本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，特別是零件定位識(shí)別處理系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工廠流水線作業(yè)中零件的分類處理和零件抓取插入。

背景技術(shù)：

隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)性能的提高，使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)工廠流水線作業(yè)成為可能，利用計(jì)算機(jī)視覺和計(jì)算機(jī)圖形結(jié)合，解決零件的識(shí)別分類，將不合格品剔除選擇合格品進(jìn)入流水線，定位PCB板位置，將機(jī)器手臂抓取的零件插入相應(yīng)端口。

在現(xiàn)在工廠作業(yè)中，機(jī)器人已經(jīng)在很多領(lǐng)域代替人工操作，既節(jié)省了成本又可實(shí)現(xiàn)不間斷作業(yè)，提高生產(chǎn)效率。那么正確率和操作速度則是兩個(gè)重要的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一方面工廠流水線將操作分解為多個(gè)可并行處理的操作，每個(gè)簡單操作都有其限定的最晚完成時(shí)間，不能因?yàn)槠渲械哪承┎僮饔绊懻w的速度，生產(chǎn)效率下降則會(huì)大大影響利潤。另一方面用機(jī)器人代替人工操作，需要在保證產(chǎn)品的正確率，否則使用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)流水化作業(yè)，則顯得毫無意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種零件定位識(shí)別處理系統(tǒng)，滿足工廠流水線時(shí)間要求，實(shí)現(xiàn)選取合格零件準(zhǔn)確插入端口的操作。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：零件定位識(shí)別處理系統(tǒng)，包括：

圖像采集模塊，用于控制兩臺(tái)相機(jī)采集mark點(diǎn)區(qū)域圖片，一臺(tái)相機(jī)加一個(gè)環(huán)形光源采集零件圖片；

PCB板定位模塊，用于識(shí)別圖片中mark點(diǎn)確定PCB板位置；

坐標(biāo)定位模塊，通過提取到圖片中的mark點(diǎn)位置確定PCB板的位置，從而給出機(jī)械手臂的移動(dòng)距離；

機(jī)械手臂抓取模塊，用于機(jī)械手抓取零件以及將零件插入到相應(yīng)的端口；

零件識(shí)別模塊，用于將對應(yīng)采集到的零件圖片進(jìn)行識(shí)別，判斷是否為合格品，是否可以進(jìn)入流水線作業(yè)。

所述的圖像采集模塊中，一臺(tái)相機(jī)固定在流水線上，另一臺(tái)安裝在機(jī)械手臂上，安裝在機(jī)械手臂上的相機(jī)隨著機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，兩臺(tái)相機(jī)分別采集兩個(gè)mark點(diǎn)的圖片。

所述的PCB板定位模塊中，采集到的mark點(diǎn)的圖片，根據(jù)mark點(diǎn)的形狀來識(shí)別mark點(diǎn)，用mark點(diǎn)的中心圖像坐標(biāo)作為mark點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。

所述的坐標(biāo)定位模塊，在生產(chǎn)線中，先測量得到固定的照像機(jī)的世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)；得到其中一個(gè)mark點(diǎn)世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)。

所述的安裝在機(jī)械手臂上的相機(jī)，機(jī)械手臂移動(dòng)到固定的地方拍照，測量出該時(shí)刻的世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)，確定另一個(gè)mark點(diǎn)世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)。

通過mark點(diǎn)坐標(biāo)確定PCB板坐標(biāo)，結(jié)合當(dāng)前機(jī)械手臂的坐標(biāo)確定機(jī)械手臂的移動(dòng)距離。

所述的機(jī)械手臂抓取模塊，利用機(jī)械手臂從物料盒中抓取零件，保持引腳朝下，移動(dòng)到PCB板上方，按壓進(jìn)入相應(yīng)端口。

所述的零件識(shí)別模塊，識(shí)別圖片中零件引腳，通過面積大小和引腳成像距離以及引腳之間的距離判斷零件是否為合格品，即能否流入流水線。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明通過兩臺(tái)相機(jī)分別采集mark點(diǎn)區(qū)域圖片，識(shí)別后通過PCB板定位模塊確定PCB板位置，通過坐標(biāo)定位模塊確定機(jī)械手臂的移動(dòng)距離，在通過機(jī)械手臂抓取模塊將零件快速抓取并插入到相應(yīng)端口，并對零件進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地對零件定位識(shí)別抓取插入等操作，滿足工廠流水線時(shí)間要求，實(shí)現(xiàn)選取合格零件插入端口的操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

如圖1和圖2所示，

零件定位識(shí)別處理系統(tǒng)，包括：

圖像采集模塊，用于控制兩臺(tái)相機(jī)采集mark點(diǎn)區(qū)域圖片，一臺(tái)相機(jī)加一個(gè)環(huán)形光源采集零件圖片；

PCB板定位模塊，用于識(shí)別圖片中mark點(diǎn)確定PCB板位置；

坐標(biāo)定位模塊，通過提取到圖片中的mark點(diǎn)位置確定PCB板的位置，從而給出機(jī)械手臂的移動(dòng)距離；

機(jī)械手臂抓取模塊，用于機(jī)械手抓取零件以及將零件插入到相應(yīng)的端口；

零件識(shí)別模塊，用于將對應(yīng)采集到的零件圖片進(jìn)行識(shí)別，判斷是否為合格品，是否可以進(jìn)入流水線作業(yè)。

所述的圖像采集模塊中，一臺(tái)相機(jī)固定在流水線上，另一臺(tái)安裝在機(jī)械手臂上，安裝在機(jī)械手臂上的相機(jī)隨著機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，兩臺(tái)相機(jī)分別采集兩個(gè)mark點(diǎn)的圖片。

所述的PCB板定位模塊中，采集到的mark點(diǎn)的圖片，根據(jù)mark點(diǎn)的形狀來識(shí)別mark點(diǎn)，用mark點(diǎn)的中心圖像坐標(biāo)作為mark點(diǎn)的圖像坐標(biāo)。

所述的坐標(biāo)定位模塊，在生產(chǎn)線中，先測量得到固定的照像機(jī)的世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)；得到其中一個(gè)mark點(diǎn)世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)。

所述的安裝在機(jī)械手臂上的相機(jī)，機(jī)械手臂移動(dòng)到固定的地方拍照，測量出該時(shí)刻的世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)，確定另一個(gè)mark點(diǎn)世界坐標(biāo)和攝像機(jī)坐標(biāo)。

通過mark點(diǎn)坐標(biāo)確定PCB板坐標(biāo)，結(jié)合當(dāng)前機(jī)械手臂的坐標(biāo)確定機(jī)械手臂的移動(dòng)距離。

所述的機(jī)械手臂抓取模塊，利用機(jī)械手臂從物料盒中抓取零件，保持引腳朝下，移動(dòng)到PCB板上方，按壓進(jìn)入相應(yīng)端口。

所述的零件識(shí)別模塊，識(shí)別圖片中零件引腳，通過面積大小和引腳成像距離以及引腳之間的距離判斷零件是否為合格品，即能否流入流水線。

本發(fā)明的工作原理是：

一、首先對于硬件設(shè)備，選定空間某一點(diǎn)建立世界坐標(biāo)系，以該點(diǎn)為原點(diǎn)，確定其他位置的坐標(biāo)。對于固定于流水線中的照相機(jī)，測量得到世界坐標(biāo)，對于移動(dòng)的照相機(jī)，得到拍照時(shí)的世界坐標(biāo)。

二、兩臺(tái)相機(jī)對PCB板的兩個(gè)mark點(diǎn)位置拍照，這樣一次即可得PCB板的位置，很短的時(shí)間內(nèi)再次同時(shí)拍照，又一次得到PCB板的位置，取兩次的平均值。采用兩次定位可以提高定位的準(zhǔn)確性。

三、對于PCB板照片處理：1)將圖片尺寸統(tǒng)一，方便后續(xù)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。2)在圖片中尋找mark點(diǎn)，有圓形和方形，由于PCB板中有多個(gè)圓形和方形，我們只需要其中的兩個(gè)即可。在不同的PCB板中，我們根據(jù)PCB板的位置選擇其中的兩個(gè)來給PCB板定位。使用cvSmooth()函數(shù)和cvHoughCircles()函數(shù)來找到圓形mark點(diǎn)，其中cvHoughCircles()函數(shù)中設(shè)定圓的半徑大小來找到最小的中心圓，從而得到圓心坐標(biāo)。對于方形mark點(diǎn)，采用兩個(gè)向量之間的夾角余弦接近0判斷兩個(gè)向量之間的夾角為90°，取cosθ≤a(a＝0.05)，即認(rèn)為夾角為直角。然后設(shè)定正方形的邊長得到正方形mark點(diǎn)。如果相片識(shí)別效果不理想，可以先將圖片二值化，即可將圖片二值化，或者用cvCanny()將圖片邊緣化處理，得到簡單圖形，這樣可提高識(shí)別速度和效率。

四、PCB板定位：

像素坐標(biāo)(u,v)，成像坐標(biāo)中心坐標(biāo)(u^o,v^o)，圖像坐標(biāo)(x,y)，攝像機(jī)坐標(biāo)系(x_c,y_c,z_c)，世界坐標(biāo)系(x_w,y_w,z_w)。

根據(jù)兩個(gè)mark點(diǎn)中心坐標(biāo)確定PCB板位置，確定相關(guān)關(guān)系為d_x代表x軸方向一個(gè)像素的寬度，d_y代表y軸方向上一個(gè)像素的寬度。d_x、d_y為攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)。

圖像坐標(biāo)與攝像機(jī)坐標(biāo)關(guān)系

攝像機(jī)坐標(biāo)與世界坐標(biāo)關(guān)系

其中R是3×3正交單位矩陣，t是3維平移向量，0＝(0,0,0)^T，M₁是兩個(gè)坐標(biāo)系之間的聯(lián)系矩陣。

圖像坐標(biāo)與世界坐標(biāo)關(guān)系

其中s'表示因攝像機(jī)成像平面坐標(biāo)軸相互不正交引出的傾斜因子(skew factor)。

五、零件識(shí)別模塊：

1、首先已知合格品的成像，如合格零件引腳的成像面積大小和引腳成像長度以及相鄰引腳之間的距離等參數(shù)；

2、由于零件引腳較小，需要精度高的相機(jī)，用環(huán)形光源打光，這樣得到的圖片中引腳的金屬部分會(huì)相對于周圍的部分更亮，在圖片中識(shí)別零件引腳，與PCB板的mark點(diǎn)識(shí)別類似，但是要調(diào)節(jié)參數(shù)，識(shí)別的區(qū)域比零件引腳成像的區(qū)域稍大；

3、計(jì)算零件成像面積和引腳成像距離以及引腳之間距離；

4、判斷零件引腳成像部分的面積大小以及同一零件引腳之間的距離與合格品的差值，如果相差一定值則判定為不合格品。