一种基于旋转点胶装置的视觉定位纠偏方法与流程

本发明属于机械加工纠偏领域，具体地说，涉及一种旋转点胶装置及其视觉定位纠偏方法。

背景技术：

传统的针头旋转的点胶设备都是通过针头来示教，效率很低，也不方便操作。同时现在越来越多的场合对精度的需求更高，且对于加工速度更快的喷射阀，是不能通过针头来示教的。

目前市面上的针头旋转机型都是通过针头来示教，操作员需要同时盯着设备和示教盒进行操作，操作复杂且效率低。同时，产品加工精度受治具以及产品位置影响极大，加工精度较低，如果产品放置的位置偏差较大，可能导致产品报废。由于对产品本身姿态要求很高，一般每次治具上只能固定一个产品，加工效率低。

而且相对于针头来说，喷射阀对于角度的控制要求更加高，点胶时，针头出现偏差，只要针头还是对准点胶点的，则对于一个点胶点来说，实际点胶出来的结果是没有区别的，而对于喷射阀来说，当角度发生偏移，点胶最终的位置点与目标点胶点就好有更大的偏差了。

技术实现要素：

本发明基于现有的针头旋转点胶机示教效率和加工精度低、且无法对喷射阀进行纠偏的问题，提出了一种基于旋转点胶装置的视觉定位纠偏方法，提高了针头旋转点胶机的加工效率和加工精度，且能适用于喷射阀和针头示教及点胶。

本发明具体通过以下内容实现：

一种基于旋转点胶装置的视觉定位纠偏方法，基于旋转点胶装置实现，包括以下步骤：

步骤s1.标定旋转轴阀的阀中心和相机的中心的相对位置关系；

步骤s2.根据步骤s1.标定的相对位置关系进行相机和点胶阀的点胶点的坐标转换；

步骤s3.根据点胶阀与产品的位置关系进行视觉定位纠偏；

所述旋转点胶装置包括本体、x轴阀、y轴阀、z轴阀、旋转轴阀、点胶阀、操作台、固定杆、相机和控制设备；所述x轴阀包括x轴电机和x轴丝杆；所述y轴阀包括y轴电机和y轴丝杆；所述z轴阀包括z轴电机和z轴丝杆；所述旋转轴阀包括旋转电机、旋转轴和固定板架；所述本体包括底座、左支撑杆和右支撑杆；所述控制设备包括控制器和显示器；

所述左支撑杆、右支撑杆沿z轴竖直设置在水平放置的底座上，左支撑杆和右支撑杆的上端部分别与x轴阀的两端相连接；

所述x轴阀与z轴阀成十字型连接；所述x轴电机通过x轴丝杆控制z轴阀在x轴方向上的移动；

所述z轴阀与旋转轴阀竖直沿z轴方向相连接；所述z轴电机通过z轴丝杆控制旋转轴阀在z轴方向上的移动；

所述旋转轴阀通过固定杆与点胶阀相连接；所述旋转电机通过旋转轴控制固定杆带动点胶阀进行旋转；

所述y轴阀沿y轴方向安装在底座上；所述操作台与底座通过y轴阀相连接，操作台面为一个水平的面；所述y轴电机通过y轴丝杆控制操作台沿y轴方向移动；

所述相机安装在旋转轴阀的固定板架上，方向与旋转轴阀平行，与x轴成垂直，相机带摄像头的一端朝向z轴负方向对向操作台；

所述控制设备与x轴电机、y轴电机、z轴电机、旋转电机和相机相连接；所述控制器控制x轴电机、y轴电机、z轴电机、旋转电机和相机进行点胶示教和实际点胶；所述显示器显示点胶示教的模拟轨迹、实际点胶时的真实轨迹和点胶成品实物图；

所述点胶阀内设置有点胶阀电机和点胶阀丝杆；所述点胶阀电机与控制设备相连接，通过点胶阀丝杆控制点胶阀头的伸缩；

所述点胶阀为点胶针阀或点胶喷射阀。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s1.具体包括以下步骤：

步骤s1.1.定义相机的中心点为中心点c；将x轴电机、y轴电机、z轴电机保持不工作，由旋转电机工作，控制固定杆带动点胶阀分别相对于点胶阀初始位置旋转0°标记出点a、旋转120°标记出点b、旋转240°标记出点c，将点a、点b、点c三点相连形成一个圆心为点o的圆；记录此刻中心点c在xy平面上的坐标c1（x1，y1）；

步骤s1.2.将中心点c移动来分别对准点a、点b、点c，记录下中心点c对准点a时的坐标c2（x2，y2）、中心点c对准点b时的坐标c3（x3，y3）、中心点c对准点c时的坐标c4（x4，y4）；

步骤s1.3.定义旋转轴阀的阀中心为中心点f；通过步骤s1.2.中求得的坐标c2（x2，y2）、坐标c3（x3，y3）、和坐标c4（x4，y4），可求得在进行步骤s1.1.时圆心点o的坐标，即中心点f在xy平面上的坐标f5（x5，y5）；

步骤s1.4.定义旋转轴阀的中心点f和相机的中心点c在x轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsetx、在y轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsety；根据坐标c1（x1，y1）和坐标f5（x5，y5）计算出m_dbvalveoffsetx和m_dbvalveoffsety。

为了更好地实现本发明，进一步地，还定义点胶阀的点胶点为点胶点z、定义在点胶阀旋转0°时，点胶点z与中心点f在x轴上的偏差分量为m_foffsetzeroposw_x、定义在点胶阀旋转0°时，点胶点z与中心点f在y轴上的偏差分量为m_foffsetzeroposw_y；根据步骤s1.3.中的坐标c2（x2，y2）和步骤s1.4.中的坐标f5（x5，y5）求得m_foffsetzeroposw_x和m_foffsetzeroposw_y；同时根据m_foffsetzeroposw_x和m_foffsetzeroposw_y求得点胶阀的旋转半径的长度l。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s2.具体包括以下步骤：

步骤s2.1.进行一次示教操作，选择一个示教点，定义该示教点为点d；

步骤s2.2.将中心点f对准点d，记录此刻中心点c的坐标c6（x6，y6），并根据步骤所求出的s1.4.旋转轴阀的中心点f和相机的中心点c在x轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsetx、在y轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsety换算出此时中心点对准点d的坐标f7（x7，y7）；

步骤s2.3.将点胶阀的点胶点z对准点d，此时点胶点z的坐标即为坐标f7（x7，y7），得到此时中心点c的坐标c8（x8，y8）根据步骤s1.5.求得的m_foffsetzeroposw_x和m_foffsetzeroposw_y换算出此时中心点f的坐标f9（x9，y9）；

步骤s2.4.定义点胶阀旋转的角度为dbangle_w；根据数学变换求得将点胶阀旋转dbangle_w时旋转轴阀的中心点f的坐标f10（x10，y10）；

步骤s2.5.换算出相机的相机中心点c与点胶点z之间的转换关系。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s3.具体包括以下步骤：

步骤s3.1.在需要点胶的产品上设置标记点胶点b，定义在示教过程中标记点胶点b的对应位置点为示教标记点胶点b’；

步骤s3.2.计算出实际点胶时的标记点胶点b与示教标记点胶点b’在x轴上的偏差ccdoffset_x、在y轴上的偏差ccdoffset_y；

步骤s3.3.在要求加工时点胶阀与产品的夹角为特定角度时，当产品位置产生角度误差θ，调整点胶阀的位置后，重新调整点胶阀与产品的夹角角度。

为了更好地实现本发明，进一步地，当点胶阀为点胶针阀时，点胶点z为点胶针阀的针头；当点胶阀为点胶喷射阀时，点胶点z通过以下步骤确定：

步骤一：确定点胶喷射阀的喷射点p；

步骤二：定义一个固定的距离h，所述h即为喷射点p与点胶喷射阀的点胶点z沿喷射阀射线方向上的距离；

步骤三：通过距离h和喷射点p确定点胶喷射阀的点胶点z；

同时在实际点胶的时候，使用激光测高仪来对点胶喷射阀实际点胶过程中的距离h进行调整。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

1）能够实现对点胶喷射阀的示教和纠偏，且本算法可兼容点胶针阀和点胶喷射阀；

2）通过相机示教，再将相机示教点胶点转换为实际点胶点，并算入了转换角度偏差，提高了示教效率和加工精度。

附图说明

图1为中心点f、中心点c和点z位置示意图；

图2为旋转点胶装置立体图；

图3为旋转点胶装置主视图；

图4为步骤s1.1-s1.4示意图；

图5为步骤s1.5平面示意图；

图6为求旋转半径长度l示意图；

图7为步骤s2.1-s2.1示意图；

图8为步骤s2.3示意图；

图9为步骤s2.4示意图；

图10为步骤s2.4示意图；

图11为标准示教时点胶阀与产品点胶点位置角度示意图；

图12为现实加工点胶阀纠偏示意图；

图13为通过距离h确定点胶喷射阀的点胶点z。

其中：1、本体；2、x轴阀；3、y轴阀；4、z轴阀；5、旋转轴阀；6、x轴电机；7、y轴电机；8、z轴电机；9、旋转电机；10、x轴丝杆；11、y轴丝杆；12、z轴丝杆；13、旋转轴；14、点胶阀；15、操作台；16、固定杆；17、底座；18、左支撑杆；19、右支撑杆；20、相机；21、点胶阀电机；22、点胶阀丝杆；23、固定板架。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种基于旋转点胶装置的视觉定位纠偏方法，如图1、图2和图3所示，本方法基于旋转点胶装置实现，包括以下步骤：

步骤s1.标定旋转轴阀5的阀中心和相机20的中心的相对位置关系；

步骤s2.根据步骤s1.标定的相对位置关系进行相机20和点胶阀14的点胶点的坐标转换；

步骤s3.根据点胶阀14与产品的位置关系进行视觉定位纠偏；

所述旋转点胶装置包括本体1、x轴阀2、y轴阀3、z轴阀4、旋转轴阀5、点胶阀14、操作台15、固定杆16、相机20和控制设备；所述x轴阀2包括x轴电机6和x轴丝杆10；所述y轴阀3包括y轴电机7和y轴丝杆11；所述z轴阀4包括z轴电机8和z轴丝杆12；所述旋转轴阀5包括旋转电机9、旋转轴13和固定板架23；所述本体1包括底座17、左支撑杆18和右支撑杆；所述控制设备包括控制器和显示器；

所述左支撑杆18、右支撑杆19沿z轴竖直设置在水平放置的底座17上，左支撑杆18和右支撑杆19的上端部分别与x轴阀2的两端相连接；

所述x轴阀2与z轴阀4成十字型连接；所述x轴电机6通过x轴丝杆10控制z轴阀4在x轴方向上的移动；

所述z轴阀4与旋转轴阀5竖直沿z轴方向相连接；所述z轴电机8通过z轴丝杆12控制旋转轴阀5在z轴方向上的移动；

所述旋转轴阀5通过固定杆16与点胶阀14相连接；所述旋转电机9通过旋转轴13控制固定杆16带动点胶阀14进行旋转；

所述y轴阀3沿y轴方向安装在底座17上；所述操作台15与底座17通过y轴阀3相连接，操作台面为一个水平的面；所述y轴电机7通过y轴丝杆11控制操作台15沿y轴方向移动；

所述相机20安装在旋转轴阀5的固定板架23上，方向与旋转轴阀5平行，与x轴成垂直，相机20带摄像头的一端朝向z轴负方向对向操作台15；

所述控制设备与x轴电机6、y轴电机7、z轴电机8、旋转电机9和相机20相连接；所述控制器控制x轴电机6、y轴电机7、z轴电机8、旋转电机9和相机20进行点胶示教和实际点胶；所述显示器显示点胶示教的模拟轨迹、实际点胶时的真实轨迹和点胶成品实物图；

所述点胶阀14内设置点胶阀电机21和点胶阀丝杆22；所述点胶阀电机21与控制设备相连接，通过点胶阀丝杆22控制点胶阀头的伸缩；

所述点胶阀14为点胶针阀或点胶喷射阀。

工作原理：x轴电机6、y轴电机7、z轴电机8、旋转电机9和相机20都与控制设备相连接，控制设备可以对相机的位置进行定位，且控制设备上设置有显示器和控制器，控制器用来控制x轴电机6、y轴电机7、z轴电机8、旋转电机9和相机20的运行，显示器用来显示相机20示教时候的轨迹，以及加工时的图像；xyz轴的电机都可以控制其对应的丝杆来进行点胶时xyz方向上的移动；旋转电机9控制旋转轴13的转动，从而使得点胶阀14可以旋转点胶；

因为相机20的中心和旋转轴阀的中心位置固定，而点胶阀是以旋转轴阀的阀中心为旋转点绕z轴旋转，故可以根据上述关系确定相机和点胶阀的点胶点的位置关系，从而可以实现通过相机示教的功能；并根据点胶阀与产品的位置关系进行视觉定位纠偏。

实施例2：

为了更好地实现本发明，结合图1、图2、图3、图4、和图5所示，进一步地，所述步骤s1.具体包括以下步骤：

步骤s1.1.定义相机20的中心点为中心点c；将x轴电机6、y轴电机7、z轴电机8保持不工作，由旋转电机9工作，控制固定杆16带动点胶阀14分别相对于点胶阀14初始位置旋转0°标记出点a、旋转120°标记出点b、旋转240°标记出点c，将点a、点b、点c三点相连形成一个圆心为点o的圆；记录此刻中心点c在xy平面上的坐标c1（x1，y1）；

步骤s1.2.将中心点c移动来分别对准点a、点b、点c，记录下中心点c对准点a时的坐标c2（x2，y2）、中心点c对准点b时的坐标c3（x3，y3）、中心点c对准点c时的坐标c4（x4，y4）；

步骤s1.3.定义旋转轴阀5的阀中心为中心点f；通过步骤s1.2.中求得的坐标c2（x2，y2）、坐标c3（x3，y3）、和坐标c4（x4，y4），可求得在进行步骤s1.1.时圆心点o的坐标，即中心点f在xy平面上的坐标f5（x5，y5）；

步骤s1.4.定义旋转轴阀5的中心点f和相机20的中心点c在x轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsetx、在y轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsety；根据坐标c1（x1，y1）和坐标f5（x5，y5）计算出m_dbvalveoffsetx和m_dbvalveoffsety。

工作原理：首先如图1所示，确定旋转轴阀5的中心点f、相机20的中心点和点胶阀的点胶点z；用点胶装置的点胶阀14在初始点一个点a，然后旋转120°点一个点b，最后旋转240°点一个点c；先记录相机在点三个点时候的相机中心点c的坐标位置，然后将相机中心依次对准a、b、c三个点，记录三点的坐标位置，通过三个点的坐标位置可以确定圆心的坐标位置，即在点胶阀14点三个点的时候，中心点f在x轴和y轴方向上的坐标，综上便可以算出中心点c和中心点f之间的关系；

实施例3：

为了更好地实现本发明，在上述实施例1-2的基础上，结合图5和图6所示，进一步地，还定义点胶阀14的点胶点为点胶点z、定义在点胶阀14旋转0°时，点胶点z与中心点f在x轴上的偏差分量为m_foffsetzeroposw_x、定义在点胶阀14旋转0°时，点胶点z与中心点f在y轴上的偏差分量为m_foffsetzeroposw_y；根据步骤s1.3.中的坐标c2（x2，y2）和步骤s1.4.中的坐标f5（x5，y5）求得m_foffsetzeroposw_x和m_foffsetzeroposw_y；同时根据m_foffsetzeroposw_x和m_foffsetzeroposw_y求得点胶阀14的旋转半径的长度l。

工作原理：如图5和图6所示，在点胶阀14旋转0°时，根据点胶点z和中心点在x轴上和y轴上的偏差可以求出点胶阀14的旋转半径的长度l。

本实施例的其他部分与上述实施例1-2相同，故不再赘述。

实施例4：

为了更好地实现本发明，结合图7、图8、图9和图10所示，进一步地，所述步骤s2.具体包括以下步骤：

步骤s2.1.进行一次示教操作，选择一个示教点，定义该示教点为点d；

步骤s2.2.将中心点f对准点d，记录此刻中心点c的坐标c6（x6，y6），并根据步骤所求出的s1.4.旋转轴阀5的中心点f和相机20的中心点c在x轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsetx、在y轴上的偏差分量为m_dbvalveoffsety换算出此时中心点对准点d的坐标f7（x7，y7）；

步骤s2.3.将点胶阀14的点胶点z对准点d，此时点胶点z的坐标即为坐标f7（x7，y7），得到此时中心点c的坐标c8（x8，y8）根据点胶点z与中心点f在x轴上的偏差分量m_foffsetzeroposw_x和点胶点z与中心点f在y轴上的偏差分量为m_foffsetzeroposw_y换算出此时中心点f的坐标f9（x9，y9）；

步骤s2.4.定义点胶阀14旋转的角度为dbangle_w；根据数学变换求得将点胶阀14绕点胶点z旋转dbangle_w时点胶阀14的中心点f的坐标f10（x10，y10）；

步骤s2.5.换算出相机20的相机中心点c与点胶点z之间的转换关系。

工作原理：在进行点胶示教的时候，示教点d、中心点f、中心点c和点胶点z的位置如图7所示，因为图7是中心点f对准示教点d，但实际点胶时是点胶点z对准示教点，所以如图8所示，将点胶点z对准示教点d之后，中心点f对准的是点o’，此时可以得到在旋转0°的时候点胶点z和中心点c之间的关系；当旋转轴阀5带动点胶阀14旋转一定角度时，如dbangle_w角度时，如图9所示，此时点胶阀14在旋转dbangle_w角度后，旋转轴阀5的中心点f的坐标为f10（x10，y10），通过运算即可求得相机20的中心点c与点胶点z之间的位置变换关系，具体运算如下所示：

x7=x6-m_dbvalveoffsetx;

y7=y6-m_dbvalveoffsety;

x9=x7-m_foffsetzeroposw_x;

y9=y7-m_foffsetzeroposw_y;

#defineppi3.1415926535897932384626433832795;

#definepi_ag(ppi/180);

#definerotate_x(x,y,a,x1,y1)((x1-x)*cos(a*pi_ag)-(y1-y)*sin(a*pi_ag)+x);//坐标旋转

#definerotate_y(x,y,a,x1,y1)((y1-y)*cos(a*pi_ag)+(x1-x)*sin(a*pi_ag)+y);

x10=rotate_x(x7,y7,dbangle_w,x9,y9);

y10=rotate_y(x7,y7,dbangle_w,x9,y9);

综上，通过相机20的中心点c与旋转轴阀5的中心点f的偏移、旋转轴阀5的中心点f与点胶点z的偏移即可将相机示教的坐标点转换为针头示教的坐标点，进行正常的加工。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3相同，故不再赘述。

实施例5：

为了更好地实现本发明，结合图11和图12所示，进一步地，所述步骤s3.具体包括以下步骤：

步骤s3.1.定义在示教点胶的产品上设置一个标记点胶点b，定义示教时的标记点胶点b对应实际点胶时在产品上的位置点为标记点胶点b’；

步骤s3.2.计算出实际点胶时的标记点胶点b’与示教时的标记点胶点b在x轴上的偏差ccdoffset_x、在y轴上的偏差ccdoffset_y；

步骤s3.3.在要求加工时点胶阀14与产品的夹角为特定角度时，当产品位置产生角度误差θ，调整点胶阀14的位置后，重新调整点胶阀14与产品的夹角角度。

工作原理：如图11所示，在理想加工状态下，点胶阀14是垂直于需要加工的产品的加工面的；如图12所示，在实际点胶过程中，产品很可能会发生位置以及角度的偏移，当只出现位置的偏移时，可以只将点胶阀14同样平移一样的偏移量即可，但一般产品的偏移都是会伴随着角度的偏移的，在产品上设置的标记点胶点应是大于三个数量且不重叠的，如此才能通过示教与实际点胶时标记点胶点的不同来确定产品实际偏移的角度与距离；在产品发生角度偏移后，如图12所示，需要对点胶阀14偏移的角度θ进行纠正才能进行正确的点胶：

point_3dptteachpos;//示教点胶标记点初始坐标

douledbteachposw;//示教的旋转轴角度

point_3dptteachpos_work;//示教点纠偏后坐标

douledbteachposw_work;//纠偏后旋转轴角度

point_3dptmodepos_;//模板中心坐标；

和常规机型一样，我们先通过视觉模块定位产品上的mark点，计算出加工时产品的mark点和示教建模时mark点的x,y偏差ccdoffset_x,ccdoffset_y，以及角度偏差ccdoffset_angle；x,y偏差及角度偏差都是相对于模板中心的偏差量，此视觉算法在常规三轴设备上已经使用较多，不详细说明；示教的点胶标记点的旋转偏移量和实际的点胶标记点的旋转偏移量一致

ptteachpos_work.x=rotate_x(ptmodepos.x,ptmodepos.y,ccdoffset_angle,ptteachpos.x,ptteachpos.y);

ptteachpos_work.y=rotate_y(ptmodepos.x,ptmodepos.y,ccdoffset_angle,ptteachpos.x,ptteachpos.y);//先旋转

ptteachpos_work.x=ptteachpos_work.x+ccdoffset_x；

ptteachpos_work.y=ptteachpos_work.y+ccdoffset_y；//再偏移

最后实现点胶阀14的纠偏。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4相同，故不再赘述。

实施例6：

为了更好地实现本发明，进一步地，当点胶阀14为点胶针阀时，点胶点z为点胶针阀的针头；当点胶阀14为点胶喷射阀时，点胶点z通过以下步骤确定：

步骤一：确定点胶喷射阀的喷射点p；

步骤二：定义一个固定的距离h，所述h即为喷射点p与点胶喷射阀的点胶点z沿喷射阀射线方向上的距离；

步骤三：通过距离h和喷射点p确定点胶喷射阀的点胶点z；

同时在实际点胶的时候，使用激光测高仪来对点胶喷射阀实际点胶过程中的距离h进行调整。

工作原理：当点胶阀14为点胶喷射阀的时候，因为点胶喷射阀的喷嘴即喷射点p，并不直接接触点胶的产品面，所以不能直接确定点胶喷射阀的点胶点z，所以通过设定一个固定的点胶喷射阀的喷嘴与点胶产品上的点胶处的距离，从而即可确定出点胶喷射阀的点胶点z。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。