一种吸附装置的视觉测量系统及其测量方法
【专利摘要】本发明属于工业测量【技术领域】，提供了一种吸附装置的视觉测量系统及其测量方法。该系统及方法是利用视觉成像系统采集吸子沿垂直方向降落过程中或吸子转动过程中的图像，之后由主机对图像中吸子的中心点进行分析，以识别出吸附装置的垂直度或旋转同心度是否出现偏差并显示结果。相对于现有的轮廓投影测量仪，可实现垂直度或旋转同心度的自动化测量，从而提高了测量效率，并提高了测量精度和测量结果的准确度，有利于工业上的广泛应用。
【专利说明】一种吸附装置的视觉测量系统及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业测量【技术领域】，尤其涉及一种吸附装置的视觉测量系统及其测量方法。
【背景技术】
[0002]吸附装置广泛应用在各类工业设备中，可用于实现对加工物件的传输，其通常固定在三维移动工作台上，可沿三维轴向运动并围绕自身的中心轴旋转。
[0003]如图1示出了现有技术提供的吸附装置的典型安装结构图。其中，吸附装置I的底部设置有用于吸附物体的吸子11，吸附装置I通过随动机构2固定在三维移动工作台垂直方向的Z轴支架3内部，随动机构2可在Z轴支架3内部沿垂直方向的Z轴进行上下运动；Z轴支架3可沿三维移动工作台上水平方向的X轴支架4进行左右运动；X轴支架4可沿三维移动工作台的Y轴支架5进行前后运动，从而实现了吸附装置I的三维轴向运动。同时，吸附装置I还可带动吸子11围绕吸附装置I的中心轴旋转。
[0004]可见，为了保证设备精度，要求吸附装置与垂直方向的夹角(即吸附装置的垂直度的偏差)为0，同时要求吸附装置的中心轴与吸子的中心轴之间的偏移量(即吸附装置的旋转同心度的偏差)为0，否则，将影响整个系统的运行性能，因此，有必要对吸附装置的垂直度和旋转同心度进行测量，以保证设备精度。
[0005]现有技术采用轮廓投影测量仪实现对吸附装置的垂直度和旋转同心度的测量。具体而言，该系统是将吸附装置投影到二维标尺的屏幕上，通过人工观察求解垂直度和旋转同心度，虽然测量精度高，但测量时需要对投影图像进行调整，测量效率低，一般仅用于抽样检验，无法实现广泛的工业应用。
【发明内容】
[0006]本发明实施例的目的在于提供一种吸附装置的视觉测量系统，旨在解决现有技术采用轮廓投影测量仪实现对吸附装置的垂直度和旋转同心度的测量，测量效率低，无法实现广泛的工业应用的问题
[0007]本发明实施例是这样实现的，一种吸附装置的视觉测量系统，所述系统包括:
[0008]设置在吸附装置底部吸子与操作台面之间的视觉成像系统，所述视觉成像系统的图像中心轴与所述吸附装置的中心轴平行，用于采集所述吸子沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中的第一组图像，或采集所述吸子转动过程中的第二组图像，所述第一组图像或所述第二组图像包括多幅图像；
[0009]主机，用于从所述第一组图像或所述第二组图像的每幅图像中提取出所述吸子的中心点，并得到所述中心点在相应图像中的坐标值，之后根据所述第一组图像中的各中心点的坐标值、识别所述吸附装置的垂直度是否存在偏差，或根据所述第二组图像中的各中心点的坐标值、识别所述吸附装置的旋转同心度是否存在偏差，并显示识别结果。
[0010]本发明实施例的另一目的在于提供一种如上所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，所述方法包括以下步骤:
[0011]视觉成像系统采集吸子沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中的第一组图像，或采集所述吸子转动过程中的第二组图像，所述第一组图像或所述第二组图像包括多幅图像；
[0012]主机从所述第一组图像或所述第二组图像的每幅图像中提取出所述吸子的中心点，并得到所述中心点在相应图像中的坐标值；
[0013]所述主机根据所述第一组图像中的各中心点的坐标值、识别吸附装置的垂直度是否存在偏差，或根据所述第二组图像中的各中心点的坐标值、识别所述吸附装置的旋转同心度是否存在偏差，并显示识别结果。
[0014]本发明提供的吸附装置的视觉测量系统及其测量方法是利用视觉成像系统采集吸子沿垂直方向降落过程中或吸子转动过程中的图像，之后由主机对图像中吸子的中心点进行分析，以识别出吸附装置的垂直度或旋转同心度是否出现偏差并显示结果。相对于现有的轮廓投影测量仪，可实现垂直度或旋转同心度的自动化测量，从而提高了测量效率，并提高了测量精度和测量结果的准确度，有利于工业上的广泛应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是现有技术提供的吸附装置的典型安装结构图；
[0016]图2是本发明实施例一提供的吸附装置的视觉测量系统的结构图；
[0017]图3是本发明实施例二提供的吸附装置的视觉测量系统的测量方法的流程图；
[0018]图4是本发明实施例二中，吸附装置的视觉测量系统进行垂直度测量时的详细流程图；
[0019]图5a是本发明实施例二中，第一组图像中的一幅图像的示意图；
[0020]图5b是本发明实施例二中，第一组图像中的另一幅图像的示意图；
[0021]图5c是本发明实施例二中，第一组图像中的再一幅图像的示意图；
[0022]图6是本发明实施例二中，拟合成的垂直度曲线的实例图；
[0023]图7是本发明实施例二中，吸附装置的视觉测量系统进行旋转同心度测量时的详细流程图；
[0024]图8是本发明实施例二中，吸附装置的视觉测量系统进行旋转同心度测量时的测量原理图；
[0025]图9a是本发明实施例二中，第二组图像中的一幅图像的示意图；
[0026]图9b是本发明实施例二中，第二组图像中的另一幅图像的示意图；
[0027]图9c是本发明实施例二中，第二组图像中的再一幅图像的示意图；
[0028]图10是本发明实施例二中，旋转同心度曲线上每一点在世界坐标系的投影实例图。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种吸附装置的视觉测量系统及其测量方法，该系统及方法是利用视觉成像系统采集吸子沿垂直方向降落过程中或吸子转动过程中的图像，之后由主机对图像中吸子的中心点进行分析，以识别出吸附装置的垂直度或旋转同心度是否出现偏差并显示结果。以下将结合实施例详细说明本发明的实现方式:
[0031]实施例一
[0032]本发明实施例一提出了一种吸附装置的视觉测量系统，如图2所示，为了便于说明，仅不出了与本发明实施例一相关的部分。
[0033]详细而言，本发明实施例一提供的吸附装置的视觉测量系统包括:设置在吸子11与操作台面之间的视觉成像系统，视觉成像系统的图像中心轴与吸附装置I的中心轴平行，用于采集吸子11沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中的第一组图像，或采集吸子11转动过程中的第二组图像，第一组图像或第二组图像包括多幅图像；主机8，用于从视觉成像系统采集的第一组图像或第二组图像的每幅图像中提取出吸子11的中心点，并得到中心点在相应图像中的坐标值，之后根据第一组图像中的各中心点的坐标值、识别吸附装置I的垂直度是否存在偏差，或根据第二组图像中的各中心点的坐标值、识别吸附装置I的旋转同心度是否存在偏差，并显示识别结果。
[0034]其中，视觉成像系统可包括:放置在操作台面上的相机和镜头7，相机和镜头7的中心轴与吸附装置I的中心轴平行；设置在吸子11与相机和镜头7之间的光源6，用于向吸子11提供照明，以保证视觉成像系统采集到的图像清晰。
[0035]进一步地，主机8还可用于将第一组图像中的各中心点坐标拟合成一垂直度曲线并显示，之后根据最高位置的高度、最低位置的高度、最高位置的中心点在世界坐标系的坐标与最低位置的中心点在世界坐标系的坐标之间的偏移量，计算吸子11的中心轴与垂直方向的夹角大小并显示。
[0036]进一步地，主机8还可用于将第二组图像中的各中心点坐标拟合成一旋转同心度曲线并显示，之后根据第二组图像中各中心点在世界坐标系的投影坐标、以及吸附装置I的中心轴在世界坐标系的投影坐标，计算吸子11的中心点相对吸附装置的中心轴的偏移量并显示。
[0037]本发明实施例一提供的吸附装置的视觉测量系统利用视觉成像系统采集吸子沿垂直方向降落过程中或吸子转动过程中的图像，之后由主机8对图像中吸子的中心点进行分析，以识别出吸附装置的垂直度或旋转同心度是否出现偏差并显示结果。相对于现有的轮廓投影测量仪，可实现垂直度或旋转同心度的自动化测量，从而提高了测量效率，并提高了测量精度和测量结果的准确度，有利于工业上的广泛应用。同时，主机8还可进一步计算并显示吸子11的中心轴与垂直方向的夹角大小或吸子11的中心点相对吸附装置的中心轴的偏移量，现场操作人员可根据显示的具体数值对吸附装置I进行校正，直至显示的具体数值满足要求为止，因而进一步提高了系统的操作性能。
[0038]实施例二
[0039]本发明实施例二提出了一种如上实施例一所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法,如图3所示,包括:
[0040]步骤S1:视觉成像系统采集吸子沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中的第一组图像，或采集吸子转动过程中的第二组图像。
[0041]步骤S2:主机从第一组图像或第二组图像的每幅图像中提取出吸子的中心点，并得到中心点在相应图像中的坐标值。
[0042]步骤S3:主机根据第一组图像中的各中心点的坐标值、识别吸附装置的垂直度是否存在偏差，或根据第二组图像中的各中心点的坐标值、识别吸附装置的旋转同心度是否存在偏差，并显示识别结果。
[0043]以下将分别阐述系统进行垂直度测量和旋转同心度测量时，步骤SI至步骤S3的详细流程:
[0044]当吸附装置的视觉测量系统进行垂直度测量时，如图4所示，此时，步骤SI具体为:视觉成像系统采集吸子沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中的第一组图像；步骤S2具体为:主机从第一组图像的每幅图像中提取出吸子的中心点，并得到中心点在相应图像中的坐标值；步骤S3包括以下步骤:
[0045]S31:主机判断第一组图像中的各中心点的坐标值是否一致，是则执行步骤S32，否则执行步骤S33。
[0046]S32:主机识别吸附装置的垂直度不存在偏差，并显示识别结果。
[0047]S33:主机识别吸附装置的垂直度存在偏差，并显示识别结果。
[0048]此时，进一步地，在步骤S33之后，该方法还可包括:
[0049]步骤S4:主机将第一组图像中的各中心点坐标拟合成一垂直度曲线并显示。
[0050]更进一步地，在步骤S4之后，该方法还可包括:
[0051]步骤S5:主机根据最高位置的高度、最低位置的高度、最高位置的中心点在世界坐标系的坐标与最低位置的中心点在世界坐标系的坐标之间的偏移量，计算吸子的中心轴与垂直方向的夹角大小并显不。
[0052]举例来说，若最高位置距离操作台面的垂直高度为hl，最低位置距离操作台面的垂直高度为h2，且第一组图像包括nl幅图像，nl为正整数，则首先在步骤SI中，视觉成像系统在吸子沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中，每隔(hl-h2)/nl的距离采集一幅图像。例如,若η I=3, h 1-h2=15mm,则视觉成像系统在吸子每下降5_时采集一幅图像，其中，在下降5mm时采集的一幅图像实例如图5a所示，在下降1mm时采集的另一幅图像实例如图5b所示，在下降15mm时采集的再一幅图像实例如图5c所示。之后，在步骤S2中，主机从第一组图像的每幅图像中提取出吸子的中心点，并得到中心点在相应图像中的坐标值。之后，在步骤S3中，主机通过判断各中心点的坐标值是否一致，识别吸附装置的垂直度是否存在偏差并显示最终的识别结果。在步骤S4中，主机将第一组图像中的各中心点坐标拟合成如图6所示的垂直度曲线并显示。之后，在步骤S5中，主机根据最高位置的高度h1、最低位置的高度h2和垂直度曲线上最高位置在世界坐标系的坐标与最低位置在世界坐标系的坐标之间的偏移量ΛΧ，计算吸子的中心轴与垂直方向的夹角大小并显示，假设该夹角为 Θ,则 Θ=arctan ( Δ X/ (hl_h2))。
[0053]当吸附装置的视觉测量系统进行旋转同心度测量时，如图7所示，此时，步骤SI具体为:在吸附装置的中心轴与垂直方向平行且吸附装置的中心轴延伸线经过视觉成像系统的图像中心时，视觉成像系统采集吸子转动过程中的第二组图像；步骤S2具体为:主机从第二组图像的每幅图像中提取出吸子的中心点，并得到中心点在相应图像中的坐标值；步骤S3包括以下步骤:
[0054]S34:主机判断第二组图像中的各中心点的坐标值是否一致，是则执行步骤S35，否则执行步骤S36。
[0055]S35:主机识别吸附装置的旋转同心度不存在偏差，并显示识别结果。
[0056]S36:主机识别吸附装置的旋转同心度存在偏差，并显示识别结果。
[0057]此时，进一步地，在步骤S36之后，该方法还可包括:
[0058]步骤S6:主机将第二组图像中的各中心点坐标拟合成一旋转同心度曲线并显示。
[0059]更进一步地，在步骤S6之后，该方法还可包括:
[0060]步骤S7:主机根据第二组图像中各中心点在世界坐标系的投影坐标、以及吸附装置的中心轴在世界坐标系的投影坐标，计算吸子的中心点相对吸附装置的中心轴的偏移量并显示。
[0061]举例来说，首先，调节吸附装置沿左右方向的X轴运动，使得吸附装置的中心轴与垂直方向平行且吸附装置的中心轴延伸线经过视觉成像系统的图像中心，如图8所示，其中的A为吸附装置的中心轴，其中的B为吸子的中心轴，A与B之间沿X轴方向的距离Ad为吸子的中心点相对吸附装置的中心轴的偏移量，该值用以表征吸附装置的旋转同心度的偏差值。之后，在步骤SI中，视觉成像系统采集吸子转动过程中的第二组图像，若第二组图像包括π2幅图像，η2为正整数，则视觉成像系统具体是在吸子转动过程中每转过360/η2度采集一幅图像，取其中三幅图像，其中当吸子转过20度时图像实例如图9a所示，其中当吸子转过60度时图像实例如图9b所示，其中当吸子转过330度时图像实例如图9c所示。之后，在步骤S2中，主机从第二组图像的每幅图像中提取出吸子的中心点，并得到中心点在相应图像中的坐标值。之后，在步骤S3中，主机通过判断各中心点的坐标值是否一致，识别吸附装置的旋转同心度是否存在偏差并显示最终的识别结果。在步骤S6中，主机将第二组图像中的各中心点坐标拟合成旋转同心度曲线并显示。之后，在步骤S7中，主机根据第二组图像中各中心点在世界坐标系的投影坐标、以及吸附装置的中心轴在世界坐标系的投影坐标，计算吸子的中心点相对吸附装置的中心轴的偏移量△(!并显示，如图10所示，其中ΔΧ1为吸子的中心点沿X轴方向的偏移量，Λ Yl为吸子的中心点沿Y轴方向的偏移量。
[0062]本发明实施例二提供的吸附装置的视觉测量系统的测量方法利用视觉成像系统采集吸子沿垂直方向降落过程中或吸子转动过程中的图像，之后由主机对图像中吸子的中心点进行分析，以识别出吸附装置的垂直度或旋转同心度是否出现偏差并显示结果。相对于现有采用轮廓投影测量仪的测量方式，可实现垂直度或旋转同心度的自动化测量，从而提高了测量效率，并提高了测量精度和测量结果的准确度，有利于工业上的广泛应用。同时，主机还可进一步计算并显示吸子的中心轴与垂直方向的夹角大小或吸子的中心点相对吸附装置的中心轴的偏移量，现场操作人员可根据显示的具体数值对吸附装置进行校正，直至显示的具体数值满足要求为止，因而进一步提高了系统的操作性能。
[0063]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来控制相关的硬件完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如R0M/RAM、磁盘、光盘等。
[0064]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种吸附装置的视觉测量系统，其特征在于，所述系统包括: 设置在吸附装置底部吸子与操作台面之间的视觉成像系统，所述视觉成像系统的图像中心轴与所述吸附装置的中心轴平行，用于采集所述吸子沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中的第一组图像，或采集所述吸子转动过程中的第二组图像，所述第一组图像或所述第二组图像包括多幅图像； 主机，用于从所述第一组图像或所述第二组图像的每幅图像中提取出所述吸子的中心点，并得到所述中心点在相应图像中的坐标值，之后根据所述第一组图像中的各中心点的坐标值、识别所述吸附装置的垂直度是否存在偏差，或根据所述第二组图像中的各中心点的坐标值、识别所述吸附装置的旋转同心度是否存在偏差，并显示识别结果。
2.如权利要求1所述的吸附装置的视觉测量系统，其特征在于，所述视觉成像系统包括: 放置在所述操作台面上的相机和镜头，所述相机和镜头的中心轴与所述吸附装置的中心轴平行； 设置在所述吸子与所述相机和镜头之间的光源，用于向所述吸子提供照明。
3.—种如权利要求1或2所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 视觉成像系统采集吸子沿垂直方向从最高位置下降到最低位置过程中的第一组图像，或采集所述吸子转动过程中的第二组图像，所述第一组图像或所述第二组图像包括多幅图像； 主机从所述第一组图像或所述第二组图像的每幅图像中提取出所述吸子的中心点，并得到所述中心点在相应图像中的坐标值； 所述主机根据所述第一组图像中的各中心点的坐标值、识别吸附装置的垂直度是否存在偏差，或根据所述第二组图像中的各中心点的坐标值、识别所述吸附装置的旋转同心度是否存在偏差，并显示识别结果。
4.如权利要求3所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，其特征在于，所述主机根据所述第一组图像中的各中心点的坐标值、识别吸附装置的垂直度是否存在偏差的步骤包括以下步骤: 所述主机判断所述第一组图像中的各中心点的坐标值是否一致，是则识别所述吸附装置的垂直度不存在偏差，并显示识别结果，否则识别所述吸附装置的垂直度存在偏差，并显示识别结果。
5.如权利要求4所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，其特征在于，所述显示识别结果的步骤或所述主机从所述第一组图像的每幅图像中提取出所述吸子的中心点的步骤之后，所述方法还包括以下步骤: 所述主机将所述第一组图像中的各中心点坐标拟合成一垂直度曲线并显示。
6.如权利要求5所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，其特征在于，所述主机将所述第一组图像中的各中心点坐标拟合成一垂直度曲线并显示的步骤之后，所述方法还包括以下步骤: 所述主机根据所述最高位置的高度、所述最低位置的高度、所述最高位置的中心点在世界坐标系的坐标与所述最低位置的中心点在世界坐标系的坐标之间的偏移量，计算所述吸子的中心轴与垂直方向的夹角大小并显示。
7.如权利要求3所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，其特征在于，所述根据所述第二组图像中的各中心点的坐标值、识别所述吸附装置的旋转同心度是否存在偏差，并显示识别结果的步骤包括以下步骤: 所述主机判断所述第二组图像中的各中心点的坐标值是否一致，是则识别所述吸附装置的旋转同心度不存在偏差，并显示识别结果，否则识别所述吸附装置的旋转同心度存在偏差，并显示识别结果。
8.如权利要求7所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，其特征在于，所述显示识别结果的步骤或所述主机从所述第二组图像的每幅图像中提取出所述吸子的中心点的步骤之后，所述方法还包括以下步骤: 所述主机将所述第二组图像中的各中心点坐标拟合成一旋转同心度曲线并显示。
9.如权利要求8所述的吸附装置的视觉测量系统的测量方法，其特征在于，所述主机将所述第二组图像中的各中心点坐标拟合成一旋转同心度曲线并显示的步骤之后，所述方法还包括以下步骤: 所述主机根据所述第二组图像中各中心点在世界坐标系的投影坐标、以及所述吸附装置的中心轴在世界坐标系的投影坐标，计算所述吸子的中心点相对所述吸附装置的中心轴的偏移量并显示。
【文档编号】G01B11/26GK104422402SQ201310400420
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】舒远, 王光能, 闫静, 米野, 高云峰 申请人:大族激光科技产业集团股份有限公司, 深圳市大族电机科技有限公司