CN114571199A - 一种锁螺丝机及螺丝定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化生产技术领域，公开了一种锁螺丝机及螺丝定位方法，包括：工作台、第一摄像机、第二摄像机、锁付电批和测距传感器；所述第一摄像机设置于所述工作台的上方，所述第一摄像机用于拍摄所述产品的图像；以定位模板为参照对所述图像中的螺丝孔位置进行定位，从而得到螺丝孔的第一定位数据，第二摄像机和所述测距传感器设置于机械手臂上，第二摄像机用于识别定位螺丝孔，所述测距传感器用于测量所述螺丝孔识别面的高度；根据所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。本发明可避免标定面与产品表面高度差而导致的螺丝孔定位误差，提高了螺丝孔的定位精度。

Description

一种锁螺丝机及螺丝定位方法

技术领域

本发明涉及自动化生产技术领域，特别是涉及一种锁螺丝机以及螺丝定位方法。

背景技术

在现有技术中，为了提高产品的生产效率，降低生产人力成本，研发了用于产品组装时螺丝锁付的锁螺丝机。现有的锁螺丝机采用治具工装对待加工产品进行定位，对产品进行锁付前，需要人工驱动螺丝机电批对产品的每个螺丝孔进行校点，记录每个螺丝孔的位置及对应螺丝机电批姿态。锁付产品时根据记录的螺丝孔点位、电批姿态信息，驱动螺丝机电批移动至螺丝孔所在位置，并对产品螺丝孔进行逐一锁付。

现有的锁螺丝机需要人工校准螺丝孔位，操作繁琐；靠人眼进行孔位定位，人眼定位精度不高，需要反复测试调整，才能达到比较好的锁付效果。校点完成后在生产过程中，对定位治具的稳定性精准性要求高，治具磨损松动都会对锁付结果造成影响。

发明内容

为此，需要提供一种锁螺丝机用于解决以上所述的螺丝定位精度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种锁螺丝机，包括：工作台、第一摄像机、第二摄像机、锁付电批和测距传感器；

所述工作台用于放置待锁螺丝的产品，所述锁付电批用于对产品的螺丝孔进行螺丝锁付；

所述第一摄像机设置于所述工作台的上方，所述第一摄像机用于拍摄所述产品的图像；

以定位模板为参照对所述图像中的螺丝孔位置进行定位，从而得到螺丝孔的第一定位数据，其中，所述定位模板为所述图像中与待锁付螺丝孔同一平面的局部图像；

所述第二摄像机和所述测距传感器设置于机械手臂上，所述机械手臂用于带动所述第二摄像机和所述测距传感器移动，所述第二摄像机用于识别定位螺丝孔，所述测距传感器用于测量所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度；

根据所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。

进一步的，所述第一摄像机位于所述工作台的正上方，所述第一摄像机的高度大于所述第二摄像机的高度。

进一步的，所述锁付电批、所述第二摄像机和所述测距传感器均设置于所述机械手臂上，所述机械手臂带动所述锁付电批、所述第二摄像机和所述测距传感器同步移动。

进一步的，所述修正后的所述第一定位数据为X1和Y1；

其中，所述X2和Y2为所述修正前的所述第一定位数据，h0为第一摄像机到所述标定面的距离，h2为第一摄像机到所述螺丝孔识别面的距离，h2＝h0-h3,h3为所述螺丝孔识别面至所述标定面的距离。

进一步的，包括机械手包括多个活动关节和驱动电机，相邻两个所述活动关节相互铰接，所述驱动电机用于驱动相邻两个所述活动关节的夹角，所述第二摄像头和所述测距传感器设置于所述机械手的末端。

进一步的，所述标定面为摄像机进行标定操作时所述工作台上的标定板放置面。

为解决上述技术问题，本发明提供了另一技术方案：

一种螺丝定位方法，包括步骤：

通过第一摄像机获取待锁螺丝的产品的图像；

从所述图像中选取所述图像中与待锁付螺丝孔同一平面的局部图像为定位模板，根据所述定位模板对图像中的螺丝孔位置进行定位，从而得到螺丝孔的第一定位数据；

通过第二摄像机对所述螺丝孔进行定位，并通过测距传感器测量所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度，其中，所述第二摄像机和所述测距传感器设置于机械手臂上，由所述机械手臂带动同步移动；

根据所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。

进一步的，所述标定面为摄像机进行标定操作时所述工作台上的标定板放置面。

进一步的，所述修正后的所述第一定位数据为X1和Y1；

其中，所述X2和Y2为所述修正前的所述第一定位数据，h0为第一摄像机到所述标定面的距离，h2为第一摄像机到所述螺丝孔识别面的距离，h2＝h0-h3,h3为所述螺丝孔识别面至所述标定面的距离。

进一步的，在步骤根据所述定位模板到螺丝孔的锁付面的距离对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正之后，还包括步骤：

根据修正后的第一定位数据控制所述机械手臂带动第二摄像机移动至螺丝孔位置，并通过所述第二摄像机获取螺丝孔的图像，并且根据所述螺丝孔的图像验证修正后的第一定位数据。

如图1所示，现有技术中锁螺丝机中所采用的单目视觉定位技术示意图。由于未标定的摄像机拍摄的产品图片，是无法确认产品在现实世界中的具***置及姿态的。摄像机的标定就是将拍摄的图像与现实世界做对应的映射，确定像素在现实世界中的大小及位置。其中，图1中锁螺丝机采用的摄像机2的位置坐标是以标定面上的原点坐标(0，0)标定的，而标定面通常是待锁螺丝产品的放置面，然而产品具有一定的高度，从而使摄像机2的识别面与标定面之间具有一定的高度差(即h0-h2)。在现有的视觉定位方法，由于无法判读识别物体与相机的距离，当识别的物体高度与标定面设置高度不一样且不位于视觉中心的时候，通过摄像机2所识别到的螺丝孔位置(X2,Y2)与实际的螺丝孔位置(X1,Y1)具有一定的识别误差X’从而影响视觉定位精度。

区别于现有技术，上述技术方案通过工作台上方的第一摄像机拍摄所述产品以及定位模板的图像，第二摄像机与测距传感器一同移动，由第二摄像机对螺丝孔进行识别定位，并通过测距传感器测量所述标定面到螺丝孔的锁付面的距离；根据所述标定面到螺丝孔的锁付面的距离对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。因此可避免标定面与产品距第一摄像头的距离差而导致的定位不准确，提高了锁螺丝机的视觉定位精度。

并且，上述技术方案通过视觉定位进行螺丝孔定位，并驱动锁付电批进行产品螺丝锁付，相比传统螺丝机减少了工装、治具的投入，从而节约企业的生产成本投入。

通过视觉螺丝机的螺丝孔自动校准功能，减少适应不同产品对自动锁螺丝机调试的人力投入，从而节约企业的人力成本投入，提高企业效率。

附图说明

图1为现有技术中视觉定位方法的示意图；

图2为具体实施方式所述锁螺丝机的结构示意图；

图3为具体实施方式所述锁付电批的结构示意图；

图4为具体实施方式螺丝孔定位方法的流程图；

附图标记说明：

1、锁付电批；

11、电批主轴；

12、电批本体；

13、套筒；

14、抽真空管；

2、第一摄像机；

3、第二摄像机；

4、测距传感器；

5、工作台；

6、机械手臂；

7、螺丝；

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图2，本实施方式提供了一种锁螺丝机，该锁螺丝机可用于一字螺丝、十字螺丝、六角螺丝、梅花螺丝等各种螺丝或螺栓的锁付，并且，该锁螺丝机具有视觉定位功能，能够自动识别并定位产品上的螺丝孔位置，无需人工进行螺丝孔定位，并且相较于现有的单目视觉定位技术，本实施方式锁螺丝机具有更高的螺丝孔定位精确度。

如图2所示，本实施方式锁螺丝机包括工作台5、第一摄像机2、第二摄像机3、机械手臂6、锁付电批1和测距传感器4。

其中，所述第一摄像机2固定设置于所述工作台5的上方，所述机械手臂6设置于所述工作台5的侧边，所述第二摄像机3、所述锁付电批1以及测距传感器4设置于所述机械手臂6上。所述第一摄像机2的高度大于所述第二摄像机3的高度，因此所述第一摄像机2也称为高位摄像机，所述第二摄像机3也称为低位摄像机。

待锁螺丝的产品放置于所述工作台5上，所述第一摄像机2用于拍摄整个产品的图像，锁螺丝机的控制器根据产品的图像对产品上的螺丝孔位置进行定位，得到螺丝孔的第一定位数据(初步定位数据)。在从产品的图像得到螺丝孔的第一定位数据时，需要在产品图像上划取与待锁付螺丝孔同一平面的某区域作为产品识别与定位的定位模板，该定位模板与待锁付螺丝孔位于同一平面，并且定位模板上具有便于第一摄像机2识别的特征，因此定位模板也可称为特征模板。在得到定位模板后，设定定位模板的中心坐标；视觉算法在输入的产品的图像当中，识别与定位产品的图像中与定位模板相匹配的部分，从而对产品的图像进行识别和定位。因为产品上的识别特征与螺丝孔的相对关系是固定的，所以当确定了识别特征在产品的图像中的位置后便可确定产品螺丝孔的位置，即得到上述螺丝孔的第一定位数据。

所述机械手臂用于带动所述第二摄像机3、所述锁付电批1以及测距传感4器，其中所述锁付电批1用于对产品的螺丝孔进行螺丝锁付；所述第二摄像机3用于识别定位产品上的各螺丝孔，从而使机械手臂能够准确的移动至各螺丝孔处；所述测距传感器4用于检测摄像机的标定面到产品表面(即螺丝孔的锁付面)的距离。

如图3所示，所述锁付电批1包括套筒、电批主轴11和电批本体12，所述套筒12套设在所述电批本体12的外周，电批本体12可相对所述套筒13周向旋转。在套筒12的外周连接有抽真空管14，抽真空管14连通至套筒12内部，使套筒12内容形成负压吸附螺丝。所述电批主轴可以为电机或气动马达，电批主轴与电批本体连接，电批本体的末端与螺丝的螺帽相对，电批主轴用于驱动电批本体旋转，从而通过电批本体带动螺丝旋转，将螺丝锁入螺丝孔内。

锁螺丝机的控制器将所述螺丝的第一定位数据传递给机械手臂6，由机械手臂6控制第二摄像机3、锁付电批1和测距传感器4移动至各螺丝孔位置上方。在机械手臂移动过程中，通过第二摄像机3对各螺丝孔逐一进行识别和定位，从而控制机械手臂6准确移动至螺丝孔上方。然后通过所述测距传感器4检测到螺丝孔识别面的高度(即螺丝孔识别面到标定面的距离)。多次重复该步骤，使测距传感器测得各螺丝孔识别面的高度。

最后锁螺丝机的控制器根据螺丝孔识别面的高度对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。具体的，如图1所示，修正后的螺丝孔的定位数据为X1和Y1；

其中，X1为横坐标，Y1为纵坐标，所述X2和Y2为以定位模板为参照对所述图像中的螺丝孔位置进行定位，得到螺丝孔的第一定位数据，h0为第一摄像机到产品表面的距离，h2为第一摄像机到所述螺丝孔的识别面的距离，h2＝h0-h3,h3为所述螺丝孔识别面的高度。如图1所示，通过该修正步骤，可避免产品表面的高度差而导致的螺丝孔定位误差，提高了螺丝孔的视觉定位精度。

并且，在本实施方式中，通过锁螺丝机视觉定位即可精确定位产品上各螺丝孔的位置，并驱动锁付电批进行产品螺丝锁付，相比传统螺丝机减少了工装、治具的投入，从而节约企业的生产成本投入。通过视觉螺丝机的螺丝孔自动校准功能，减少适应不同产品对自动锁螺丝机调试的人力投入，从而节约企业的人力成本投入，提高企业效率。

在另一实施方式中，当得到修正后的螺丝孔的定位数据(即修正后的第一定位数据)，锁螺丝机的控制器还根据修正后的第一定位数据控制所述机械手臂带动第二摄像机移动至螺丝孔位置，并通过所述第二摄像机获取螺丝孔的图像，并且根据所述螺丝孔的图像验证修正后的第一定位数据。

在一些实施方式中，所述机械手臂6包括多个活动关节，相邻两个活动关节之间可设置驱动电机，使相邻两个活动关节之间的夹角可调，所述锁付电批、第二摄像机和测距传感器设置于所述机械手臂的末端(即最后一节活动关节的末端)，因此所述机械手臂可带动所述锁付电批、第二摄像机和测距传感器在立体空间内沿不同方向移动，从而可对分布于不同空间维度的螺丝孔进行定位、测距和螺丝锁付。

如图4所示，在另一实施方式中提供了一种螺丝定位方法。该螺丝定位方法，其特征在于，包括步骤：

S401、通过第一摄像机获取待锁螺丝的产品的图像；

S402、从所述图像中选取所述图像中与待锁付螺丝孔同一平面的局部图像为定位模板，根据所述定位模板对图像中的螺丝孔位置进行定位，从而得到螺丝孔的第一定位数据；

S403、通过第二摄像机对所述螺丝孔进行定位，并通过测距传感器测量所述螺丝孔识别面的高度，其中，所述第二摄像机和所述测距传感器设置于机械手臂上，由所述机械手臂带动同步移动；

S404、根据所述定位模板到螺丝孔的锁付面的距离对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。

上述螺丝定位方法采用图2中所述的锁螺丝机实现，锁螺丝机的结构和工作原理已在以上实施方式中具体说明，这里就再赘述。

具体的，在步骤S401中，先将所述待锁付螺丝的产品放置于工作台面上，再通过第一摄像机拍摄所述产品的图像。在从产品的图像得到螺丝孔的第一定位数据时，需要在产品图像上划取与待锁付螺丝孔同一平面的某区域作为产品识别与定位的定位模板，该定位模板与待锁付螺丝孔位于同一平面，并且定位模板上具有便于第一摄像机2识别的特征，因此定位模板也可称为特征模板。

在得到所述产品以及定位模板的图像后进入步骤S402，步骤S402中锁螺丝机的控制器识别出产品上螺丝孔，在得到定位模板后，设定定位模板的中心坐标；视觉算法在输入的产品的图像当中，识别与定位产品的图像中与定位模板相匹配的部分，从而对产品的图像进行识别和定位。因为产品上的识别特征与螺丝孔的相对关系是固定的，所以当确定了识别特征在产品的图像中的位置后便可确定产品螺丝孔的位置，即得到上述螺丝孔的第一定位数据。

步骤S403中锁螺丝机的控制器将所述螺丝的第一定位数据传递给机械手臂，由机械手臂控制第二摄像机、锁付电批和测距传感器移动至各螺丝孔位置上方。在机械手臂移动过程中，通过第二摄像机对各螺丝孔逐一进行识别和定位，从而控制机械手臂准确移动至螺丝孔上方。然后通过机械臂位位置换算出定位模板到螺丝孔的距离。多次重复该步骤，测得各螺丝孔位置定位模板至螺丝孔的距离。

在步骤S404中锁螺丝机的控制器所述定位模板到螺丝孔的锁付面的距离对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。如图1所示，修正后的螺丝孔的定位数据为X1和Y1；

其中，X1为横坐标，Y1为纵坐标，所述X2和Y2为以定位模板为参照对所述图像中的螺丝孔位置进行定位，得到螺丝孔的第一定位数据，h0为第一摄像机到产品表面的距离，h2为第一摄像机到所述螺丝孔的识别面的距离，h2＝h0-h3,h3为所述螺丝孔的识别面的高度。如图1所示，通过该修正步骤，可避免产品表面的高度差而导致的螺丝孔定位误差，提高了螺丝孔的视觉定位精度。

在一实施方式中，在步骤根据所述摄像机的标定面到螺丝孔的锁付面的距离对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正之后，还包括步骤：

根据修正后的第一定位数据控制所述机械手臂带动第二摄像机移动至螺丝孔位置，并通过所述第二摄像机获取螺丝孔的图像，并且根据所述螺丝孔的图像验证修正后的第一定位数据。根据所述螺丝孔的图像验证修正后的第一定位数据可确保螺丝后的定位数据准确无误。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锁螺丝机，其特征在于，包括：工作台、第一摄像机、第二摄像机、锁付电批和测距传感器；

所述工作台用于放置待锁螺丝的产品，所述锁付电批用于对产品的螺丝孔进行螺丝锁付；

所述第一摄像机设置于所述工作台的上方，所述第一摄像机用于拍摄所述产品的图像；

以定位模板为参照对所述图像中的螺丝孔位置进行定位，得到螺丝孔的第一定位数据，其中，所述定位模板为所述图像中与待锁付螺丝孔同一平面的局部图像；

所述第二摄像机和所述测距传感器设置于机械手臂上，所述机械手臂用于带动所述第二摄像机和所述测距传感器移动，所述第二摄像机用于识别定位螺丝孔，所述测距传感器用于测量所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度；

根据所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。

2.根据权利要求1所述的锁螺丝机，其特征在于，所述第一摄像机位于所述工作台的正上方，所述第一摄像机的高度大于所述第二摄像机的高度。

3.根据权利要求1所述的锁螺丝机，其特征在于，所述锁付电批、所述第二摄像机和所述测距传感器均设置于所述机械手臂上，所述机械手臂带动所述锁付电批、所述第二摄像机和所述测距传感器同步移动。

4.根据权利要求1所述的锁螺丝机，其特征在于，所述修正后的所述第一定位数据为X1和Y1；

其中，所述X2和Y2为所述修正前的所述第一定位数据，h0为第一摄像机到所述标定面的距离，h2为第一摄像机到所述螺丝孔识别面的距离，h2＝h0-h3,h3为所述螺丝孔识别面至所述标定面的距离。

5.根据权利要求1所述的锁螺丝机，其特征在于，包括机械手包括多个活动关节和驱动电机，相邻两个所述活动关节相互铰接，所述驱动电机用于驱动相邻两个所述活动关节的夹角，所述第二摄像头和所述测距传感器设置于所述机械手的末端。

6.根据权利要求1所述的锁螺丝机，其特征在于，所述标定面为所述工作台上的产品放置表面。

7.一种螺丝定位方法，其特征在于，包括步骤：

通过第一摄像机获取待锁螺丝的产品的图像；

从所述图像中选取所述图像中与待锁付螺丝孔同一平面的局部图像为定位模板，根据所述定位模板对图像中的螺丝孔位置进行定位，从而得到螺丝孔的第一定位数据；

通过第二摄像机对所述螺丝孔进行定位，并通过测距传感器测量所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度，其中，所述第二摄像机和所述测距传感器设置于机械手臂上，由所述机械手臂带动同步移动；

根据所述螺丝孔识别面至所述标定面的高度对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正。

8.根据权利要求7所述的螺丝定位方法，其特征在于，所述标定面为摄像机进行标定操作时所述工作台上的标定板放置面。

9.根据权利要求7所述的螺丝定位方法，其特征在于，所述修正后的所述第一定位数据为X1和Y1；

其中，所述X2和Y2为所述修正前的所述第一定位数据，h0为第一摄像机到所述标定面的距离，h2为第一摄像机到所述螺丝孔识别面的距离，h2＝h0-h3,h3为所述螺丝孔识别面至所述标定面的距离。

10.根据权利要求7所述的螺丝定位方法，其特征在于，在步骤根据所述定位模板到螺丝孔的锁付面的距离对所述螺丝孔的第一定位数据进行修正之后，还包括步骤：

根据修正后的第一定位数据控制所述机械手臂带动第二摄像机移动至螺丝孔位置，并通过所述第二摄像机获取螺丝孔的图像，并且根据所述螺丝孔的图像验证修正后的第一定位数据。

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