機(jī)器視覺技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合解析方案

首先您要確定的兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的角度偏差值。我們把這一角度稱為偏差角。一種簡單的做法是通過移動(dòng)工作臺一個(gè)已知角度，利用機(jī)器視覺系統(tǒng)來測量起始位置和終止位置來確定該偏差角。例如，假定您僅在X軸移動(dòng)了工作臺2000單位(0，0到2000，0位置)。由于您只移動(dòng)了X軸，在圖像坐標(biāo)系中測量的Y軸的任何移動(dòng)都能幫助您確定該偏差角。如果相機(jī)的圖像顯示工作臺在X軸移動(dòng)了173像素，在Y軸移動(dòng)了100像素，可以通過對Y和X比值的反正切來計(jì)算旋轉(zhuǎn)的角度。對100/173取反正切得到偏差角為30度。

在確定了偏差角后，下一步您要確定視覺單元和運(yùn)動(dòng)控制單元之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。您可以通過比較在圖像中測量出的運(yùn)動(dòng)距離和在運(yùn)動(dòng)控制中給出的運(yùn)動(dòng)距離來計(jì)算得該轉(zhuǎn)換公式。為了確定在圖像中的移動(dòng)距離Z，可以利用勾股定理通過X值和Y值進(jìn)行計(jì)算。Z=sqrt(X^2+Y^2)。

在視覺系統(tǒng)中移動(dòng)的長度=sqrt(100^2+173^2) = 200像素。

現(xiàn)在您可以從上面的范例中知道，視覺單元到運(yùn)動(dòng)控制單元的比率為200：2000或1：10。在進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)您需要注意的一點(diǎn)是當(dāng)您在校準(zhǔn)時(shí)采樣的點(diǎn)數(shù)越多，在最后您的校準(zhǔn)結(jié)果越準(zhǔn)確。另一點(diǎn)需要注意的是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可能有輕微缺陷，這會導(dǎo)致不同部件移動(dòng)相同距離有輕微差別。為了提高可重復(fù)率，您應(yīng)該通過采集不同點(diǎn)的多個(gè)樣本來計(jì)算轉(zhuǎn)換比率。此外，使用這種比率，您可以發(fā)現(xiàn)為了能在圖像上觀察到一個(gè)像素距離的移動(dòng)，您至少需要將工作臺移動(dòng)10個(gè)單位。這些類系統(tǒng)中，工作臺的分辨率遠(yuǎn)高于鏡頭的分辨率的情況是很常見的，這意味著圖像中的微小移動(dòng)將會在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中導(dǎo)致很大的位移變化。若您連續(xù)的核對工作臺的位置，您可能發(fā)現(xiàn)它會在目標(biāo)位置附近跳動(dòng)。一旦出現(xiàn)這樣的情況，您可以考慮設(shè)置盲區(qū)，這樣當(dāng)您感覺工作臺已足夠接近目標(biāo)區(qū)域，運(yùn)動(dòng)控制就不再繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

下一步我們將要利用系統(tǒng)的相關(guān)信息來決定如何把相機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)上點(diǎn)的位置轉(zhuǎn)換到工作臺坐標(biāo)系統(tǒng)上。可以

利用下圖來更好地說明這種轉(zhuǎn)換如何實(shí)現(xiàn)：假定將工作臺從0，0移動(dòng)到到相機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的新位置X1 和Y1(以藍(lán)色代表)，X1和Y1都位于第一象限內(nèi)。

關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，您需要知道某點(diǎn)在工作臺坐標(biāo)系統(tǒng)中的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，在圖中由紅色的虛線表示。在相機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)中的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)是已知的，利用它們您可以很容易地計(jì)算出在相機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)中的偏差角。利用相機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)下的角度矢量減去已知的偏置角就能方便地得到工作臺坐標(biāo)系統(tǒng)中的角度矢量。利用矢量H作為斜邊您可以構(gòu)建一個(gè)直角三角形，Y2和X2是它的兩條未知長度的直角邊。對于直角三角形，當(dāng)您知道其中一條邊和一個(gè)角的大小，就能夠計(jì)算出其余兩條邊的大小。由于我們已經(jīng)通過計(jì)算得到了工作臺坐標(biāo)系統(tǒng)中的矢量角度的大小，就可以通過正弦定律和余弦定律來計(jì)算其余兩條邊的大小。結(jié)果如下：

通過sin(theta3)=Y2/H 得到 H*sin(angle in stage frame)= Y2

通過cos(theta3)=X2/H 得到H*cos(angle in stage frame)= X2

圖5坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的LabVIEW代碼