打孔機影像定位系統(tǒng)設計

1、打孔機影像定位系統(tǒng)設計    前言    計算機視覺的應用大致上可以分成定位、量測、識別、缺陷檢測四大類，其中以定位的應用最為廣泛。機器視覺系統(tǒng)可以用來檢視主機板上的電子組件，也可以用來控制機械手臂，在機械手臂上加裝CCD，利用影像辨識的定位，帶動機械手臂來做病毒研究、藥物混合等一些高危險性的醫(yī)療研究。除了精準之外，對人類的生命也比較有安全保障。影像定位后的坐標轉(zhuǎn)換    市面上影像比對的函數(shù)庫(Library)很多，使用者可以自行選用合適的函數(shù)庫。以下所提的系統(tǒng)采用Euresys公司開發(fā)的eV

2、ision EasyMatch，這是一種基于灰度相關性的圖像匹配函數(shù)庫，速度非?？?，而且能夠達到次像素(sub-pixel)精度的匹配結果。對于旋轉(zhuǎn)、比率變化(縮/放)和平移等，都能精確找到模板圖像(Golden Image)的位置。故本文僅對影像定位后的二維坐標產(chǎn)生的“位移”與“旋轉(zhuǎn)”做探討。 坐標位移公式：X2 = X1 + XY2 = Y1 + Y圖1 坐標位移示意圖     圖1是坐標位移的示意圖。 坐標旋轉(zhuǎn)(1)將(X1,Y1)轉(zhuǎn)換成極坐標 (X1,Y1) = (R1,1)其中，R1 = X12 + Y121 = arctan( Y1 / X1

3、 )，即反正切函數(shù)(2)2 = 1 + ，其中，= 表示旋轉(zhuǎn)角度得出 X2 = Cos (2) * R1= Cos (arctan(Y1/X1)+) *X12 + Y12Y2 = Sin(2) * R1= Sin(arctan(Y1/X1)+) *      X12 + Y12圖2 坐標旋轉(zhuǎn)的示意圖    圖2是坐標旋轉(zhuǎn)的示意圖。 坐標位移+旋轉(zhuǎn)    遇到同時發(fā)生坐標位移和旋轉(zhuǎn)時，先計算位移，再套用旋轉(zhuǎn)的公式，即可算出最后的結果。    下面介紹如何設計

4、出結合“機械運動”與“計算機視覺”的自動化定位系統(tǒng)?；炯軜?GEME-3000主控制器：含HSL控制卡，安裝Windows XP操作系統(tǒng) 3-Axis定位平臺：三菱伺服馬達+滾珠螺桿 運動控制器：HSL-4XMO控制模塊 計算機視覺組件：使用IEEE 1394 CCD采集影像，利用Euresys eVision的EasyMatch進行影像比對(Pattern Match)，作定位偏移的補正計算。完整的實際系統(tǒng)如圖3所示。圖3 系統(tǒng)架構實機圖系統(tǒng)校正教導作業(yè) 啟動系統(tǒng)3軸回到初始位置，待3軸回定位后，再由人工將工件置于3軸之定位平臺上并作“初步定位”； 手動控制Z軸緩慢下降，使其接近定位平臺上

5、方(約0.51.0mm）； 手動控制X/Y軸，使打孔頂針剛好在工件第一個孔位上方；再將Z軸緩慢下降，使其插入第一個孔位內(nèi)。如定位不準，可以手動移動工件，使其定位更準確。 精確定位后，將Z軸上升至CCD的實時影像可看到完整“定位點”后，執(zhí)行圖4所示的流程圖。圖4 圖像處理軟流程圖自動定位 由人工將工件置于3軸定位平臺上，作“初步定位”后并啟動本系統(tǒng)； 系統(tǒng)會驅(qū)動3軸定位平臺將CCD移至定位點上方(2個不同位置)，取像并利用已“教導”的標準影像做“影像比對”作業(yè)； 計算出“初步定位”的偏移量(Shift X/Y)及旋轉(zhuǎn)角度 (Rotation Angle)；tx = GoldeXYCCD_Find

6、1 - m_Find.GetCenterX();ty = GoldeXYCCD_Find0 - 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_Locate10 - tx*Calibration;   dy = CCD_Y - ty*Calibration; 

7、;  angle = atan2( dy - shifty, shiftx-dx);   CalNewLocate(angle, shiftx, shifty); 通過“極坐標轉(zhuǎn)換”，重新計算工件上所有孔位的新坐標(Point Table)。void CalNewLocate(F64 angle, F64 shiftx, F64 shifty)   int i;   F64 PTOTAL_POINT*2;   F64 t;   for (i=0; i<TOTAL_POINT; i

8、+) /極坐標轉(zhuǎn)換      Pi*2 = sqrt( OrgLocatei*2 * OrgLocatei*2            + OrgLocatei*2+1 * OrgLocatei*2+1);      Pi*2+1 = atan2( OrgLocatei*2,         

9、0;     OrgLocatei*2+1)+ angle;      for (i=0; i<TOTAL_POINT; i+)       t = Pi*2*sin(Pi*2+1);      NewLocatei*2   = (shiftx + t)*SCALE_X;      t = Pi*2*cos(Pi*2+1);      NewLocatei*2+1 = (shifty + t)*SCALE_Y;   結束語    機器視覺系統(tǒng)不但大幅的提升了工業(yè)的生產(chǎn)力，而且增加了使用者的能力。使用機器視覺系統(tǒng)可以保護人眼的健康和提高檢