一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法及系统，机器视觉定位装置从摄像机获取工件的图像信息，通过控制单元对图像信息进行处理，获取工件的形状、位置和姿态，根据笛卡尔坐标系的相关变化法则对获取的位姿进行坐标变换，获得工件的空间位置，最后把位置信息传送给机器人，引导机器人完成抓取动作。本发明专利技术的优点是：通过机器视觉定位装置从摄像机获取工件的图像信息，通过控制单元对图像信息进行处理，获取工件的形状、位置和姿态，根据笛卡尔坐标系的相关变化法则对获取的位姿进行坐标变换，获得工件的空间位置，引导机器人完成抓取动作，取代了人工操作，避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响。为因素而对生产节拍产生的影响。为因素而对生产节拍产生的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法及系统


[0001]本专利技术涉及机械自动化加工
，尤其涉及一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法及系统。

技术介绍

[0002]夏比V型冲击试样的制备工艺复杂、工序多，一般通过锯切、铣削、磨削、开缺口等加工工序，最终达到尺寸和加工精度的要求，这个过程中涉及多台独立加工设备，大多数的加工设备需要人工干预，在不同加工设备之间进行搬运、上料、下料，劳动强度较大、效率低、容易造成安全事故，随着性能检验批量的增加，如何高效率地制备夏比V型冲击试样成为制约检验室进行力学性能测试工作中的一个瓶颈。

技术实现思路

[0003]为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法及系统，通过机器视觉定位装置从摄像机获取工件的图像信息，通过控制单元对图像信息进行处理，获取工件的形状、位置和姿态，根据笛卡尔坐标系的相关变化法则对获取的位姿进行坐标变换，获得工件的空间位置，最后把位置信息传送给机器人，引导机器人完成抓取动作。
[0004]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0005]一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法，方法包括以下内容：
[0006]1)图像获取：设置机器视觉定位装置，机器视觉定位装置从相机获取工件的图像信息并传送至控制单元，用于待加工试样和成品试样的抓取的定位；
[0007]2)图像处理：通过建立视觉图像上的点位与机器人坐标系之间的对应关系，对待加工试样和成品试样进行视觉成像；r/>[0008]3)工件抓取位姿处理：根据笛卡尔坐标系的变化法则，对获取的位姿进行坐标变换，获得工件的空间位置，把获得的工件的空间位置信息传送给机器人，引导机器人完成抓取动作；
[0009]4)采用机器人软浮动功能，使得机器人跟随者机床夹具内工件夹紧的方向运动。
[0010]建立视觉图像上的点位与机器人坐标系之间的对应关系，具体包括以下步骤：
[0011]S1、建立图像的直角坐标系UOV，其坐标(u,v)表示图像中的点的位置；
[0012]S2、建立一个实际空间平面上的直角坐标系XOY，设O1在UOV坐标系中的坐标为(u0,v0),每个像素点在x、y轴方向上的物理尺寸为dx和dy，图像中任一个像素点所对应的空间坐标系之间的转换关系，公式如下：
[0013][0014][0015]以齐次矩阵表示，公式如下：
[0016][0017]设是空间点P在像素坐标系中的齐次坐标，公式
③
可用如下公式表示：
[0018][0019]设为空间点的齐次坐标，则有空间点与图像中的像素点之间的关系，公式如下：
[0020][0021]公式
⑤
中，f为相机焦距，单位为mm；u0，v0为图像中的像素坐标，其单位为像素；dx，dy为每个像素点在x、y轴方向上的物理尺寸，单位为mm。
[0022]工件抓取位姿处理，通过视觉定位引导方法实现：选一个待加工试样作为初始工件，机器人夹着工件的初始位置为(i),手动控制机器人到达另一个位置(i+1)，这个过程中，机器人末端和标定工件的位姿关系始终不变，相机与机器人底座之间的位姿关系不变，公式如下：
[0023]tool(i)
H
obj(i)
＝
tool(i+1)
H
obj(i+1)
ꢀꢀ⑥
[0024]base(i)
H
cam(i)
＝
base(i+1)
H
cam(i+1)
ꢀꢀ⑦
[0025]公式
⑥
中，
tool(i)
H
obj(i)
为初始位置(i)时的工件(obj(i))在工具坐标系(tool(i))中的位姿矩阵；
tool(i+1)
H
obj(i+1)
为位置(i+1)时的工件(obj(i+1))在工具坐标系(tool(i+1))中的位姿矩阵；公式
⑦
中，
base(i)
H
cam(i)
为初始位置(i)时的相机(cam(i))在机器人基坐标系(base(i))中的位姿矩阵；
base(i+1)
H
cam(i+1)
为初始位置(i+1)时的相机(cam(i+1))在机器人基坐标系(base(i+1))中的位姿矩阵；
[0026]根据公式
⑥
和公式
⑦
得到公式如下：
[0027]tool(i)
H
base(i)
·
base(i)
H
cam(i)
·
cam(i)
H
obj(i)
＝
tool(i+1)
H
base(i+1)
·
base(i+1)
H
cam(i+1)
·
cam(i+1)
H
obj(i+1)
ꢀꢀ⑧
[0028]公式
⑧
中，
tool(i)
H
base(i)
为初始位置(i)时的机器人底座(base(i))在机器人工具坐标系(tool(i))中的位姿矩阵，
base(i)
H
cam(i)
为初始位置(i)时的相机(cam(i))在机器人基坐标系(base(i))中的位姿矩阵，
cam(i)
H
obj(i)
为初始位置(i)时的工件(obj(i))在相机坐标系(tool(i))中的位姿矩阵，
tool(i+1)
H
base(i+1)
为位置(i+1)时的机器人底座(base(i+1))在机器人工具坐标系(tool(i+1))中的位姿矩阵，
base(i+1)
H
cam(i+1)
为位置(i+1)时的相机(cam(i+1))在机器人基坐标系(base(i+1))中的位姿矩阵，
tool(i+1)
H
base(i+1)
为位置(i+1)时的工件(obj(i+1))在相机坐标系(tool(i+1))中的位姿矩阵；
[0029]对公式
⑧
进行整理得到公式如下：
[0030]tool(i+1)
H
‑
1base(i+1)
·
tool(i)
H
base(i)
·
base(i)
H
cam(i)
＝
base(i+1)
H
cam(i+1)
·
cam(i+1)
H
obj(i+1)
·
cam(i)
H
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法，其特征在于，所述的方法包括以下内容：1)图像获取：设置机器视觉定位装置，机器视觉定位装置从相机获取工件的图像信息并传送至控制单元，用于待加工试样和成品试样的抓取的定位；2)图像处理：通过建立视觉图像上的点位与机器人坐标系之间的对应关系，对待加工试样和成品试样进行视觉成像；3)工件抓取位姿处理：根据笛卡尔坐标系的变化法则，对获取的位姿进行坐标变换，获得工件的空间位置，把获得的工件的空间位置信息传送给机器人，引导机器人完成抓取动作；4)采用机器人软浮动功能，使得机器人跟随者机床夹具内工件夹紧的方向运动。2.根据权利要求1所述的一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法，其特征在于，所述的建立视觉图像上的点位与机器人坐标系之间的对应关系，具体包括以下步骤：S1、建立图像的直角坐标系UOV，其坐标(u,v)表示图像中的点的位置；S2、建立一个实际空间平面上的直角坐标系XOY，设O1在UOV坐标系中的坐标为(u0,v0),每个像素点在x、y轴方向上的物理尺寸为dx和dy，图像中任一个像素点所对应的空间坐标系之间的转换关系，公式如下：系之间的转换关系，公式如下：以齐次矩阵表示，公式如下：设是空间点P在像素坐标系中的齐次坐标，公式
③
可用如下公式表示：设为空间点的齐次坐标，则有空间点与图像中的像素点之间的关系，公式如下：公式
⑤
中，f为相机焦距，单位为mm；u0，v0为图像中的像素坐标，其单位为像素；dx，dy为每个像素点在x、y轴方向上的物理尺寸，单位为mm。3.根据权利要求1所述的一种应用于冲击试样加工中心的上下料方法，其特征在于，所
述的工件抓取位姿处理，通过视觉定位引导方法实现：选一个待加工试样作为初始工件，机器人夹着工件的初始位置为(i),手动控制机器人到达另一个位置(i+1)，这个过程中，机器人末端和标定工件的位姿关系始终不变，相机与机器人底座之间的位姿关系不变，公式如下：
tool(i)
H
obj(i)
＝
tool(i+1)
H
obj(i+1)
ꢀꢀ⑥
base(i)
H
cam(i)
＝
base(i+1)
H
cam(i+1)
ꢀꢀ⑦
公式
⑥
中，
tool(i)
H
obj(i)
为初始位置(i)时的工件(obj(i))在工具坐标系(tool(i))中的位姿矩阵；
tool(i+1)
H
obj(i+1)
为位置(i+1)时的工件(obj(i+1))在工具坐标系(tool(i+1))中的位姿矩阵；公式
⑦
中，
base(i)
H
cam(i)
为初始位置(i)时的相机(cam(i))在机器人基坐标系(base(i))中的位姿矩阵；
base(i+1)
H
cam(i+1)
为初始位置(i+1)时的相机(cam(i+1))在机器人基坐标系(base(i+1))中的位姿矩阵；根据公式
⑥
和公式
⑦
得到公式如下：
tool(i)
H
base(i)
·
base(i)
H
cam(i)
·
cam(i)
H
obj(i)
＝
tool(i+1)
H
base(i+1)
·
base(i+1)
H
cam(i+1)
·
cam(i+1)
H
obj(i+1)
ꢀꢀ⑧
公式
⑧
中，
tool(i)
H
base(i)
为初始位置(i)时的机器人底座(base(i))在机器人工具坐标系(tool(i))中的位姿矩阵，
base(i)
H
cam(i)
为初始位...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗全，袁野，王军，向宗继，苑辉，刘禹卓，
申请(专利权)人：大连华冶联自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：