机器人3D视觉精密装配误差分析方法及应用技术

本发明专利技术公开了智能制造领域内的一种机器人3D视觉精密装配误差分析方法，包括以下步骤：S1）将标定板固定在机器人法兰盘末端，采集多组位姿和对应标定板图像；S2）标定相机内参、外参、畸变系数，分析镜头校正像素误差；S3）进行手眼标定，分析手眼标定过程的平移与旋转误差；S4）采集PCB板图像、电容针脚图像，并进行图像定位：分析PCB孔重复定位误差和针脚重复定位误差；S5）分析PCB高度误差，分析电容针脚高度误差；S6）计算针脚中心X、Y坐标与机器人末端工具坐标系X、Y坐标之间的重复误差；S7）分析PCB板与机器人X轴角度偏差导致的机械定位误差；S8）计算最终的插装误差，本发明专利技术大大提高了机器人3D视觉系统的装配精度。机器人3D视觉系统的装配精度。机器人3D视觉系统的装配精度。

【技术实现步骤摘要】
机器人3D视觉精密装配误差分析方法及应用


[0001]本专利技术涉及智能制造
，尤其涉及一种机器人3D视觉装配方法。

技术介绍

[0002]单目视觉位姿测量系统的精度受许多因素影响，例如输入参数误差、测 量距离和控制点设置等，国内外学者在这方面做了大量的研究。霍炬等人研 究了特征标靶布局对位姿测量精度的影响[1]。周静等人分析了不考虑镜头畸 变情况下摄像机标定参数误差与位姿测量精度之间的关系[2]。郝颖明等人将 输入参数分为目标模型的测量误差、焦比误差和主点坐标误差3类，研究了 每类误差和测量距离对位姿测量误差的影响[3]。上述研究都是在只有某一个 或某一类参数存在误差，其余参数均为理想无误差的情况下进行的。在工程 实际中，各个输入参数都无法避免地存在着误差，且它们之间存在非线性的 相互影响，因此如果只分析一个或一类参数的误差，结果就很可能与实际情 况有比较大的差异。此外，为了简化模型，也没有考虑镜头畸变误差的影响， 更没有研究其他常用精度优化方法对系统精度的提高效果[4]。
[0003][1]霍炬,崔家山,王伟兴.基于共面特征点的单目视觉位姿测量误差分 析[J].光子学报,2014,43(05):150
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156.
[0004][2]周静,郝颖明,朱枫,何雷.摄像机标定参数误差对位姿测量精度的 影响[A].中国仪器仪表学会青年工作委员会.中国仪器仪表学会第九届青年 学术会议论文集[C].中国仪器仪表学会青年工作委员会:《仪器仪表学报》杂 志社,2007:5.
[0005][3]郝颖明,朱枫,欧锦军,吴清潇,周静,付双飞.P3P位姿测量方法的 误差分析[J].计算机工程与应用,2008(18):239
‑
242.
[0006][4]郝仁杰,王中宇,李亚茹.一种单目视觉位姿测量系统的误差分析方 法[J].应用光学,2019,40(01):79
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85.

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较 佳实施例。在本说明书以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简 化或省略以避免使本说明书、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简 化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0008]针对现有技术中不能全面考虑多种误差而导致装配精度不够的问题，提 出了本专利技术，因此，本专利技术提供了一种机器人3D视觉精密装配误差分析方 法及应用，通过离线标定和在线装配两个阶段的误差进行分析，最终提高机 器人3D视觉系统的装配精度。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种机器人3D视觉 精密装配误差分析方法，包括离线标定阶段和在线装配阶段；
[0010]离线标定阶段
[0011]S1)将标定板固定在机器人法兰盘末端，移动标定板至1号相机和2号 相机的上
方，保存机器人位姿信息并采集标定板图像，重复平移与旋转运动， 采集多组位姿和对应标定板图像；
[0012]S2)用多副标定板图像标定相机内参、外参、畸变系数，分析镜头校正 像素误差；
[0013]S3)用多组位姿信息和标定板图像进行手眼标定，得到相机在机器人底 座坐标系下的位姿，分析手眼标定过程的平移与旋转误差；
[0014]在线装配阶段
[0015]S4)1号相机采集PCB板图像、2号相机采集电容针脚图像，并对二者 分别进行图像定位：对多幅PCB图片进行定位时，分析PCB孔重复定位误 差，对多幅针脚图像进行定位时，分析针脚重复定位误差；
[0016]S5)基于PCB板的CAD模型分析PCB高度误差，基于电容小范围平移 分析电容针脚高度误差；
[0017]S6)将针脚中心X、Y坐标与机器人末端工具坐标系X、Y坐标之间的 计算值进行重复测算，计算其中的重复误差；
[0018]S7)计算目标PCB板插装孔位姿，分析PCB板与机器人X轴角度偏差 导致的机械定位误差；
[0019]S8)利用误差链传播的串并联关系，并选取合适的融合参数，计算最终 的插装误差。
[0020]作为本专利技术所述机器人3D视觉精密装配误差分析方法的优选方案，S4) 中PCB板图像定位的具体方法为：采集多张PCB板图像，以相同的图像处 理算法定位图像的通孔坐标，计算多幅图像中同一通孔的X、Y坐标误差， 以多组误差的均值作为PCB孔重复定位误差。
[0021]作为本专利技术所述机器人3D视觉精密装配误差分析方法的优选方案，S4) 中电容针脚图像定位的具体方法为：安装在机器人法兰盘上的机器人夹爪抓 取电容，在固定高度进行X、Y方向的平移运动，2号相机采集多张图像，计 算不同图像中电容同一针脚的相对距离与机器人平移距离的误差，以多组误 差的均值作为电容针脚重复定位误差。
[0022]作为本专利技术所述机器人3D视觉精密装配误差分析方法的优选方案，S5) 中计算PCB高度误差具体为：假设PCB高度为1号相机标定时标定板的高 度，计算此时PCB图像不同通孔之间的距离与CAD模型理论值的误差的平 均值；接着在小范围内改变PCB高度值，使计算的误差的平均值达到最小， 得到相对最优的PCB高度，计算其与相机标定高度的差值，得到PCB高度 误差。
[0023]作为本专利技术所述机器人3D视觉精密装配误差分析方法的优选方案，S5) 中计算电容针脚高度误差具体为：假设电容针脚高度为2号相机标定时标定板 的高度，然后对多幅电容在机器人X
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Y平面上平移时拍照的图像进行处理， 计算不同图像中电容中心的相对距离与机器人平移距离的误差的平均值，小 范围内改变电容针脚高度值，使计算的误差的均值达到最小，得到相对最优 的电容针脚高度，计算其与相机标定高度的差值，得到电容针脚高度误差。
[0024]作为本专利技术所述机器人3D视觉精密装配误差分析方法的优选方案，S6) 具体为：安装在机器人法兰盘上的机器人夹爪抓取电容在2号相机上方平移 并拍照，由机器人系统获得机器人法兰盘中心坐标，以电容三针脚中心的外 接圆圆心作为电容中心，计算机器人
法兰盘中心与电容中心在机器人底座坐 标系X
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Y平面上的距离，重复上述步骤，以多个计算值的方差作为重复误差。
[0025]作为本专利技术所述机器人3D视觉精密装配误差分析方法的优选方案，S7) 具体为：计算PCB中心位置三个通孔中心构成的三角形的长边与机器人底座 坐标系X轴的角度大小，与其CAD模型里长边与水平轴的正确角度比较， 得到PCB板与机器人底座坐标系X轴的角度偏差，并计算其导致的机械定 位误差。
[0026]一种机器人3D视觉精密装配误差分析方法的应用，利用所述机器人3D 视觉精密装配误差分析方法计算出插装误差指标，根据相应误差指标补偿后 将电容抓取插装在PCB板上。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0028]本专利技术指出机器人3D视觉精密装配过程中可能产生的误差，包括相机 标定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人3D视觉精密装配误差分析方法，其特征在于，包括离线标定阶段和在线装配阶段；离线标定阶段S1)将标定板固定在机器人法兰盘末端，移动标定板至1号相机和2号相机的上方，保存机器人位姿信息并采集标定板图像，重复平移与旋转运动，采集多组位姿和对应标定板图像；S2)用多副标定板图像标定相机内参、外参、畸变系数，分析镜头校正像素误差；S3)用多组位姿信息和标定板图像进行手眼标定，得到相机在机器人底座坐标系下的位姿，分析手眼标定过程的平移与旋转误差；在线装配阶段S4)1号相机采集PCB板图像、2号相机采集电容针脚图像，并对二者分别进行图像定位：对多幅PCB图片进行定位时，分析PCB孔重复定位误差，对多幅针脚图像进行定位时，分析针脚重复定位误差；S5)基于PCB板的CAD模型分析PCB高度误差，基于电容小范围平移分析电容针脚高度误差；S6)将针脚中心X、Y坐标与机器人末端工具坐标系X、Y坐标之间的计算值进行重复测算，计算其中的重复误差；S7)计算目标PCB板插装孔位姿，分析PCB板与机器人X轴角度偏差导致的机械定位误差；S8)利用误差链传播的串并联关系，并选取合适的融合参数，计算最终的插装误差。2.根据权利要求1所述的机器人3D视觉精密装配误差分析方法，其特征在于，S4)中PCB板图像定位的具体方法为：采集多张PCB板图像，以相同的图像处理算法定位图像的通孔坐标，计算多幅图像中同一通孔的X、Y坐标误差，以多组误差的均值作为PCB孔重复定位误差。3.根据权利要求1所述的机器人3D视觉精密装配误差分析方法，其特征在于，S4)中电容针脚图像定位的具体方法为：安装在机器人法兰盘上的机器人夹爪抓取电容，在固定高度进行X、Y方向的平移运动，2号相机采集多张图像，计算不同图像中电容同一针脚的相对距离与机器人平移距离的误差，以多组误差的均值作为电容针脚重复定位误差。4.根据权利要求1所述的机器人3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李福东，蒋彬，李威，
申请(专利权)人：无锡新冉锐视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：