基于机器人视觉的银网焊点定位技术研究

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1、基于机器人视觉的银网焊点定位技术研究陈一峤，胡国清，黄道权，李锐，贾明峰(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640)[摘要】铅锌电池制作工艺过程中的银网焊接工序不仅存在肉眼识别不准确、出错率高的问题，而且劳动强度大、效率低。针对此工艺，提出一种基于机器人视觉的自动化焊点定位方法。系统以机器人搭栽自动化焊接设备对焊点精确定位并焊接，采用畸变校正和机器人手眼标定完成了图像坐标系到机器人坐标系之间位置的精确变换，并运用Blob分析粗定位和基于形状的模板匹配精定位相结合的算法，有效地解决了噪声干扰、非线性光照干扰及银网变形

2、引起的识别定位障碍，达到焊点识别定位精度高、生产效率高的目标。关键词：机器人视觉；焊点定位；图像分割DoI：10．16080／j．issnl671-833x．2017．09．050_．_一陈一峤华南理工大学机械工程专业硕士研究生，研究方向主要为机器视觉、工业机器人系统集成。50航空制造技术·2017年第9期在航空制造领域中，焊接、喷涂、搬运、装配和检测是工业机器人的主要任务，而航空零件部往往结构复杂、性能精度指标要求高，因此对工业机器人的作业难度和精度提出了更高的要求。对于焊接这类高强度、低效率却要求高精度的传统工艺，实现

3、高智能高精度的自动化改造已经成为一大趋势。近年来，机器视觉与工业机器人集成技术飞速发展，开始进入航空领域并推动了自动化焊接技术的发展，相应焊接工艺过程的视觉检测技术也不断有研究成果出现。目前，针对集成机器视觉的自动化焊接这一领域已有不少研究成果。卢泉奇等⋯基于Halcon软件处理平台，给出了一种实现工业机器人视觉系统定位的方法，实现了机器人对目标物体的定位抓取；周军等[21针对于PCB焊接工艺中的关键技术——PCB焊点定位，给出了亚像素焊点轮廓检测算法和运动台四轴联动的组合方法，提高了定位精度；许琳等p】基于结构光技术，设

4、计了小型集装箱专用焊接机器人系统，并准确地检测了初始焊点的位置。针对银网焊点定位这道特殊工序，运用镜头畸变校正和标定板手眼标定实现图像坐标与机器人坐标的精确转换，并利用Blob分析消除图像形态缺陷，提取符合要求的ROI，再采用基于形状的模板匹配与最值提取算法精确获取中心圆环内均匀分布的4个焊点位置，可以有效克服光照因素、样品变形造成的定位困难，符合生产要求。系统方案设计本系统基于机器人视觉，在工业相机采集到传送带送来的银网样品图像后，针对银网焊接工艺要求，工控机采用精确可靠的图像处理识别定位焊点位置，并通过对相机内外参数的

5、标定，返回给机器人世界坐标系下的位置，以实现机器人精确识别定位焊接的目的。图l和图2分别展融。tb。№l。。，机器人技术、【k相机图1系统组成Fig．1Systemcomposition机器人图2系统工作流程Fig．2Workingprocessofthesystem示了系统组成和工作流程。相机镜头畸变校正对工业相机镜头的畸变进行校正，本质就是对相机进行内参数标定。畸变校正后的相机的内参数，主要包括焦距厂、图像坐标系下像的放大系数h及图像坐标系在像素坐标系的位置坐标信息。畸变校正通常需要采用参数规范化的标定板，其外观如图3

6、所示。在视觉软件建立数据模型并载入标定板规格信息及相机初始内参数后，利用黑色圆点图像中心坐标聊：和通过投影计算得到的圆点中心坐图3标定板外观Fig．3Appearanceofthecalibrationplate标正(Mr，c)之间距离的最小化，可确定出内参数的唯一校正解。联合求解式如下：d(c)=∑∑IIm。一正(尬，c)

7、12一(d(饥。j=li=1(1)式中，，为载人图像数目，r为一幅图像中的黑色圆点数目。机器人动态视觉手眼标定1标定思路摄像机标定时，虽然也可以获得摄像机的外参数，但这只是标定用的靶标(标定板)坐标系

8、相对于摄像机坐标系之间的关系【4】。在本应用中，还需要进行机器人手眼(eye—in—hand)标定【5】，即求取的是相机坐标系相对于运动轴的关系，进一步得出图像像素坐标系与世界坐标系的转换关系，实现机器人视觉系统的精确定位，这也是实现银网焊点定位的关键步骤之一。2标定流程如图4所示，机器人手眼视觉系统中，各坐标系之间有如下关系：“”H,o。l=“。H。m×o”Hc“)_1×一日。l(2)其中，机器人基坐标系与末端运动轴位置关系矩阵h”E训可由机器人内『i1=『善吕车1[芰；茎]c3，f荤]=【喜喜喜荤1f荤1”R阱m。槲4

9、，“”日H。I’”1H。图4机器人手眼视觉系统Fig．4Roboteye-in-handvisionsystem2017年第9期·航空制造技术51钐论坛嘲uM一一图5不同拍照位姿下的标定板图像Fig．5Imagesofcalibrationplateindifferentcamerapose。“日t。。