一种车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法技术

本发明专利技术涉及一种车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法，包括以下步骤：步骤1、对相机进行内参标定，得到相机的内参参数；步骤2、将相机固定于机械手的移动端上，对相机和机械手进行手眼标定，得到相机坐标系和机械手坐标系的转换关系；步骤3、将机械手上的螺丝枪与待打孔的螺丝孔对准，此时的状态为标准对位状态，并进行对位标定，得到对准状态下的待打孔的螺丝孔的中心特征点的相机坐标。本发明专利技术的相机的内外参数只需要标定一次，操作简单，能够自动修正机械手上螺丝枪与螺丝孔的相对位置，实现自动化打螺丝的高精度，高稳定性。高稳定性。高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法


[0001]本专利技术涉及车载电子产品自动化生产
，具体的讲是一种车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法。

技术介绍

[0002]在车载屏幕自动化生产过程中，需要将屏幕的背壳安装固定在屏幕主体上，装配成一个完整的产品，屏幕的壳体主要是通过若干颗直径大小不一的螺丝装配在屏幕主体上。传统的打螺丝主要是通过人工完成，通过人工来寻找螺丝孔的位置，然后找到对应的孔径大小的螺丝，人工拧上去，其效率低下，满足不了自动化生产的需求，容易漏打螺丝孔，并且不能记录打螺丝的一些技术参数，比如螺丝的扭力、圈数以及转角等，这些技术参数用来评估螺丝打完的质量是否符合标准，并用来反馈一些残次品进行溯源返工等操作。
[0003]为了解决目前人工打螺丝的不足，一些单位已经研究出了机械手自动化打螺丝，依靠机械手的固定路径来打螺丝，但这种机械手打螺丝极度依靠机械手运动的精度以及产品固定位置的精度，机械手每次打螺丝的运动轨迹是固定不变的，就需要保证产品每次都要固定放置在相同的位置，这种自动化打螺丝方式精度较低，稳定性不高，会产出累计误差，不能自动校准螺丝与螺丝孔的相对位置。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法，本专利技术的视觉定位方法自动化程度高，通用性高，且视觉定位精准，误差小，稳定性高，可以满足车载屏幕产线自动化生产的需求。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
>[0006]一种车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、对相机进行内参标定，得到相机的内参参数；
[0008]步骤2、将相机固定于机械手的移动端上，对相机和机械手进行手眼标定，得到相机坐标系和机械手坐标系的转换关系；
[0009]步骤3、将机械手上的螺丝枪与待打孔的螺丝孔对准，此时的状态为标准对位状态，并进行对位标定，得到对准状态下的待打孔的螺丝孔的中心特征点的相机坐标；
[0010]步骤4、根据对准状态下的待打孔的螺丝孔的中心特征点的相机坐标计算待打孔的螺纹孔的中心特征点的相机坐标从待对准状态到对准状态的刚体转换关系；
[0011]根据相机坐标系和机械手坐标系的转换关系计算待打孔的螺纹孔的中心特征点的机械手坐标从待对准状态到对准状态的刚体转换关系；
[0012]步骤5、根据步骤4得到的刚体转换关系将待打孔的螺纹孔的中心特征点的坐标由待对准状态转换到对准状态，并根据转换后的螺纹孔的中心特征点坐标进行自动打螺丝。
[0013]进一步的，所述步骤1中内参标定采用张正友内参标定方法。
[0014]进一步的，所述步骤2具体包括以下步骤：
[0015]步骤21、将相机固定于机械手的移动端上；
[0016]步骤22、机械手带动相机从机械手的初始位置分别向X方向和Y方向移动至少两个位置，相机分别在两个位置处拍摄标定板，得到两个位置处的图像像素坐标，且通过内参标定得到的相机内参参数将两个图像像素坐标转换为相机坐标；
[0017]步骤23、分别构建每个位置处的手眼标定方程：AX＝XB，其中，A代表对应位置处的机械手坐标，B代表对应位置处的相机坐标；
[0018]步骤24、通过所有手眼标定方程解出相机坐标系与机械手坐标系的转换关系X。
[0019]进一步的，所述步骤3具体包括以下步骤：
[0020]步骤31、在螺丝枪上设置标志点；
[0021]步骤32、将螺丝枪与螺纹孔进行人工对准，此时的状态为标准对位状态；
[0022]步骤33、在对准状态下，获取螺丝枪上标志点的世界坐标P1和待打孔的螺丝孔的中心特征点的世界坐标P2；
[0023]此时机械手上的相机拍摄螺丝枪上的标志点和待打孔的螺丝孔的中心特征点，得到螺丝枪上的标志点和待打孔的螺丝孔的中心特征点在相机坐标系下的相机坐标和
[0024]步骤33、通过相机自校准的方式分别标定出P1转换到相机坐标系下的相机坐标P
1c
的刚体转换关系和P2转换到相机坐标系下的相机坐标P
2c
的刚体转换关系
[0025]步骤34、通过式：计算在对准状态下待打孔的螺丝孔的中心特征点的相机坐标
[0026]进一步的，所述步骤4具体包括以下步骤：
[0027]步骤41、固定好屏幕背壳的位置，在螺丝枪上设置标志点；
[0028]步骤42、机械手移动到待打孔的螺丝孔附近，进行粗定位；
[0029]步骤43、机械手上的相机分别拍摄螺丝枪上标志点和待打孔的螺丝孔的中心特征点，对拍摄的中心特征点图像进行特征提取，分别获取摄螺丝枪上标志点的图像像素坐标P3和待打孔的螺丝孔的中心特征点的图像像素坐标P4；
[0030]步骤44、通过相机自校准的方式分别标定出P3转换到相机坐标系下的相机坐标P
3c
的刚体转换关系和P4转换到相机坐标系下的相机坐标P
4c
的刚体转换关系
[0031]步骤45、根据式：计算在当前状态下待打孔的螺丝孔的中心特征点的相机坐标
[0032]根据刚体变换方程求解出相机坐标系下的待打孔的螺丝孔的中心特征点从待对准状态到对准状态下的刚体变换关系R
c
和t
c
，其中，P2为待打孔的螺丝孔的中心特征点的世界坐标；
[0033]步骤46、机械手坐标系下螺纹孔中心特征点从待对准状态到对准状态的刚体转换关系R
b
和t
b
可根据下式进行计算：
[0034][0035]其中，为相机坐标系到机械手坐标系的旋转矩阵，R
b
为的逆矩阵，为相机坐标系到机械手坐标系的平移向量，t
b
为的逆平移向量；
[0036]进一步的，在机械手坐标系下R
b
可以使用俯仰角α，偏航角β和滚转角γ进行表示：
[0037][0038]其中，根据模型的角度定义，α为模型绕Y轴的旋转角，β为模型绕Z轴的旋转角，γ为模型绕X轴的旋转角。
[0039]本专利技术采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
[0040]本专利技术使用机器视觉来定位来引导机械手来对准螺丝孔，实现机器视觉自动化打螺丝，提高车载屏幕产线自动化的程度；
[0041]本专利技术的设计，结构简单，成本低，部署方便，相机的内外参数只需要标定一次，操作简单，能够自动修正机械手上螺丝枪与螺丝孔的相对位置，实现自动化打螺丝的高精度，高稳定性，并且能满足不同孔径、不同位置的螺丝与螺纹孔的装配。
[0042]下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。
附图说明
[0043]图1为本专利技术实施例中装置的结果示意图；
[0044]图2为屏幕壳体的螺纹孔结构分布图；
[0045]图3为本专利技术的坐标系转换原理图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对相机进行内参标定，得到相机的内参参数；步骤2、将相机固定于机械手的移动端上，对相机和机械手进行手眼标定，得到相机坐标系和机械手坐标系的转换关系；步骤3、将机械手上的螺丝枪与待打孔的螺丝孔对准，此时的状态为标准对位状态，并进行对位标定，得到对准状态下的待打孔的螺丝孔的中心特征点的相机坐标；步骤4、根据对准状态下的待打孔的螺丝孔的中心特征点的相机坐标计算待打孔的螺纹孔的中心特征点的相机坐标从待对准状态到对准状态的刚体转换关系；根据相机坐标系和机械手坐标系的转换关系计算待打孔的螺纹孔的中心特征点的机械手坐标从待对准状态到对准状态的刚体转换关系；步骤5、根据步骤4得到的刚体转换关系将待打孔的螺纹孔的中心特征点的坐标由待对准状态转换到对准状态，并根据转换后的螺纹孔的中心特征点坐标进行自动打螺丝。2.根据权利要求1所述的于机器视觉的车载屏幕壳体自动化打螺丝的方法，其特征在于，所述步骤1中内参标定采用张正友内参标定方法。3.根据权利要求1所述的车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤21、将相机固定于机械手的移动端上；步骤22、机械手带动相机从机械手的初始位置分别向X方向和Y方向移动至少两个位置，相机分别在两个位置处拍摄标定板，得到两个位置处的图像像素坐标，且通过内参标定得到的相机内参参数将两个图像像素坐标转换为相机坐标；步骤23、分别构建每个位置处的手眼标定方程：AX＝XB，其中，A代表对应位置处的机械手坐标，B代表对应位置处的相机坐标；步骤24、通过所有手眼标定方程解出相机坐标系与机械手坐标系的转换关系X。4.根据权利要求1所述的车载屏幕壳体自动化打螺丝的视觉定位方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：步骤31、在螺丝枪上设置标志点；步骤32、将螺丝枪与螺纹孔进行人工对准，此时的状态为标准对位状态；步骤33、在对准状态下，获取螺丝枪上标志点的世界坐标P1和待打孔的螺丝孔的中心特征点的世界坐标P2；此时机械手上的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林峰，汪杨刚，高强，
申请(专利权)人：武汉海微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：