一種雙相機(jī)視覺定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于視覺定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙相機(jī)視覺定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在視覺定位領(lǐng)域，一般采用機(jī)械手或是吸嘴拾取工件，將其移動到相機(jī)的位置進(jìn)行圖像采集，利用視覺軟件中的定位算法對采集的圖像進(jìn)行定位，然后根據(jù)圖像坐標(biāo)與物理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對工件的實(shí)際位置定位。傳統(tǒng)定位方法是對工件拾取后進(jìn)行視覺定位，采用上視角度，全景定位。
[0003]視覺定位的精度主要依靠相機(jī)的制造精度、采集圖像的方式以及視覺算法的優(yōu)良程度。相機(jī)鏡頭制造精度與成像芯片的貼裝精度對成像有很大影響。鏡頭有畸變，如枕型畸變、桶形畸變，與光軸相切的平面上，與中心距離越遠(yuǎn)則畸變越大。而畸變是無法消除的，只能改善，即使使用一些優(yōu)化算法，相機(jī)的畸變也不會消除，畸變將始終影響視覺識別定位的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種雙相機(jī)視覺定位系統(tǒng)及方法，能夠改善相機(jī)鏡頭畸變對定位精度的影響，提高視覺定位精度，具有精度高、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種雙相機(jī)視覺定位系統(tǒng)，包括呈“凹”字型結(jié)構(gòu)的底座機(jī)架11，底座機(jī)架11上左右各水平安裝有一個X軸運(yùn)動模塊7，兩個X軸運(yùn)動模塊7上跨接有Y軸運(yùn)動模塊8，Y軸運(yùn)動模塊8中部垂直安裝有Z軸運(yùn)動模塊9，Z軸運(yùn)動模塊9下部安裝有繞Z軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動模塊10，所述X軸運(yùn)動模塊7、Y軸運(yùn)動模塊8、Z軸運(yùn)動模塊9兩兩之間相互垂直，轉(zhuǎn)動模塊10上安裝有吸嘴6 ;
[0007]機(jī)架11底部安裝有相機(jī)固定裝置5，相機(jī)固定裝置5上左右分別安裝有粗定位相機(jī)2和精定位相機(jī)I，粗定位相機(jī)2和精定位相機(jī)I分別通過GigE接口數(shù)據(jù)線與工控機(jī)電連接，粗定位相機(jī)2和精定位相機(jī)I上分別安裝有鏡頭一 12和鏡頭二 13，鏡頭一 12和鏡頭二 13上分別安裝有光源一 4和光源二 3。
[0008]所述吸嘴6與粗定位相機(jī)2、精定位相機(jī)I垂直設(shè)置。
[0009]所述精定位相機(jī)I和粗定位相機(jī)2均采用像素相同的CXD工業(yè)相機(jī)。
[0010]所述X軸運(yùn)動模塊7包括同步帶一 7-1，同步帶一 7-1套在同步帶輪一 7-2上并與其滑動連接，同步帶輪一 7-2通過軸承安裝在支撐結(jié)構(gòu)一 7-3上，支撐結(jié)構(gòu)一 7-3上固定安裝有伺服電機(jī)一 7-6，伺服電機(jī)一 7-6動力輸出傳遞至同步帶輪一 7-2，支撐結(jié)構(gòu)一 7-3及導(dǎo)軌一 7-4固定在機(jī)架11上，導(dǎo)軌一 7-4與滑座一 7-5滑動連接，滑座一 7_5與同步帶一7-1的上側(cè)固定在一起。
[0011]所述位于左、右的X軸運(yùn)動模塊7通過連軸7-7聯(lián)接，Y軸運(yùn)動模塊8與X軸運(yùn)動模塊7結(jié)構(gòu)相同。
[0012]所述Z軸運(yùn)動模塊9包括同步帶二 9-4，同步帶二 9-4套在同步帶輪二 9_5上并與其滑動連接，同步帶輪二 9-5通過軸承安裝在支撐結(jié)構(gòu)二 9-6上，支撐結(jié)構(gòu)二 9-6上固定安裝有伺服電機(jī)二 9-1，伺服電機(jī)二 9-1動力輸出傳遞至同步帶輪二 9-5，支撐結(jié)構(gòu)二 9-6及導(dǎo)軌二 9-2固定在基板9-7上，導(dǎo)軌二 9-2與滑座二 9-3滑動連接，滑座二 9_3與同步帶二9-4的上側(cè)固定在一起。
[0013]所述轉(zhuǎn)動模塊10包括伺服電機(jī)10-1，伺服電機(jī)10-1固定在支撐結(jié)構(gòu)10-4上，支撐結(jié)構(gòu)10-4與基板9-7固定連接，伺服電機(jī)10-1通過聯(lián)軸器10-2將動力輸出至吸嘴夾持器10-3，吸嘴夾持器10-3夾持吸嘴6。
[0014]所述工控機(jī)安裝有視覺定位軟件，用以完成與用戶之間的交互通訊，同時進(jìn)行圖像處理與圖像分析定位，工控機(jī)的顯示器用于顯示視覺定位軟件的界面以及采集的圖像信息。
[0015]—種雙相機(jī)視覺定位方法，包括以下步驟:
[0016]步驟一:確定兩部相機(jī)的XY平面坐標(biāo):
[0017]手動控制四軸運(yùn)動平臺，將吸嘴6移動到粗定位相機(jī)2的中心位置，記錄此時的世界坐標(biāo)參數(shù)為(XI，Yl);手動控制四軸運(yùn)動平臺，將吸嘴6移動到精定位相機(jī)I的中心位置，記錄此時的世界坐標(biāo)參數(shù)為(X2，Y2);
[0018]步驟二:確定所要定位工件的XYZ坐標(biāo)系運(yùn)動位置坐標(biāo):
[0019]通過吸嘴6拾取工件并移動到粗定位相機(jī)2的中心位置，通過調(diào)整吸嘴6的Z軸位置使工件的全景占據(jù)圖像最短邊的3/4區(qū)域，記錄此時的世界坐標(biāo)參數(shù)為(XI，Yl, Zl)，調(diào)整相機(jī)的焦距、光圈參數(shù)，調(diào)整光源的明亮程度使成像清晰；對粗定位相機(jī)2進(jìn)行標(biāo)定，從而得到圖像像素坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；
[0020]通過吸嘴6拾取工件并移動到精定位相機(jī)I的中心位置，通過調(diào)整吸嘴6的Z軸位置使工件的待定位特征區(qū)域占據(jù)圖像最短邊的3/4區(qū)域，記錄此位置的世界坐標(biāo)參數(shù)為(Χ2，Υ2，Ζ2)，調(diào)整相機(jī)的焦距、光圈參數(shù)，調(diào)整光源的明亮程度使成像清晰；對精定位相機(jī)I進(jìn)行標(biāo)定，從而得到圖像像素坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；
[0021]步驟三:實(shí)現(xiàn)視覺識別定位自動化控制:
[0022]通過工控機(jī)控制四軸運(yùn)動平臺運(yùn)動，以(XI，Yl, Zl)為坐標(biāo)參數(shù)，通過吸嘴6拾取工件移動到粗定位相機(jī)2的中心，使工件的全景圖呈現(xiàn)在粗定位相機(jī)2的視場里，進(jìn)行圖像采集，利用視覺定位軟件對采集的圖像進(jìn)行圖像識別并提取特征區(qū)域，對特征區(qū)域進(jìn)行圖像中心粗定位，記錄特征區(qū)域的中心像素坐標(biāo)，根據(jù)粗定位相機(jī)2標(biāo)定的圖像像素坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將特征區(qū)域的中心像素坐標(biāo)換算成世界坐標(biāo)，計(jì)算此坐標(biāo)與精定位相機(jī)I中心像素坐標(biāo)的相對位置關(guān)系，以坐標(biāo)(Χ2，Υ2，Ζ2)為坐標(biāo)參數(shù)，通過吸嘴6將工件移動到精定位相機(jī)I的視場中心，使工件的特征區(qū)域中心定位在精定位相機(jī)I的中心位置，精定位相機(jī)I進(jìn)行圖像采集，對特征區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的圖像處理、圖像識別，進(jìn)行高精度視覺圖像定位，得到特征區(qū)域的高精度圖像中心像素坐標(biāo)，根據(jù)精定位相機(jī)I標(biāo)定的圖像像素坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將特征區(qū)域的圖像中心像素坐標(biāo)換算成世界坐標(biāo)。
[0023]由于本發(fā)明采用雙相機(jī)定位方法，比用單一同樣相機(jī)定位提高了一個精度等級，通過兩部CCD工業(yè)相機(jī)對工件進(jìn)行視覺定位，粗定位相機(jī)采集的圖像信息用于尋找工件特征區(qū)域位置，主要實(shí)現(xiàn)對特征區(qū)域的識別粗定位，以提高識別率與識別速度為主，采用與精定位相機(jī)像素相同的CCD相機(jī)，圖像定位精度〈0.01mm，精定位相機(jī)I以提尚精度為主，圖像定位精度〈0.0Olmm,精定位相機(jī)采集的圖像信息對特征區(qū)域進(jìn)一步定位，在精定位相機(jī)的視場范圍內(nèi)，工件的特征區(qū)域占據(jù)大部分視場，即對特征區(qū)域進(jìn)行了放大，特征區(qū)域占據(jù)的像素多，而且其在成像的光軸附近，畸變小，提高了視覺定位的精度。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本底座機(jī)架11底部局部放大圖。
[0026]圖3為X軸運(yùn)動1?塊7的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0027]圖4為Z軸運(yùn)動t旲塊9以及轉(zhuǎn)動t旲塊10的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0028]圖5為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例的粗定位視場圖。
[0029]圖6為本發(fā)明應(yīng)用實(shí)例的精定位視場圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]參見圖1、圖2，一種雙相機(jī)視覺定位系統(tǒng)，包括呈“凹”字型結(jié)構(gòu)的底座機(jī)架11，底座機(jī)架11上左右各水平安裝有一個X軸運(yùn)動模塊7，兩個X軸運(yùn)動模塊7上跨接有Y軸運(yùn)動模塊8，Y軸運(yùn)動模塊8中部垂直安裝有Z軸運(yùn)動模塊9，Z軸運(yùn)動模塊9下部安裝有繞Z軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動模塊10，所述X軸運(yùn)動模塊7、Y軸運(yùn)動模塊8、Ζ軸運(yùn)動模塊9兩兩之間相互垂直，X軸運(yùn)動模塊7、Y軸運(yùn)動模塊8、Z軸運(yùn)動模塊9、轉(zhuǎn)動模塊10構(gòu)成四維運(yùn)動平臺，轉(zhuǎn)動模塊10上安裝有吸嘴6，實(shí)現(xiàn)對工件的拾取和安置；
[0032]機(jī)架11底部安裝有相機(jī)固定裝置5，相機(jī)固定裝置5上左右分別安裝有粗定位相機(jī)2和精定位相機(jī)I，粗定位相機(jī)2和精定位相機(jī)I分別通過GigE接口數(shù)據(jù)線與工控機(jī)電連接，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的傳輸，粗定位相機(jī)2和精定位相機(jī)I上分別安裝有鏡頭一 12和鏡頭二 13，鏡頭一 12和鏡頭二 13上分別安裝有光源一 4和光源二 3。
[0033]所述吸嘴6與粗定位相機(jī)2、精定位相機(jī)I垂直設(shè)置。
[0034]所述精定位相機(jī)I和粗定位相機(jī)2均采用像素相同的CXD工業(yè)相機(jī)。
[0035]所述工控機(jī)安裝有視覺軟件，用以完成與用戶之間的交互通訊，進(jìn)行圖像處理與圖像分析定位，視覺軟件通過VS2010編程平臺與OpenCV圖像處理函數(shù)庫聯(lián)合設(shè)計(jì)，工控機(jī)的顯示器用于顯示視覺軟件的界面以及采集的圖像信息。
[0036]參見圖3，所述X軸運(yùn)動模塊7包括同步帶一 7-1，同步帶一 7_1套在同步帶輪一7-2上并與其滑動連接，同步帶輪一 7-2通過軸承安裝在支撐結(jié)構(gòu)一 7-3上，支撐結(jié)構(gòu)一7-3上固定安裝有伺服電機(jī)一 7-6，伺服電機(jī)一 7-6動力輸出傳遞至同步帶輪一 7-2，為其運(yùn)動提供動力，支撐結(jié)構(gòu)一 7-3及導(dǎo)軌一 7-4固定在機(jī)架11上，導(dǎo)軌一 7-4與滑座一 7_5滑動連接，滑座一 7-5與同步帶一 7-1的上側(cè)固定在一起。所述位于左、右的X軸運(yùn)動模塊7通過連軸7-7聯(lián)接，Y軸運(yùn)動模塊8與X軸運(yùn)動模塊7結(jié)構(gòu)相同。
[0037]參見圖4，所述Z軸運(yùn)動模塊9包括同步帶二 9-4，同步帶二 9_4套在同步帶輪二9-5上并與其滑動連接，同步帶輪二 9-5通過軸承安裝在支撐結(jié)構(gòu)二 9-6上，支撐結(jié)構(gòu)二9-6上固定安裝有伺服電機(jī)二 9-1，伺服電機(jī)二 9-1動力輸出傳遞至同步帶輪二 9-5，為其運(yùn)動提供動力，支撐結(jié)構(gòu)二 9-6及導(dǎo)軌二 9-2固定在基板9-7上，導(dǎo)軌二 9-2與滑座