基于视觉技术改进的机器人异型件插装系统的优化研究

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1、基于视觉技术改进的机器人异型件插装系统的优化研究徐斌曹润宁机械科学研究总院机科发展科技股份有限公司摘要：本文结合PCB板异型电子元器件机器人自动插装系统的优化需求，通过对机器视觉系统标定方法的优化和单视觉系统多信息获取方法的应用，有效地提升了机器人插装系统的标定效率、插装精度、工作效率和可靠性。关键词：机器视觉;标定;单相机多信息获取;机器人插装;收稿日期：2017-08-02Received：2017-08-021引言随着智能制造技术的不断发展，各生产企业在机器人代替人工生产方面不断加大投入，智能机器人技术、高精尖传感技术、机器视觉检测等技术都在得到充分拓展和应用

2、。作为设备的主要感知系统，机器视觉系统成为自动化智能设备的标准配置。典型机器视觉系统由硬件和软件两大部分组成，其中硬件部分包括光源、照相机、交互机等，软件部分括控制程序、分析程序等，由其构建起智能设备对客观事物进行观察与分析的系统。机器视觉系统将判断结果输出并指导机械执行机构进行预设操作。经过五十多年的发展，机器视觉己由最初的简单二维图像分析，发展到现在的多维度多信息获取，并在精密检测、自动检测、医疗图像分析等领域中发挥着重要作用。木文通过使用工件和目标位双定位视觉系统的方法实现视觉系统的快速标定，解决了原有机器人视觉系统标定过程中存在的标定时间长、精度低等问题。针

3、对提升异型原件自身缺陷的识别能力的问题，提出丫单相机多信息获取的方法，能够在保证精度耍求的前提下，有效实现对目标物的多信息可靠获取。通过对机器人视觉系统的标定方法和目标物识别方法的改进，有效提升了机器人插装系统的视觉标定效率、标定精度，有效改善了异型元件的抛料率，整体提升了机器人插装系统的工作效率和可靠性。2双定位标定方法机器人插装系统采用双照相机拍照方式进行异形元器件插装，需进行元器件优劣检测和0标位置拍照定位，采用顶部和底部相机相协作的方式进行视觉识别。顶部相机负责目标位置识别定位，底部相机负责异型元器件优劣检测。顶部相机系统如阁1所示。相机系统安装于机器人执行

4、机构末端，其功能是对待插装PCB板进行目标位罝获取及定位。此设计避免了照和机a、光源b、抓取头c之间的相互干扰。相机a中心轴需与抓取头c中心轴重合，降低后续旋转操作中纵坐标偏移误差。底部相机系统如图1所示，相机系统安装于底座上端，其主要功能是对抓取起来的元器件进行管脚识别检测。使用碗状光源e增强光汇聚能力，提升照射强度，降低拍摄过程中阴影干扰。相机d中心轴垂直向上重合于光源e中心轴，最大限度的捕捉光强最大点。图1顶部和底部相机系统下载原图双照相机所在设备共包含三种坐标系:机器人坐标系、顶部相机坐标系、底部相机坐标系。机器人为设备的执行机构，为简化运算复杂度，归一多坐

5、标系于机器人坐标系。三染标系均垂直于地面，即纵染标重合，在后期转换中只转换水平面坐标即町实现坐标系的归一。标定操作采用九点移动取样，以降低传统四点移动取样因取样点少而不能有效降低机器人移动误差的缺陷。通过机器人移动控制相机对标定点进行等间距水平和竖直移动构成九点矩阵，如图2所示。图2九点法所获图像下载原图设任意标定点在机器人坐标系下坐标为Q（u，v），在底部相机坐标系下的坐标为P（X，y）。则归一坐标系统的转换公式为：比例放大参数矩阵:通过底部相机坐标系归一到机器人坐标系中，可以将拍摄的元器件管脚在底部和机中的位罝信息和图像信息，经过处理后转化到机器人坐标系中。顶部

6、和机的坐标归一方法和公式，与底部相机的一致，只是在拍照过程中顶部相机拍摄目标位置PCB板上面的两个标定点，如图3所示，对PCB进行标定定位。此方法可以保证在PCB停止位有一定偏差的情况下依然可以找到待插装目标孔的坐标。图3顶部相机坐标系及标定点取样照片下载原图六点旋转法即通过机器人带动顶部相机以机器人末梢旋转自由度为中心进行等夹角旋转，顶部相机标定时标定闘置于水平固定面，底部相机标定时标定闘固定于顶部相机镜头前水平面。阁4为均匀分布六点圆心拟合所获阁像。通过最小二乘法的圆心拟合，得出摄像机的圆心，即为摄像机坐标系下的圆心所在位罝。再结合上面所述的坐标归一方法即可将三

7、种坐标系归一到一种坐标系，在后续的计算运算屮，只需依照此运算套用即可。图4均匀分布六点圆心拟合所获图像下载原图通过Labview的平台支撑，成用归一多坐标系与多点位最小二乘拟合方法的双照相机标定方法，实现现场快速标定及程序内部坐标转换，降低后续程序运算的压力。一次标定即可满足后续不同元件的插装识别需求，且标定点易得，只需在A4纸上画一黑点即可进行标定工作，适应各种现场的快速标定使用。通过以上方法进行多次标定操作可见标定误差如图5和图6所示。图5顶部摄像机标定误差对照表下载原图图6底部摄像机圆心标定误差下载原图3单相机多信息获取革相机多信息的主耍实现方式是通过平面