(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010762261.2
(22)申请日 2020.07.31
(71)申请人 广东利元亨智能装备股份有限公司
地址 516057 广东省惠州市惠城区马安镇
惠州大道旁东江职校路2号(厂房)
(72)发明人 陈腾飞 燕峰伟 丁媛 周俊杰
杜义贤
(74)专利代理机构 北京国昊天诚知识产权代理
有限公司 11315
代理人 王华强
(51)Int.Cl.
G06T 7/73(2017.01)
G06T 7/80(2017.01)
(54)发明名称
对位系统
(57)摘要
本发明揭示一种UVW平台标定方法、设备、纠
偏方法、装置及对位系统。标定方法包括：获得相
界坐标系XYθ的夹角ε；获取相机坐标系xyθ中
离Δx及Δy；根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐
标系xyθ与世界坐标系系XYθ的映射关系。采用
平移标定以及旋转标定获得相机坐标系与世界
坐标系的映射关系，而后对工件进行纠偏时，始
终以世界坐标系XYθ作为运算基础，快速输出任
意世界坐标系XYθ姿态下的UVW轴对应的运动
量。权利要求书2页 说明书9页 附图2页CN 111862221 A 2020.10.30
C N 111862221
A
1.一种UVW平台标定方法，其特征在于，包括：
步骤1、控制UVW平台按照预设平移距离，分别沿X、Y方向运动m次(m≥2)，每完成一次平移后控制UVW平台停止，则控制相机获取一次图像； 步骤2、根据平移获取的所有图像，获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的夹角ε；
步骤3、控制UVW平台按照预设角度依次旋转n次(n≥2)，每完成一次旋转后控制UVW平台停止，则控制相机采集一次图像；
步骤4、根据旋转获取的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获取相机坐标系xyθ中世界坐标系原点与相机坐标系原点沿X、Y方向距离Δx及Δy；
步骤5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与世界坐标系系XYθ的映射关系。
2.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，其特征在于，所述控制UVW平台按照预设平移距离分别沿X、Y方向平移的方法包括：
步骤1.1、控制UVW平台回零；
步骤1.2、根据预设平移距离计算每次沿X、Y方向平移时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤1.3、根据计算得到U、V及W三轴各轴的运动量，控制UVW平台分别沿X、Y方向平移m 次。
3.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，其特征在于，所述控制UVW平台按照预设角度旋转的方法包括：
步骤3.1、控制UVW平台回零；
步骤3.2、根据预设旋转角度计算每次旋转时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
步骤3.2、根据计算的U、V及W三轴各轴的运动量控制UVW平台按照预设角度依次旋转旋转n次。
4.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，其特征在于，所述获取相机在XY方向的像素当量及夹角ε的方法为：
步骤2.1、根据每一次平移前及平移后，相机获取的两个图像，获得两个图像在相机坐标系xyθ中的像素变化；
步骤2.2、根据预设平移距离以及每一次平移前及平移后获得的相机坐标系xyθ中两个图像的像素变化，获取相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的夹角ε。
5.根据权利要求1所述的UVW平台标定方法，其特征在于，所述获取Δx及Δy方法为：
步骤4.1、根据旋转采集的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获得采集的所有图像在相机坐标系xyθ中的坐标，根据图像在相机坐标系xyθ中的所有坐标，拟合获得相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的坐标系原点；
步骤4.2、根据获得的相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的坐标系原点及相机在XY方向的像素当量，获得相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ的原点沿X、Y方向距离Δx及Δy。
6.根据权利要求4所述的UVW平台标定方法，其特征在于，采用最小二乘法拟合获得相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的坐标系原点。
7.一种UVW平台标定设备，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的UVW平台的标定方法。
8.一种UVW平台纠偏方法，其特征在于，采用如下步骤：
步骤A、预设工件在世界坐标系XYθ中的目标位置；
步骤B、控制相机获取工件的图像，根据获取的工件图像获得工件在相机坐标系xyθ下的坐标；
步骤C、根据工件在相机坐标系xyθ下的坐标及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角；
步骤D、根据工件在世界坐标系XYθ中的实际位置、目标位置、实际位置相对于目标位置偏角以及UVW平台中U、V及W三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ下的坐标，获得UVW平台中U、V 及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW；
步骤E、控制UVW平台按照ΔU、ΔV及ΔW移动，完成工件纠偏。
9.一种UVW平台纠偏装置，其特征在于，采取权利要求8所述的纠偏方法。
10.一种机器视觉对位系统，其特征在于，包括：
UVW平台，所述UVW平台用于承载工件；
相机，所述相机设于所述UVW平台上方，所述相机与所述计算机连接，所述用于获取工件图像；
计算机，所述计算机根据所述相机获取的工件图像，获得工件在相机坐标系xyθ下的坐标，然后根据工
件在相机坐标系xyθ下的坐标及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角，然后根据工件在世界坐标系XYθ中的实际位置、目标位置、实际位置相对于目标位置偏角以及UVW平台中U、V及W三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ下的坐标，计算得到UVW平台中U、V及W 三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW；以及
控制系统，所述控制系统用于根据ΔU、ΔV及ΔW控制UVW平台运动，使UVW平台驱动工件运动到目标位置。
UVW平台标定方法、设备、纠偏方法、装置及对位系统
技术领域
[0001]本发明涉及机器视觉技术领域，具体地，涉及一种UVW平台标定方法、设备、纠偏方法及对位系统。
背景技术
[0002]当前，机器视觉技术在工业自动化领域得到广泛而深入的应用。伴随着制造和测量精度要求的不断提高，机器视觉对位平台的重要性愈发凸显。常见的对位平台分为传统的XYθ平台和UVW平台。比起前者，UVW平台属平面并联结构，具有响应速度高、刚性强、结构紧凑等优点，且能够实现微米级定位
精度，因而在视觉对位领域得到广泛应用。
[0003]UVW平台按照构型的不同，可分为PPR型和PRP型，将PPR型和PRP型UVW平台引入机器学习方法进行视觉标定，实现双目视觉定位控制。而4-PPR结构是UVW平台的一种重要实现形式，由于4-PPR结构的UVW平台具有刚度大、结构稳定且各关节的累计误差小而精度高等优点，4-PPR结构的UVW平台很容易搭建调整结构并实现旋转、平移等空间运动。[0004]4-PPR结构的UVW平台中，三个运动轴分别称为U轴、V轴和W轴，U轴垂直于V轴及W 轴，且V轴与W轴相互平行，U、V和W轴三轴的正方向按照逆时针排列。UVW平台中平台自身存在一个XY坐标系，该坐标系相对于平台底座静止，称为世界坐标系XYθ，另外以相机中心为原点建立相机坐标系xyθ。
[0005]目前关于4-PPR结构的UVW平台研究的共同点是以UVW三轴形成的坐标系作为出发点，研究UVW三轴形成的坐标系与世界坐标系XYθ的转换关系。但在UVW平台的实际应用中，往往并不关注所谓UVW三轴形成的坐标系，重点反而在于相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ坐标系的转换关系，只有获得相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ坐标系的转换关系，才能准确利用4-PPR结构的UVW平台对工件进行准确纠偏。
发明内容
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供一种UVW平台的标定方法、设备、纠偏方法、装置及对位系统。
[0007]本发明公开的一种UVW平台的标定方法，包括：
[0008]步骤1、控制UVW平台按照预设平移距离，分别沿X、Y方向运动m次(m≥2)，每完成一次平移后控制UVW平台停止，则控制相机获取一次图像；
[0009]步骤2、根据平移获取的所有图像，获得相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xy θ与世界坐标系XYθ的夹角ε；
[0010]步骤3、控制UVW平台按照预设角度依次旋转n次(n≥2)，每完成一次旋转后控制UVW平台停止，则控制相机采集一次图像；
[0011]步骤4、根据旋转获取的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获取相机坐标系xy θ中世界坐标系原点与相机坐标系原点沿X、Y方向距离Δx及Δy；
[0012]步骤5、根据夹角ε、Δx及Δy获得相机坐标系xyθ与世界坐标系系XYθ的映射关系。
[0013]进一步地，控制UVW平台按照预设平移距离分别沿X、Y方向平移的方法包括：[0014]步骤1.1、控制UVW平台回零；
[0015]步骤1.2、根据预设平移距离计算每次沿X、Y方向平移时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；
[0016]步骤1.3、根据计算得到U、V及W三轴各轴的运动量，控制UVW平台分别沿X、Y方向平移m次。
[0017]进一步地，控制UVW平台按照预设角度旋转的方法包括：
[0018]步骤3.1、控制UVW平台回零；
[0019]步骤3.2、根据预设旋转角度计算每次旋转时UVW平台U、V及W三轴各轴的运动量；[0020]步骤3.2、根据计算的U、V及W三轴各轴的运动量控制UVW平台按照预设角度依次旋转旋转n次。
[0021]进一步地，获取相机在XY方向的像素当量及夹角ε的方法为：
[0022]步骤2.1、根据每一次平移前及平移后，相机获取的两个图像，获得两个图像在相机坐标系xyθ中的像素变化；
[0023]步骤2.2、根据预设平移距离以及每一次平移前及平移后获得的相机坐标系xyθ中两个图像的像素变化，获取相机在XY方向的像素当量及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的夹角ε。
[0024]进一步地，获取Δx及Δy方法为：
[0025]步骤4.1、根据旋转采集的所有图像及相机在XY方向的像素当量，获得采集的所有图像在相机坐
标系xyθ中的坐标，根据图像在相机坐标系xyθ中的所有坐标，拟合获得相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的坐标系原点；
[0026]步骤4.2、根据获得的相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的坐标系原点及相机在XY 方向的像素当量，获得相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的原点与相机坐标系xyθ的原点沿X、Y方向距离Δx及Δy。
[0027]进一步地，采用最小二乘法拟合获得相机坐标系xyθ中世界坐标系XYθ的坐标系原点。
[0028]本发明公开的一种UVW平台标定设备，采用如上任一所述的UVW平台的标定方法。[0029]本发明公开的一种UVW平台纠偏方法，采用如下步骤：
[0030]步骤A、预设工件在世界坐标系XYθ中的目标位置；
[0031]步骤B、控制相机获取工件的图像，根据获取的工件图像获得工件在相机坐标系xy θ下的坐标；
[0032]步骤C、根据工件在相机坐标系xyθ下的坐标及相机坐标系xyθ与世界坐标系XYθ的映射关系，获取工件在世界坐标系XYθ中的实际位置及实际位置相对于目标位置产生的偏角；
[0033]步骤D、根据工件在世界坐标系XYθ中的实际位置、目标位置、实际位置相对于目标位置偏角以及UVW平台中U、V及W三轴各轴定位销在世界坐标系XYθ下的坐标，获得UVW平台中U、V及W三轴各轴的运动量ΔU、ΔV及ΔW；
[0034]步骤E、控制UVW平台按照ΔU、ΔV及ΔW移动，完成工件纠偏。
[0035]本发明公开的一种UVW平台纠偏装置，采用上述UVW平台纠偏方法。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议