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机器视觉的激光打标定位技术

作者:duke 日期:2020-05-16 22:27:38 点击数:

配套视觉定位系统的激光打标机相比于传统激光打标机的主要优势,是每次触发激光头执行打印任务之前,需要先对被测对象进行定位,然后调整激光头或载物台,进而进行打印。其包括以下几方面:视觉成像、图像处理、坐标转换、数据通讯、执行控制。

一、视觉成像

这是坐标定位信息基础,后面获取的坐标信息均来自于摄像头获取的图像。其核心是要把需要定位的“标志点”清晰的凸显出来。所以对这类图像的评估和民用相机的图像评估不同,需要从“图像处理”的角度出发。如下图所示,是比较典型的对比。

民用相机和工业相机成像效果对比图

图1

图1分别展示了玻璃瓶在两种成像系统下的效果,右图像一眼能知道这是“玻璃瓶”,左图却不行,这是民用相机的优势。但是假如我们要在相对瓶口下面的某个位置打标,那么左图是非常“理想”的图像了。

二、图像处理

图像处理其实是一种信息筛选技术。一帧1280*960分辨率的bmp格式图像,总数据量1.17MB。视觉定位来说,我们只需要从这帧图像中获取到2到3个点的XY坐标即可,也几个字节的数据。那么在这个过程中,我们需要把大量不需要的信息删除掉。下面采用维视图像的通用智能视觉测量系统软件为例来说明这个问题。

智能视觉测量系统软件

图2

如图2所示,玻璃瓶是需要打标的对象,红色方框是打标区域,由于每个瓶子在经过激光头时的姿态都不同(有倾斜等情况),所以需要先获取瓶子上显著特征点(本例采用瓶口位置)的坐标及偏角,再计算当前情况下需要打标区域(红框位置)的坐标及偏角。

上图中的(641,297)坐标只是像素值(该坐标系的原点为左上角,向下为Y轴正,向右为X轴正),要想把像素值转换为mm单位,还需要乘以之前标定好的转换系数。到此为止,对打标区域的定位算完成了,下一步需要把这个坐标系偏角传输给执行机构,这需要进行坐标转换。

三、坐标转换

激光打标定位系统中包括两个坐标系,即:相机坐标系和执行机构坐标系。很显然相机坐标系和执行机构坐标系在设备安装完毕后,彼此相对静止,所以这只是一个简单的二维坐标变换。这里引入维视图像的MV-MCP(XY)二维定位设备来说明这个问题。该设备主要包括两部分:上面的Oc坐标系是工业相机等视觉成像系统;下面的Oj坐标系是一个二维载物台。图2软件系统获取到的(641,297)特征点坐标相当于是物体在(Xj,Yj)向(Xc,Yc)的投影坐标,它们之间是线性关系。

MV-MCP(XY)二维定位

图3

四、数据通讯及执行控制

我们获取到我们想要的坐标系偏角数据后,需要把数据以一定的格式传输到执行机构,也是激光头的控制系统(打标卡)。这里有2种控制方式:一种是打标卡控制。通过调节激光头上的XY振镜,将激光焦点对准到合适的位置。传统激光打标机是在打标前手动调节(一次性手动初始化打标位置),然后依次打印,如果产品没有正确放置,则会在错误的位置打印。配套视觉定位系统的打标机,每开始打印一件产品,对打印位置进行一次初始化操作。那么基于这种控制方式的系统,控制激光头的程序必须提供二次开发接口,也是支持用户通过第三方程序传输控制激光打印区域的坐标。

第二种控制方式是一种间接的方式。不直接控制激光头位置,而是把坐标系偏角数据传输给载物台控制电机,让被测物体去对接激光头,类似图3所示。这种方式对打标卡无要求,但是需要单独做一套二维控制台。这里可以采用常规的TCP/IP或串口通讯。

激光打标视觉定位系统机器视觉技术而言,只是用到了简单的视觉定位技术。但是要想把该系统集成到现成打标控制系统中,还是比较复杂的一件事情,本文只是简单的介绍了部分基础技术。在实际应用中,还有很多需要考虑的因素,比如反光问题、触发模式、系统硬件设计等等。



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