机器计算机视觉的应用—打孔机影像定位系统设计

　　计算机视觉的应用大致上可以分成定位(Location)、量测(Measurement)、识别（Recognition）、缺陷检测(Defect Inspection)四大类，其中以定位的应用最为广泛，机器视觉系统同时涵盖了多项功能，例如检视主机板上的电子组件。机器视觉也可以用来控制机械手臂，在机械手臂上加装CCDCONTROL ENGINEERING China版权所有，利用影像辨识的定位，带动机械手臂来做一些高危险性的医疗研究，例如：病毒研究、药物混合等CONTROL ENGINEERING China版权所有，都可以用这种方式来做控制CONTROL ENGINEERING China版权所有，除了精准之外，对人类的生命也比较有安全保障。
　　影像定位后的坐标转换
　　市面上影像比对的函数库(Library)很多www.cechina.cn，使用者可以自行选用合适的函数库。本文以下所提的系统采用Euresys公司开发的eVision EasyMatch，这是一种基于灰度相关性的图像匹配函数库，速度非常快，而且能够达到次像素(sub-pixel)精度的匹配结果。对于旋转、比率变化(缩/放)和平移等，都能精确找到模板图像(Golden Image)的位置。故本文仅对影像定位后的二维坐标产生的“位移”与“旋转”做探讨（见图1)。
　　遇到同时发生坐标位移&旋转时，先计算位移，再套用旋转的公式，即可算出最后的结果。
　　系统架构
　　本系统为介绍如何设计出结合“机械运动”与“计算机视觉”的自动化定位系统。
　　基本架构
　　■  GEME-3000主控制器：含HSL控制卡，安装Windows?XP操作系统
　　■  3-Axis定位平台：三菱伺服马达+滚珠螺杆
　　■  运动控制器：HSL-4XMO控制模块。
　　■  计算机视觉组件：使用IEEE1394 CCD采集影像，利用Euresys eVision的EasyMatch进行影像比对(Pattern Match)，作定位偏移的补正计算。
　　系统流程
　　本系统为介绍如何设计出结合“机械运动”与“计算机视觉”的自动化定位系统。
　　系统校正
　　■  Mitsubishi驱动器调校：10,000 pulse/roll
　　■  滚珠螺杆的螺距vs. Pulse/Roll：
　　■  如，螺距=10mm/roll，10,000 pulse/roll —>1um/pulse
　　■  F.O.V.(Field of View)的选定：F.O.V.要大于定位点的大小，太小—>可接受的“初步定位”误差变小；太大—>因定位点影像太小，影像定位误差大。

图2：系统架构实机图

　　■  CCD工作距离的选定：工作距离要大于打孔顶针，以免对焦时打孔顶针撞到工件。当F.O.V.及工作距离确认后，即求出LENS & Ext. Ring。
　　教导作业
　　■  启动系统3轴回Home，待３轴回定位后，再由人工将工件置于3轴之定位平台上并作“初步定位”；
　　■  手动控制Z轴缓慢下降，使其接近定位平台上方(约0.5~1.0mm)；
　　■  手动控制X/Y轴，使打孔顶针刚好在工件第一个孔位上方；再将Z轴缓慢下降，使其插入第一个孔位内。如定位不准，可以手动移动工件，使其定位更准确。
　　■  精确定位后，将Z轴上升至CCD的实时影像可看到完整“定位点”后，执行下列“流程图”。
　　自动定位
　　■  由人工将工件置于3轴定位平台上www.cechina.cn，作“初步定位”后并启动本系统；
　　■  系统会驱动3轴定位平台将CCD移至定位点上方(2个不同位置)，取像并利用已“教导”之标准影像做“影像比对”作业，
　　■  “初步定位”之偏移量(Shift X/Y)及旋转角度(Rotation Angle)；
　　tx = GoldeXY[CCD_Find][1] - m_Find.GetCenterX();
　　ty = GoldeXY[CCD_Find][0] - m_Find.GetCenterY();
　　if (CCD_Find==0) {//第一次定位
　　shiftx = ZeroX - tx*Calibration;
　　shifty = CCD_Y - ty*Calibration;}
　　else {  //第二次定位
　　dx = CCD_Locate[1][0]  - tx*Calibr

标签:打孔机,工作,机器视觉,控制,影像定位系统,