CN112577423B - 包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法及其应用。它包括治具坐标系与加工工位上的加工执行机构坐标系相同或者映射转换关联；治具移动到加工工位的过程中，当标记基准点以及待加工工件处于视觉***相机视野范围内时，采集一帧清晰的图像，获取标记基准点在图像物理坐标系下的位置N(xn,yn)，以及待加工工件在图像物理坐标系下的位置M(xm,ym)，将待加工工件在图像物理坐标系下的位置M(xm,ym)转换为治具坐标系位置坐标M’(xm’,ym’)，得到待加工工件在加工工位处的加工坐标。本发明被加工对象在运动过程中无需稳定停止的状态下，视觉***即可实现准确可靠的加工位置修正，消除运动机构在定位识别点处的启停加减速和到位稳定时间，从而进一步提高生产加工效率。

Description

包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法及其应用
技术领域
本发明属于工业加工领域中的机器视觉定位技术，具体涉及一种在对工件进行加工时，利用机器视觉对代加工工件进行定位的技术。
背景技术
在一些工业生产的加工***中，例如点胶、点锡、焊接以及激光加工***等，为提高加工精度，普遍配合应用了视觉辅助定位***。图1定位相机采集图像后，处理生成待加工对象的位置信息，后端以此数据进行位置修正后加工。一个这样的加工***简化的主要流程为上料固定、视觉识别定位、末端加工。实际生产中，为了安全考虑和一些其他客观因素，加工对象在各个流程点间往往都存在一段不小的运动距离。待加工对象运动到视觉识别点处的逗留启停，势必也增加了时间成本，降低了生产效率。
现有的常规方案中(图2)，一般有三个预设固定位置：上料固定位A，视觉识别位B，加工位C。视觉***通过预先标定校正B处的图像物理坐标系，将其与C处加工坐标系关联或重合。待加工对象在B处视觉处理得出的位置信息，即为其在C处修正的加工位置。然而当运动机构并未稳定运动至位置B时(未到位或过冲)，图像视野内实际坐标系就与C处的加工坐标系产生偏移甚至旋转。此时视觉识别的加工对象位置信息将是错误的，这也是常见的造成视觉定位数据误差的原因之一。因此该方案只能在被摄物静止在已知位置下才能得出准确可靠的位置修正信息，进入此状态势必造成时间上的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法及其应用，以提高工件上料运送加工的节拍，进而提高加工效率。
本发明的技术方案之一是：包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法，它包括依次间隔设置的上料工位，视觉***识别工位以及加工工位，治具，治具上设置有标记基准点，基于标记基准点构建治具坐标系，所述治具坐标系与加工工位上的加工执行机构坐标系相同或者映射转换关联；待加工工件在上料工位固定设置在治具上，治具移动到加工工位的过程中，当标记基准点以及待加工工件处于视觉***相机视野范围内时，采集一帧清晰的图像，获取标记基准点在图像物理坐标系下的位置N(xn,yn)，以及待加工工件在图像物理坐标系下的位置M(xm,ym)，将待加工工件在图像物理坐标系下的位置M(xm,ym)转换为治具坐标系位置坐标M’(xm ’,ym ’)，得到待加工工件在加工工位处的加工坐标。
进一步优选的技术方案是：所述采集一帧清晰的图像的方法包括，利用治具运动速度，调整视觉***相机的快门速度。
进一步优选的技术方案是：标记基准点构建治具坐标系是以标记基准点为原点的直角坐标系。
进一步优选的技术方案是：治具与加工工位之间设置有定位结构，治具运动到加工工位后，通过定位结构实现治具定位，进而实现治具上标记基准点在加工工位的定位。
进一步优选的技术方案是：治具坐标系与加工工位上的加工执行机构坐标系标定统一或者做映射转换的关联通过治具与加工工位之间定位后进行坐标系标定统一或者做映射转换的关联。
进一步优选的技术方案是：治具坐标系与加工工位上的加工执行机构坐标系标定统一或者做映射转换的关联通过治具与加工工位之间定位后进行坐标系标定统一或者做映射转换的关联。
进一步优选的技术方案是：依次间隔设置的上料工位，视觉***识别工位以及加工工位之间设置有传送装置，机器视觉位置定位过程中所述治具设置传送装置上。
进一步优选的技术方案是：采集一帧清晰的图像包括在治具运动状态下采集一帧清晰的图像或在在治具静止状态下采集一帧清晰的图像。
本发明的技术方案之二是，将上述方法用于对工件的激光加工中。
由于本发明将治具的坐标系与加工工位的加工执行机构坐标系标定统一或者做映射转换的关联；本发明通过视觉***的图像坐标关系，将被加工工件在图像坐标系的位置坐标转换为被加工工件在治具坐标系的位置坐标，治具在加工工位定位后，治具上的标记基准点也在加工工位的定位，进而确定了治具上的被加工工件在治具上的位置坐标，或者说确定了被加工工件在加工工位上的位置坐标。这样，可以实现在运动过程中采集治具(工件)图像，大大提高了图像采集的效率，同时，也可以实现同一个治具上任一设置被加工工件，提高治具对工件的兼容性，进而提高上料阶段的效率，提高工件上料运送加工的节拍。该方法可广泛用于基于机器视觉加工场景，特别适用激光加工，如激光焊接等。
附图说明
图1视觉成像***结构示意图
图2视觉辅助定位加工***结构图。
图3本发明治具坐标系示意图。
图4运动状态下有效采集帧示意图。
图示中，1-视觉***的相机；2-相机镜头；3-视觉***的的视觉光源；4-治具；5-被加工工件；6-正常拍摄位示意；7-工件未到位示意位；8-工件过冲示意位；9-治具上标记基准点；10-图像物理坐标系；11-治具坐标系；12-承载加工区，13-视觉***相机视野范围(标定)示意图。A-上料工位；B-视觉***识别工位；C-加工工位。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
本发明中所述的治具用于设置固定被加工工件，它可以在各工位之间移动。可以采用但不限于是承载平台(载台)和夹具结构或承载平台(载台)和限位结构或夹具。
治具上设置有标记基准点采用但不限于是治具上某个位设置的凸点或凹点，或涂覆的彩色点，或粘贴的标记点。
构建治具坐标系是以标记基准点为原点的直角坐标系。可以是软件中的数据坐标系，也可以是包括软件中的数据坐标系和实体上的坐标系；
图像物理坐标系是视觉***中相机成像的坐标系，它是机器视觉识别技术中常规的设置。
加工执行机构坐标系是加工位，为了确定被加工工件位置设定的软件数据坐标系，它是机器视觉识别技术中确定被加工工件位置常规的设置。
依次间隔设置的上料工位A，视觉***识别工位B以及加工工位C之间设置的传送装置，可采用但不限于传动带，传动链，机器人等。
治具与加工工位之间设置的定位结构可采用但不限于定位销，定位卡扣，定位凸起及定位槽。
在构建了治具坐标系后，在加工工位，将治具定位于于加工工位后，利用治具坐标系对加工工位上的加工执行机构坐标系进行标定，可以将加工执行机构坐标系与治具坐标系标定成相同的坐标系(两坐标系重合)，或者两个坐标系之间形成固定的转换映射转换关联(包括平移和/或旋转角度)。
本实施例采用将加工执行机构坐标系与治具坐标系标定成相同。
本实施例系用于对工件的激光加工。加工位C处设振镜加工头。
实施例中，凸起带色彩的标记基准点设在治具(载台及夹具)的载台上的非承载非加工区。图3所示；
待加工工件在上料工位固定设置在治具上，传动装置将治具及待加工工件移动到加工工位的过程中，经过视觉***识别工位，当标记基准点以及待加工工件处于视觉***相机视野范围内后，触发视觉***识别工位的传感器，相机启动拍摄采集一帧清晰的图像，图像内包括待加工工件以及标记基准点。视觉***采集图像的过程中，治具不停止移动。
为获取清晰的图像，利用治具运动速度，调整视觉***相机的快门速度(帧频)。它可以采用传送装置设定的固定的运动速度，设定的快门速度；也可以是实时检测的传送装置运动速度，动态调整相机的拍摄快门速度。
采集到待加工工件以及标记基准点的图像后，基于图像物理坐标系，获取标记基准点在图像物理坐标系下的位置N(xn,yn)，以及待加工工件在图像物理坐标系下的位置M(xm,ym)，通过二维平面坐标系变换原理计算可得工件M点在治具坐标系下的位置坐标M’(xm ’,ym ’)，如图4所示。
治具运动到加工工位C后，通过治具与加工工位之间设的定位结构定位后，上述获得的工件M点在治具坐标系下的位置坐标M’(xm ’,ym ’)就是加工坐标。因工件在上料装夹完成后，在治具内始终保持相对位置不变，即M与N相对位置不变，所以在当前工件的所有有效采集帧图像里得到的工件加工坐标信息也是一致的。即在运动过程中准确计算出工件的实际加工位置。
本发明解决常规方案中的不足，使被加工对象在运动过程中无需稳定停止的状态下，视觉***即可实现准确可靠的加工位置修正，消除运动机构在定位识别点处的启停加减速和到位稳定时间，从而进一步提高生产加工效率。

Claims (6)

1.一种包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法，它包括依次间隔设置的上料工位、视觉***识别工位以及加工工位，治具，其特征是，治具上设置有标记基准点，基于标记基准点构建治具坐标系，所述治具坐标系与加工工位上的加工执行机构坐标系相同或者映射转换关联；待加工工件在上料工位固定设置在治具上，治具移动到加工工位的过程中，当标记基准点以及待加工工件处于视觉***相机视野范围内时，在治具运动状态下采集一帧清晰的图像，获取标记基准点在图像物理坐标系下的位置N(xn,yn)，以及待加工工件在图像物理坐标系下的位置M(xm,ym)，将待加工工件在图像物理坐标系下的位置M(xm,ym)转换为治具坐标系位置坐标M’(xm’,ym’)，得到待加工工件在加工工位处的加工坐标；治具运动到加工工位后，通过定位结构实现治具定位，进而实现治具上标记基准点在加工工位的定位。
2.如权利要求1所述包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法，其特征是，所述采集一帧清晰的图像的方法包括，利用治具运动速度，调整视觉***相机的快门速度。
3.如权利要求1所述包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法，其特征是，标记基准点构建治具坐标系是以标记基准点为原点的直角坐标系。
4.如权利要求1或3所述包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法，其特征是，治具坐标系与加工工位上的加工执行机构坐标系标定统一或者做映射转换的关联通过治具与加工工位之间定位后进行坐标系标定统一或者做映射转换的关联。
5.如权利要求1所述包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法，其特征是，依次间隔设置的上料工位，视觉***识别工位以及加工工位之间设置有传送装置，机器视觉位置定位过程中所述治具设置传送装置上。
6.一种包含在运动中进行机器视觉位置定位的方法的应用，其特征是，它是将权利要求1-5任一方法用于对工件的激光加工中。
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