本發(fā)明屬于圖像檢測與自動化定位，具體說是基于手眼標定法和視覺檢測的石墨片檢測定位裝置及方法。

背景技術：

1、隨著高端制造行業(yè)對生產(chǎn)精度與效率要求的不斷提升，諸如石墨片等精密元器件的自動化裝配已成為關鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)。石墨片通常作為散熱或?qū)щ娫璞痪_放置于模具或特定工位中，其放置的位置精度直接影響最終產(chǎn)品的性能與可靠性。傳統(tǒng)的人工放置方式效率低下、一致性差，且易受人為因素干擾，難以滿足現(xiàn)代化批量生產(chǎn)的需求。因此，采用機械手結(jié)合視覺引導的自動化定位技術已成為重要發(fā)展方向。

2、在基于視覺的定位技術中，通常涉及兩個核心環(huán)節(jié)：一是對工件（如圓形石墨片）的快速、精確識別與中心定位；二是建立視覺系統(tǒng)（相機）與執(zhí)行機構(gòu)（機械手）之間的坐標映射關系（即手眼標定）。

3、在工件識別方面，對于圓形目標，霍夫圓檢測是常用方法之一。該方法通過在參數(shù)空間進行累加投票來檢測圓，對噪聲和部分遮擋具有一定的魯棒性，并能同時檢測多個圓。然而，其計算量較大，對處理系統(tǒng)的實時性能要求高，且檢測效果對算法參數(shù)（如梯度閾值、累加器閾值等）設置極為敏感，需針對不同成像條件進行反復調(diào)整，這在變化的生產(chǎn)環(huán)境中缺乏足夠的適應性與穩(wěn)定性。

4、在手眼標定方面，傳統(tǒng)方法主要分為兩步法和共同標定法。兩步法需首先精確標定相機的內(nèi)部參數(shù)（如焦距、主點、畸變系數(shù)），再利用標定物空間點與圖像點的關系求解手眼變換矩陣。此過程繁瑣，且相機內(nèi)參標定誤差會直接傳遞至手眼標定結(jié)果，同時分解得到的旋轉(zhuǎn)矩陣經(jīng)正交化處理后，其與平移向量組成的變換矩陣可能不再嚴格滿足手眼關系的數(shù)學約束，影響最終精度。共同標定法則試圖同時求解相機內(nèi)參和手眼關系，但為了簡化模型常忽略鏡頭的非線性畸變，導致在相機視場邊緣區(qū)域標定誤差增大，系統(tǒng)整體精度難以保證。此外，還有基于“四元數(shù)、矩陣直積”等數(shù)學工具的標定方法，雖具有更高的理論精度和魯棒性，但其數(shù)學模型復雜，計算過程繁瑣，工程實現(xiàn)難度較大，不利于在工業(yè)現(xiàn)場快速部署與應用。

5、綜上所述，現(xiàn)有的石墨片自動化定位方案，在圖像檢測環(huán)節(jié)存在算法適應性弱、參數(shù)依賴性強的問題；在坐標系統(tǒng)一環(huán)節(jié)，則存在標定過程復雜、精度難以保證或工程實用性不強等缺點。因此，迫切需要一種能夠兼顧高精度、強魯棒性及良好工程實用性的石墨片檢測定位裝置及方法，以保障精密裝配的可靠性與效率。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供基于手眼標定法和視覺檢測的石墨片檢測定位裝置及方法，其用于對機械手吸附的石墨片進行識別并計算石墨片中心與安裝模具之間的坐標差值，以便機械手根據(jù)坐標差值調(diào)整位置將石墨片置入模具中；其定位精度高，抗干擾能力強，檢測效果好，克服了背景技術中存在的缺陷。

2、本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是：基于手眼標定法和視覺檢測的石墨片檢測定位裝置，包括：面陣相機、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、機械手、光源、傳輸系統(tǒng)和模具；

3、其中，所述面陣相機固定在垂直于被測工作面的位置，其視場朝向所述機械手的作業(yè)區(qū)域，用于采集被機械手抓取的石墨片圖像；使得在面陣相機的有效視場內(nèi)可完全覆蓋不同尺寸的石墨片；

4、所述光源布置于面陣相機的視野范圍內(nèi)，用于對石墨片進行照明；

5、所述機械手與伺服控制系統(tǒng)連接，受其驅(qū)動進行運動，其末端設有用于吸取石墨片的吸盤；

6、所述主控系統(tǒng)通過傳輸系統(tǒng)分別與所述面陣相機、所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及伺服控制系統(tǒng)通信連接，用于協(xié)調(diào)控制整體工作流程；

7、所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過所述傳輸系統(tǒng)與面陣相機和所述主控系統(tǒng)連接，用于處理圖像、識別石墨片輪廓、計算中心坐標，并執(zhí)行手眼標定計算。

8、所述面陣相機為高分辨率網(wǎng)口面陣相機，其分辨率不低于2448×2048像素，幀率不低于30?fps，并且安裝高度可調(diào)，以確保其視場能完全覆蓋待檢測的石墨片。

9、所述光源以環(huán)形或面光源形式設于面陣相機下方的相對位置設置；所述光源相對于被測工作面保持固定間距，且光源與面陣相機在垂直方向的相對位置關系保證所拍攝圖像的邊緣輪廓在光照條件下為過飽和打光狀態(tài)，以提高數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對石墨片邊緣輪廓的識別率。

10、所述機械手為具有至少兩個運動自由度的工業(yè)機械手，所述機械手的末端安裝有吸盤，吸盤通過連接桿或末端執(zhí)行器固連于所述機械手末端；

11、在空間布局上，所述機械手布設于面陣相機投影范圍的側(cè)方或側(cè)后方，使得當機械手將石墨片吸取后能將石墨片移動至面陣相機正下方的檢測位置，所述檢測位置在所述面陣相機視場中心附近。

12、所述傳輸系統(tǒng)，包括：千兆網(wǎng)線和高速交換機；

13、所述面陣相機通過千兆網(wǎng)口與所述傳輸系統(tǒng)中的高速交換機相連，所述高速交換機又通過千兆網(wǎng)線與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和所述主控系統(tǒng)相連，從而實現(xiàn)所述面陣相機與所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及所述主控系統(tǒng)之間的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交互。

14、所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括圖像處理模塊、坐標計算模塊和標定參數(shù)存儲模塊；

15、所述圖像處理模塊通過傳輸系統(tǒng)與面陣相機連接，用于接收原始圖像數(shù)據(jù)；

16、所述坐標計算模塊與圖像處理模塊數(shù)據(jù)連接，用于接收其輸出的圖像特征數(shù)據(jù)，并執(zhí)行輪廓識別、異常值剔除和二次擬合操作；

17、所述標定參數(shù)存儲模塊，用于存儲通過九點標定法獲得的機械手坐標系與面陣相機圖像坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系矩陣。

18、所述伺服控制系統(tǒng)，包括：運動控制器、伺服驅(qū)動器及伺服電機；

19、所述運動控制器通過傳輸系統(tǒng)與主控系統(tǒng)連接，用于接收運動指令；

20、所述伺服驅(qū)動器與運動控制器電性連接，用于接收其發(fā)出的控制信號；

21、所述伺服電機與伺服驅(qū)動器電性連接，并根據(jù)伺服驅(qū)動器的驅(qū)動信號運行，伺服電機的輸出軸通過機械傳動機構(gòu)與機械手的各運動關節(jié)連接，以驅(qū)動機械手實現(xiàn)多自由度運動及末端吸盤的升降。

22、基于手眼標定法和視覺檢測的石墨片檢測定位裝置的定位方法，包括以下步驟：

23、步驟s1：通過九點標定法獲取并存儲機械手坐標系與面陣相機坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系；

24、步驟s2：控制機械手將吸取的石墨片移動至面陣相機的固定拍攝視場內(nèi)，點亮光源并拍攝圖像；

25、步驟s3：數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理圖像，識別石墨片輪廓，經(jīng)異常值剔除與二次擬合后計算出優(yōu)化的中心像素坐標；

26、步驟s4：基于步驟s1的轉(zhuǎn)換關系，將優(yōu)化后的中心像素坐標轉(zhuǎn)換為機械手位移坐標；

27、步驟s5：主控系統(tǒng)根據(jù)位移坐標，通過伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動機械手運動至模具上方指定位置，釋放石墨片，完成定位安裝。

28、所述步驟s1，包括以下步驟：

29、控制所述機械手使其末端的吸盤依次移動至九個預置位置；在每個位置，由所述面陣相機拍攝圖像，并由所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)識別并記錄吸盤在圖像中對應的像素坐標；根據(jù)所述九個預置位置對應的九組機械手坐標與相機像素坐標，應用九點標定法計算并存儲所述機械手坐標系與所述面陣相機坐標系之間的轉(zhuǎn)換關系。

30、所述步驟s3，具體為：

31、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢測識別出石墨片輪廓并記錄所有輪廓坐標；對所記錄的輪廓坐標，以計算出的初始圓心為中心，將輪廓坐標兩兩對應取平均并記錄于數(shù)組中，將超出平均值20%的坐標點認定為異常值并剔除；對剔除異常值后剩余的輪廓坐標進行二次擬合，形成新的圓形輪廓并計算得到優(yōu)化后的圓心坐標，作為最終的中心像素坐標。

32、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點：

33、1.?本發(fā)明采用高分辨率（如500萬像素）面陣相機與九點標定法相結(jié)合，建立了高精度的機械手與相機坐標系轉(zhuǎn)換模型。通過對圖像輪廓進行異常值剔除和二次擬合優(yōu)化，進一步消除了噪聲和邊緣缺陷對中心計算的影響，使得最終定位精度可達0.02mm以下，遠高于傳統(tǒng)測量方法，滿足了精密裝配的嚴格要求。

34、2.?本發(fā)明采用不需要已知相機內(nèi)部參數(shù)的九點標定法，避免了傳統(tǒng)兩步法中因正交化近似引入的誤差，也克服了共同標定法忽略鏡頭畸變導致的精度損失。該方法直接建立兩個坐標系的空間映射關系，數(shù)學模型嚴謹，標定結(jié)果魯棒性強。

35、3.本發(fā)明的裝置集成了自動標定、圖像采集、智能識別、坐標轉(zhuǎn)換和運動控制全流程，實現(xiàn)了從抓取、檢測到精準放置的全自動作業(yè)，大幅提升了生產(chǎn)效率。

36、4.?本發(fā)明解決了傳統(tǒng)方法精度不足、環(huán)境適應性差的問題，實現(xiàn)了石墨片的高精度、高魯棒性自動定位與安裝。