学中心与吸嘴mark点中心的偏移量 ：：：因此，俯拍相机光学中心与吸嘴 mark点中心的偏移量：
。
9.进一步，将圆孔标定板放于仰拍相机和俯拍相机视野内并分别拍摄圆孔标记点，然后拿走标定板，将吸嘴依次移到仰拍相机视野内并拍摄吸嘴标记点，期间需要保证标定板平面，tray盘平面，吸嘴伸出拍照时平面均在同一平面内。
10.本发明的有益效果是：由于本发明采用一种可变距多吸嘴标定方法，所述可变距多吸嘴标定方法实现了只拍照一次所得坐标，得到多个吸嘴的偏移坐标，使多个吸嘴全部能够进行盲取盲放，无需视觉的再次引导，方法简单高效，为实际生产提供了技术支持。现有的人工多相机标定，通过各个相机的9点标定分别记录各自的标定映射矩阵，而这种人工标定方式通过人工移动会导致大量的累计误差，且误差难以消除。逐点手动标定保存数据增加了步骤繁琐程，因带有人工使用差异问题，精度较低，并大量增加使用人员的工作负担和疲劳程度。本发明的标定方法使用简单方便，一键标定，降低对使用人员的操作要求；全自动标定的流程，自动给出需求移动量以及旋转角度，自动控制到达需求点进行拍照、传输数据、进行运算，保证了稳定的给定量，解决了手动标定的繁琐人工步骤。
附图说明
11.图1是机械手移动路径；图2是图像标记点移动路径；图3是俯视相机标定示意图；图4是仰拍相机标定示意图；图5是仰拍相机光学中心与吸嘴标记点中心关系示意图；图6是仰拍相机光学中心与吸嘴标记点中心计算示意图；图7是俯拍相机标定流程图；图8是仰拍相机标定流程图；图9是仰拍相机光学中心与吸嘴标记点中心关系标定。
具体实施方式
12.自动上料标定系统研究的主要目标从工业相机获取图像，计算出物体在环境空间中的位置信息。相机是图像坐标到机械轴坐标的一种映射，两者映射关系由相机和机械轴之间的相对位置所决定，即相机坐标系与机械手坐标系之间的转换关系。图1为九点标定法机械手移动路径，图2为对应的图像标记点点圆心像素坐标。机械手按照图1所示路径从基准点开始依次移动，每到一个位置相机拍一次照，然后计算出标记点点圆心的像素坐标，当9个点都完成后计算像素坐标系和机械坐标系的仿射变换矩阵。
13.1、俯拍相机标定如图3所示，将俯拍相机移动到圆孔标定板上方，在相机视野范围内按照九点标定法的顺序依次移动。每移动到一个位置相机拍一次照，并计算出对应标定板圆孔中心的像
素坐标，最终得到9个像素坐标。
14.最终利用9个像素坐标和其对应的机械坐标，计算出俯拍相机的图像坐标系和龙门轴机械坐标系之间的仿射变换矩阵。
15.2、仰拍相机标定如图4所示，将吸嘴移至仰拍相机上方视野范围内，将吸嘴 mark点按照九点标定法的顺序，依次移动到指定位置。
16.每移动到一个位置相机拍一次照，并计算出对应吸嘴标记点圆心的像素坐标。最终利用9个像素坐标和对应的机械坐标，计算出仰拍相机的图像坐标系和龙门轴机械坐标系之间的仿射变换矩阵。
17.3、仰拍相机光学中心与吸嘴标记点中心关系标定如图5所示，将圆孔标定板放于仰拍相机和俯拍相机视野内并分别拍摄圆孔标记点点，然后拿走标定板，将吸嘴依次移到仰拍相机视野内并拍摄吸嘴标记点，期间需要保证标定板平面，tray盘平面，吸嘴伸出拍照时平面均在同一平面内。
18.如图6所示，先用俯拍相机和仰拍相机分别拍摄圆孔标定板mark点，计算标定板mark点中心像素坐标，根据m_up
−
axis和m_bottom
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axis可将标定板mark点中心像素坐标映射至龙门轴坐标系下分别为和。根据m_up
−
axis将俯拍相机光学中心坐标映射至龙门轴坐标系下为。
19.然后移动龙门轴距离，使得吸嘴 mark点处于仰拍相机视野内并伸出拍照，计算吸嘴 mark点圆心的像素坐标，然后根据m_bottom
−
axis可将吸嘴 mark点中心映射至龙门轴坐标系下为。
20.现在要计算俯拍相机光学中心与吸嘴 mark点中心的关系，即红线表示的 ，由图6可知：，由图6可知：，由图6可知：因此，俯拍相机光学中心与吸嘴 mark点中心的偏移量：。
21.从此往复多次将每个吸嘴的标记点中心与仰拍相机的光学中心的映射关系对应起来，得到8个位移偏移量。将8个位移偏移量，通过通讯保存到视觉软件中，以便之后的快速使用。
22.虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。