一种激光打标系统及其视觉定位方法
阅读说明：本技术 一种激光打标系统及其视觉定位方法 (Laser marking system and visual positioning method thereof ) 是由 林悦铭 梁光远 蔡文浩 于 2021-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种激光打标系统,包括主控模块、传送模块、分别与主控模块电性连接的图像采集模块、位姿获取模块、标定相机以及打标模块；所述传送模块上还设有用于承载物料的治具,图像采集模块、标定相机及打标模块均靠近传送模块布置。该系统设有图像采集模块、位姿获取模块,可计算待打标物料与打标标准模板之间的偏移量,从而控制打标模块进行矫正,进而可提高打标精度,同时,在对不同类型的物料进行打标时,只需相应的调整系统参数即可,而不涉及其他机械结构的调整,进而可降低成本、提高工作效率,此外,还提供一种视觉定位方法,该方法原理简单、通俗易懂,且方法执行速度快,可应用于多种需要对物料进行定位的领域,泛用性强。(The invention discloses a laser marking system which comprises a main control module, a transmission module, an image acquisition module, a pose acquisition module, a calibration camera and a marking module, wherein the image acquisition module, the pose acquisition module, the calibration camera and the marking module are respectively and electrically connected with the main control module; still be equipped with the tool that is used for bearing the weight of the material on the transport module, image acquisition module, calibration camera and mark the mark module and all be close to transport module and arrange. The system is provided with an image acquisition module and a pose acquisition module, offset between a material to be marked and a marking standard template can be calculated, the marking module is controlled to correct, marking precision can be improved, meanwhile, when materials of different types are marked, only corresponding system parameters need to be adjusted, adjustment of other mechanical structures is not involved, cost can be reduced, and working efficiency is improved.)
技术领域
本发明涉及视觉定位技术领域，尤其涉及一种激光打标系统及其视觉定位方法。
背景技术
当前，在多种类型工业产品的定位激光打标领域，其基本的工作方式是将物料放置于生产线上的治具上，然后，经生产线将治具、物料输送到工位上，按着就按预先设置好的工作路径进行打标工作，但传统的对物料进行打标主要通过盲打(只有创建好的打标图档，而没有视觉定位的设备)，因此，其打标精度不高，达不到客户的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光打标系统及其视觉定位方法，该系统设有图像采集模块、位姿获取模块，可计算待打标物料与打标标准模板之间的偏移量，从而控制打标模块进行矫正，进而可提高打标精度，同时，在对不同类型的物料进行打标时，只需相应的调整系统参数即可，而不涉及其他机械结构的调整，进而可降低成本、提高工作效率，此外，还提供一种视觉定位方法，该方法原理简单、通俗易懂，且方法执行速度快，可应用于多种需要对物料进行定位的领域，泛用性强。
为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种激光打标系统，包括主控模块、传送模块、分别与主控模块电性连接的图像采集模块、位姿获取模块、标定相机以及打标模块；所述传送模块上还设有用于承载物料的治具，图像采集模块、标定相机及打标模块均靠近传送模块布置；所述传送模块用于将载有物料的治具移动至图像采集模块的下方，图像采集模块用于采集物料图像信息并传输至主控模块；所述位姿获取模块用于依据该物料图像信息，计算物料与预先保存的打标标准模板之间的偏移量并传输至主控模块；所述主控模块用于依据该偏移量对打标模块进行矫正，并控制打标模块对物料打标。
进一步地，所述图像采集模块包括布置于传送模块上方的激光器、定位相机。
进一步地，所述传送模块上还安装有与主控模块电性连接的位置传感器。
为实现上述目的，还提供一种视觉定位方法，包括以下步骤：
S1：相机标定；
S2：采集打标标准模板的图像信息，并依据该图像信息计算打标标准模板的中心点坐标并保存；
S3：采集治具承载的待打标的物料的图像信息，并依据该图像信息计算物料与S2保存的打标标准模板之间的偏移量；
S4：依据该偏移量，通过主控模块对打标模块进行矫正，并控制打标模块对物料打标。
进一步地，所述S2包括以下步骤：
S21：将打标标准模板放置于治具上并通过传送模块将其传送至预定拍摄位；
S22：通过图像采集模块获取打标标准模板的图像信息并传输至主控模块；
S23：依据S1标定相机获取的相机坐标系与基础坐标系之间的关系，获取打标标准模板在基础坐标系下的中心点坐标并保存。
进一步地，所述S3包括以下步骤：
S31：将待打标的物料放置于治具上并通过传送模块将其传送至预定拍摄位；
S32：通过图像采集模块获取物料的图像信息并传输至主控模块；
S33：依据S1标定相机获取的相机坐标系与基础坐标系之间的关系，获取物料在基础坐标系下的中心点坐标；
S34：基于S23获取的打标标准模板的中心点坐标与S33获取的物料中心点坐标，计算两者的偏移量。
采用上述方案，本发明的有益效果是：
该系统设有图像采集模块、位姿获取模块，可计算待打标物料与打标标准模板之间的偏移量，从而控制打标模块进行矫正，进而可提高打标精度，同时，在对不同类型的物料进行打标时，只需相应的调整系统参数即可，而不涉及其他机械结构的调整，进而可降低成本、提高工作效率，此外，还提供一种视觉定位方法，该方法原理简单、通俗易懂，且方法执行速度快，可应用于多种需要对物料进行定位的领域，泛用性强。
附图说明
图1为本发明的激光打标系统的原理性框图；
图2为本发明的视觉定位方法的流程性框图；
其中，附图标识说明：
1—主控模块； 2—图像采集模块；
3—位姿获取模块； 4—标定相机；
5—打标模块； 21—激光器；
22—定位相机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
参照图1所示，本发明提供一种激光打标系统，包括主控模块1、传送模块、分别与主控模块1电性连接的图像采集模块2、位姿获取模块3、标定相机4以及打标模块5；所述传送模块上还设有用于承载物料的治具，图像采集模块2、标定相机4及打标模块5均靠近传送模块布置；所述传送模块用于将载有物料的治具移动至图像采集模块2的下方，图像采集模块2用于采集物料图像信息并传输至主控模块1；所述位姿获取模块3用于依据该物料图像信息，计算物料与预先保存的打标标准模板之间的偏移量并传输至主控模块1；所述主控模块1用于依据该偏移量对打标模块5进行矫正，并控制打标模块5对物料打标。
其中，所述图像采集模块2包括布置于传送模块上方的激光器21、定位相机22；所述传送模块上还安装有与主控模块1电性连接的位置传感器。
继续参照图2所示，还提供一种视觉定位方法，包括以下步骤：
S1：相机标定；
S2：采集打标标准模板的图像信息，并依据该图像信息计算打标标准模板的中心点坐标并保存；
S3：采集治具承载的待打标的物料的图像信息，并依据该图像信息计算物料与S2保存的打标标准模板之间的偏移量；
S4：依据该偏移量，通过主控模块1对打标模块5进行矫正，并控制打标模块5对物料打标。
其中，所述S2包括以下步骤：
S21：将打标标准模板放置于治具上并通过传送模块将其传送至预定拍摄位；
S22：通过图像采集模块2获取打标标准模板的图像信息并传输至主控模块1；
S23：依据S1标定相机4获取的相机坐标系与基础坐标系之间的关系，获取打标标准模板在基础坐标系下的中心点坐标并保存。
所述S3包括以下步骤：
S31：将待打标的物料放置于治具上并通过传送模块将其传送至预定拍摄位；
S32：通过图像采集模块2获取物料的图像信息并传输至主控模块1；
S33：依据S1标定相机4获取的相机坐标系与基础坐标系之间的关系，获取物料在基础坐标系下的中心点坐标；
S34：基于S23获取的打标标准模板的中心点坐标与S33获取的物料中心点坐标，计算两者的偏移量。
本发明工作原理：
继续参照图1至2所示，本发明提供了一种视觉定位方法，并依据该方法还提供了一种激光打标系统，可提高物料打标的效率及精度；该系统中的传送模块可为传送流水线，用于将装载有物料的治具传送至拍摄工位，传送流水线上安装有位置传感器，在感应到治具传送到位后，会将到位信息传送至主控模块1，进而主控模块1控制图像采集模块2采集物料的图像信息；图像采集模块2包括布置于拍摄工位上方的激光器21和定位相机22，定位相机22可对治具上的物料进行拍摄，获得与之对应的二维的定位图像信息(物料图像)，由于结构光被治具上面的定位结构的表面的形状所调制，所以在定位图像中，结构光的影像会产生相应的畸变，根据结构光测量的原理，如果激光器21与定位相机22之间的相对位置以及相对姿态固定时，就可以根据定位图像中结构光影像的畸变程度，计算获得治具上定位结构的表面各点在预先设定好的全局坐标系(基础坐标系)下的坐标，进而可获取物料的中心点坐标；本实施例中，激光器21、定位相机22以及主控模块1共同构成一种结构光测量系统，在测量时，激光器21将不同模式的结构光(例如点结构光、线结构光、多线结构光、网格结构光)投射到治具表面，被治具表面的形状所调制，进而形成相应的三维的激光图样，随后，定位相机22对该三维的激光图样进行拍摄，获得与之对应的二维的定位图像(物料图像信息)，由于结构光被治具的表面的形状所调制，所以在定位图像中，结构光的影像会产生相应的畸变，进而可依据上述的激光器21与定位相机22之间相对位置和相对姿态，获取物料的中心点坐标。
在获取物料中心点坐标之前，需要先对相机进行标定，以获取物料所在的基础坐标系与相机坐标系之间的关系，标定时，首先将制作好的标定板通过传送模块在标定相机4下方多次移动，以获取标定板在基础坐标系下和相机坐标系下的多个位置的点坐标，然后将基础坐标系转换为相机坐标系，求取相机的内外参数，建立相机成像几何模型，进而可根据该几何模型，在获取的图像信息的基础上，反推图像信息上的点在基础坐标系下的坐标，进而获取物料的坐标；在获取物料的中心点坐标之前，还需要预先获得打标标准模板的中心点坐标，其方法是：首先通过标定获取相机坐标系与基础坐标系之间的关系，并将该关系储存于系统内；随后，控制定位相机22对打标标准模板进行拍摄，获取其图像信息，依据该图像信息和上述的相机坐标系与基础坐标系之间的关系，即可计算打标标准模板在基础坐标系下的中心点坐标；在获得打标标准模板的中心点坐标后，可依据上述的步骤(原理类似，在此不再赘述)获取物料在基础坐标系下的中心点坐标，然后计算两者的偏移量，并以该偏移量对打标模块5进行矫正，进而精确完成打标动作，由于是采用基于图像处理的方式对物料进行定位的方法，在处理不同的物料时，只需要调整系统涉及的参数及打标标准模板即可，而无需调整其他的设备结构，进而可降低成本、提高生产效率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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。
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