CN111687002A - 一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法 Download PDF

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徐凌霄
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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法，在对针启动前，预先通过设置呈垂直分布安装的第一相机模块和第二相机模块建立用于标定点胶机针头的XYZ三维图像坐标系；S20)、开始对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机模块采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0，通过第二相机模块同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖的Y轴坐标Y0，得到标定坐标(X0，Y0，Z0)，将该标定坐标(X0，Y0，Z0)作为点胶机针头的对针校准位置；本发明可同时提高对针标定校准的精度和效率，而且操作过程简单，不需进行日常维护。

Description

一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法
技术领域
本发明属于点胶机设备领域，具体涉及一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法。
背景技术
现有点胶机设备的对针方案通常采用两组对射光纤垂直安装，两路光线垂直成一个十字线，在对针时，点胶针头通过XY方向前后左右移动触碰十字线，逐步接近十字线的中心，再逐步上移针头，改变Z方向的高度，在上移过程中再修正XY方向，使得点胶针头尖正好处于十字线的交叉点；该方式需要对针头进行多次校准，校准速度慢，而且校准过程中需要通过控制马达运动来接近对射光纤的光路，调整精度有限。
目前已有关于机器视觉技术应用于点胶机设备的对针技术中，如公告号为CN203235634U的发明专利介绍了一种点胶机针头校准装置，可通过图像传感器获取图像的方式进而做到对针头的X、Y、Z轴的快速精确定位；然而由于该***采用同一个图像传感器来获取点胶针头的底部(用于校准XY方向)和侧面图像(用于调整Z方向)，这二者的图像光程中，一个是利用屈光反射件反射面反射图像，一个是直接获取针头侧面图像，二者光程差异较大，必然会存在其中一幅图像对焦不清晰，影响了最终的对位精度。此外，由于屈光反射结构件安装在点胶针头的底部，残胶或者灰尘都会影响屈光反射件的反射效果，在实际应用中不易维护。
因此，本申请人决定寻求技术方案来解决以上技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法，可同时提高对针标定校准的精度和效率，而且操作过程简单，不需进行日常维护。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法，所述对针校准控制方法包括如下操作步骤：
S10)、在对针启动前，预先通过设置呈垂直分布安装的第一相机模块和第二相机模块建立用于标定点胶机针头的XYZ三维图像坐标系，其中，所述第一相机模块和第二相机模块采用同步触发进行图像采集；
S20)、开始对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以所述XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机模块采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0，通过第二相机模块同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖的Y轴坐标Y0，得到标定坐标(X0，Y0，Z0)，将该标定坐标(X0，Y0，Z0)作为所述点胶机针头的对针校准位置；
S30)、以点胶机针头的对针校准位置(X0，Y0，Z0)作为初始位置，对所述点胶机针头设定点胶路径，所述点胶机驱动***以该点胶路径作为驱动目标，驱动所述点胶机针头按预设的点胶路径进行点胶。
优选地，还包括步骤S40)：当进入下一轮点胶对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以所述XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机模块采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖的X轴坐标X1和Z轴坐标Z1，通过第二相机模块同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖的Y轴坐标Y1，得到标定坐标(X1，Y1，Z1)，对点胶路径进行偏差校准处理，需要校准的偏差坐标为(X1-X0，Y1-X0，Z1-X0)。
优选地，在所述步骤S20)中，取针头尖中心的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0，取针头尖中心的Y轴坐标Y0。
优选地，在所述步骤S20)中，取针头尖中心的X轴坐标X1和Z轴坐标Z1，取针头尖中心的Y轴坐标Y1。
优选地，所述点胶机针头尖的外径范围为0.1-1mm，所述第一相机和第二相机的分辨率范围为0.004-0.01mm，所述对针校准控制精度范围不大于0.01mm。
优选地，所述点胶机对针校准时间不大于0.2秒。
优选地，所述第一相机模块和所述第二相机模块联动配合形成正方形固定检测区域，该正方形固定检测区域的边长不小于5mm；所述固定对针位置位于该正方形固定检测区域内。
优选地，所述第一相机模块包括第一相机和第一背光源，所述第一背光源安装在所述第一相机的正对面且呈同心设置；所述第二相机模块包括第二相机和第二背光源，所述第二背光源安装在所述第二相机的正对面且呈同心设置；其中，所述第一相机和第二相机呈垂直分布安装。
优选地，所述第一相机的芯片和第二相机的芯片采用同一驱动器件实现同步触发启动。
优选地，所述第一相机和第二相机的对焦中心相交为一点，该点与第一相机镜头之间的距离和其与第二相机镜头之间的距离相等
本申请通过设置呈垂直分布安装在底板上的第一相机模块和第二相机模块组成基于机器视觉的点胶机对针校准***，在对针时，点胶机针头位于固定对针位置，通过第一相机模块采集获取点胶机针头的第一图像，通过第二相机模块采集获取点胶机针头的第二图像；同时第一相机模块和第二相机模块之间通过同一驱动器件实现同步触发启动，通过两个相机分别对针头进行坐标标定，可以显著提高对针头的校准标定精度，同时提高对针标定校准效率，同时本申请提供的点胶机对针校准***结构简单，易于实施。
本申请在进行实际校准标定时，预先通过设置单次触发同步获取不同方向的两幅点胶针头的侧面图像，建立标定点胶机针头的XYZ三维图像坐标系，在对针时，第一相机通过采集获取某一方向的针头尖侧面的位置图像，分别取针头尖的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0,第二相机通过采集获取其垂直方向的针头尖侧面的位置图像，取针头尖的Y轴坐标Y0，得到标定坐标(X0，Y0，Z0)，将该标定坐标(X0，Y0，Z0)作为点胶机针头的对针校准位置，然后驱动点胶机针头按预设的点胶路径进行点胶；当进入下一轮点胶对针时，仅需要对点胶机的控制***对点胶路径进行偏差坐标(X1-X0，Y1-X0，Z1-X0)校准即可；可同时提高对针标定校准的精度和效率，而且操作过程简单，不需进行日常维护。
附图说明
图1是本申请具体实施方式下点胶机对针校准***1的结构示意图；
图2是图1的***结构图；
图3是本申请具体实施方式下第一相机模块20与第二相机模块30的安装结构示意图；
图4是本申请具体实施方式下点胶机对针校准控制方法的操作步骤框图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法，对针校准控制方法包括如下操作步骤：S10)、在对针启动前，预先通过设置呈垂直分布安装的第一相机模块和第二相机模块建立用于标定点胶机针头的XYZ三维图像坐标系，其中，第一相机模块和第二相机模块采用同步触发进行图像采集；S20)、开始对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机模块采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0，通过第二相机模块同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖的Y轴坐标Y0，得到标定坐标(X0，Y0，Z0)，将该标定坐标(X0，Y0，Z0)作为点胶机针头的对针校准位置；S30)、以点胶机针头的对针校准位置(X0，Y0，Z0)作为初始位置，对点胶机针头设定点胶路径，点胶机驱动***以该点胶路径作为驱动目标，驱动点胶机针头按预设的点胶路径进行点胶。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参见图1、图2和图3所示，一种基于机器视觉的点胶机对针校准***1，点胶机设有采用点胶机驱动***驱动的点胶机针头(公知结构，图未示出)，点胶机针头采用对针校准***1进行对针标定校准；点胶机对针校准***1包括分别呈垂直分布安装在底板10上的第一相机模块20和第二相机模块30，同时点胶机对针校准***1设有用于进行对针标定校准的固定对针位置；其中，点胶机针头位于固定对针位置；第一相机模块20用于采集获取点胶机针头的第一图像；第二相机模块30用于采集获取点胶机针头的第二图像；第一相机模块20和第二相机模块30之间通过同一驱动器件实现同步触发启动；
优选地，在本实施方式中，第一相机模块20包括分别安装在底板10上的第一相机21和第一背光源22，第一背光源22安装在第一相机21的正对面且呈同心设置；第二相机模块30包括分别安装在底板10上的第二相机31和第二背光源32，第二背光源32安装在第二相机31的正对面且呈同心设置；其中，第一相机21和第二相机31在底板10上呈垂直分布安装；具体优选地，在本实施方式中，第一背光源22和第二背光源32均采用平行背光源(可以直接采购得到)；
优选地，在本实施方式中，第一相机21和第二相机31之间通过同一驱动器件实现同步触发启动；具体优选地，在本实施方式中，同一驱动器件采用FPGA控制电路板40；
为了便于安装布局，避免安装面积的占用，在本实施方式中，FPGA控制电路板40通过第一弯折电路板41与第一相机21的芯片电连接，FPGA控制电路板40通过第二弯折电路板42与第二相机31的芯片电连接；优选地，在本实施方式中，底板10的长度范围为120-150mm，底板10的宽度范围为100-130mm，具体优选地，在本实施方式中，底板10的长度为135mm，底板10的宽度范围为115mm；
为了实现对各相机21,31的便捷安装，优选地，在本实施方式中，第一相机21和第二相机31分别通过第一过渡安装板23和第二过渡安装板33固定安装在底板10上；
优选地，在本实施方式中，第一相机21和第二相机31的对焦中心相交为一点，该点与第一相机镜头21a之间的距离和其与第二相机镜头31a之间的距离相等，确保两个相机21,31采集获取图像的分辨率相同，利于建立统一三维图像坐标系；
优选地，在本实施方式中，第一相机21和第二相机31联动配合形成正方形固定检测区域50，该正方形固定检测区域50的边长不小于5mm；固定对针位置位于该正方形固定检测区域50内；为了利于对胶机对针校准***1的核心功能组件进行防护，在本实施方式中，点胶机对针校准***1还包括位于底板10上方的盖板60，盖板60与底板50固定安装连接用于形成用于安装第一相机模块20和第二相机模块30的安装防护空间；其中，盖板60上设有与正方形固定检测区域50对应的检测窗口61，用于插接点胶机针头。
本实施例通过设置呈垂直分布安装在底板10上的第一相机模块20和第二相机模块30组成基于机器视觉的点胶机对针校准***1，在对针时，点胶机针头位于固定对针位置，通过第一相机模块20采集获取点胶机针头的第一图像，通过第二相机模块30采集获取点胶机针头的第二图像；同时第一相机模块20和第二相机模块30之间通过FPGA控制电路板40实现同步触发启动，通过两个相机21,31分别对针头进行坐标标定，可以显著提高对针头的校准标定精度，同时提高对针标定校准效率，同时本实施例提供的点胶机对针校准***1结构简单，易于实施。
采用本实施例提出的点胶机对针校准***1进行基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法，请进一步参见图4所示，对针校准控制方法包括如下操作步骤：
S10)、在对针启动前，预先通过设置呈垂直分布安装的第一相机21和第二相机31建立用于标定点胶机针头的XYZ三维图像坐标系(单位为mm)，其中，第一相机21和第二相机31通过同步触发进行图像采集；
S20)、开始对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机21采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖中心的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0，通过第二相机31同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖中心的Y轴坐标Y0，得到标定坐标(X0，Y0，Z0)，将该标定坐标(X0，Y0，Z0)作为点胶机针头的对针校准位置；
S30)、以点胶机针头的对针校准位置(X0，Y0，Z0)作为初始位置，对点胶机针头设定点胶路径，点胶机驱动***以该点胶路径作为驱动目标，驱动点胶机针头按预设的点胶路径进行点胶；
S40)、当进入下一轮点胶对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机21采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖中心的X轴坐标X1和Z轴坐标Z1，通过第二相机31同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖中心的Y轴坐标Y1，得到标定坐标(X1，Y1，Z1)，对点胶路径进行偏差校准处理，需要校准的偏差坐标为(X1-X0，Y1-X0，Z1-X0)。
在本实施方式中，点胶机针头尖的外径范围为0.1-1mm(通常不会大于1mm)，第一相机21和第二相机31的分辨率范围为0.004-0.01mm，对针校准控制精度范围不大于0.01mm，点胶机对针校准时间不大于0.2秒；具体地，本实施例方式的对针校准控制精度为0.01mm，点胶机对针校准时间不大于0.1秒；需要说明的是，本申请涉及的点胶机对针校准时间不包括点胶机针头返回至固定对针位置的时间。
本实施例在进行实际校准标定时，预先通过设置单次触发同步获取不同方向的两幅点胶针头的侧面图像，建立标定点胶机针头的XYZ三维图像坐标系，在对针时，第一相机21通过采集获取某一方向的针头尖侧面的位置图像，分别取针头尖的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0,第二相机31通过采集获取其垂直方向的针头尖侧面的位置图像，取针头尖的Y轴坐标Y0，得到标定坐标(X0，Y0，Z0)，将该标定坐标(X0，Y0，Z0)作为点胶机针头的对针校准位置，然后驱动点胶机针头按预设的点胶路径进行点胶；当进入下一轮点胶对针时，仅需要对点胶机的控制***对点胶路径进行偏差坐标(X1-X0，Y1-X0，Z1-X0)校准即可；本实施例可同时提高对针标定校准的精度和效率，而且操作过程简单，不需进行日常维护。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，所述对针校准控制方法包括如下操作步骤：
S10)、在对针启动前，预先通过设置呈垂直分布安装的第一相机模块和第二相机模块建立用于标定点胶机针头的XYZ三维图像坐标系，其中，所述第一相机模块和第二相机模块采用同步触发进行图像采集；
S20)、开始对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以所述XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机模块采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0，通过第二相机模块同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖的Y轴坐标Y0，得到标定坐标(X0，Y0，Z0)，将该标定坐标(X0，Y0，Z0)作为所述点胶机针头的对针校准位置；
S30)、以点胶机针头的对针校准位置(X0，Y0，Z0)作为初始位置，对所述点胶机针头设定点胶路径，所述点胶机驱动***以该点胶路径作为驱动目标，驱动所述点胶机针头按预设的点胶路径进行点胶。
2.根据权利要求1所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，还包括步骤S40)：当进入下一轮点胶对针时，通过点胶机驱动***驱动点胶机针头复位到预设的固定对针位置，以所述XYZ三维图像坐标系作为标定坐标系，通过第一相机模块采集获取点胶机针头的第一图像，分别取针头尖的X轴坐标X1和Z轴坐标Z1，通过第二相机模块同步采集获取点胶机针头的第二图像，取针头尖的Y轴坐标Y1，得到标定坐标(X1，Y1，Z1)，对点胶路径进行偏差校准处理，需要校准的偏差坐标为(X1-X0，Y1-X0，Z1-X0)。
3.根据权利要求1所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，在所述步骤S20)中，取针头尖中心的X轴坐标X0和Z轴坐标Z0，取针头尖中心的Y轴坐标Y0。
4.根据权利要求2所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，在所述步骤S20)中，取针头尖中心的X轴坐标X1和Z轴坐标Z1，取针头尖中心的Y轴坐标Y1。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，所述点胶机针头尖的外径范围为0.1-1mm，所述第一相机和第二相机的分辨率范围为0.004-0.01mm，所述对针校准控制精度范围不大于0.01mm。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，所述点胶机对针校准时间不大于0.2秒。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，所述第一相机模块和所述第二相机模块联动配合形成正方形固定检测区域，该正方形固定检测区域的边长不小于5mm；所述固定对针位置位于该正方形固定检测区域内。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，所述第一相机模块包括第一相机和第一背光源，所述第一背光源安装在所述第一相机的正对面且呈同心设置；所述第二相机模块包括第二相机和第二背光源，所述第二背光源安装在所述第二相机的正对面且呈同心设置；其中，所述第一相机和第二相机呈垂直分布安装。
9.根据权利要求8所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，所述第一相机的芯片和第二相机的芯片采用同一驱动器件实现同步触发启动。
10.根据权利要求8所述的点胶机对针校准控制方法，其特征在于，所述第一相机和第二相机的对焦中心相交为一点，该点与第一相机镜头之间的距离和其与第二相机镜头之间的距离相等。
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