【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于真空管内部机械手实时自动定位领域，具体说是一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件及定位方法。
技术介绍
1、小型真空管内部环境下的机械手的运动一般采用磁力传动方式，磁力牵引系统安装在真空管外部，机械手安装在真空管内部的滑轨上，由外部牵引系统带动内部机械手的运动，牵引系统的伺服位置反馈难以表述机械手的真实位置，因此，此应用环境一般采用人工观察的方式实现机械手定位。
2、目前采用的人工观察定位方式难以实现快速响应以及自动化，同时受人工视角影响较大，定位精度较低，生产效率低。部分应用场景引入光电开关进行到位判别，定位精度受光电传感器光斑大小影响较大，同时难以实现位置偏差测量。
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种实时自动视觉定位组件，成像组件安装在真空管外部，实现真空管内部机械手运动过程中的实时位置定位，又可以实现机械手到位后的位置判别，以克服现有定位技术的上述缺点。
2、本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，包括：成像模块、环形角度光源、观察窗、视觉处理模块；
3、成像模块，固设于环形光源上，用于接收到视觉处理模块采集控制指令，对目标区域进行图像采集，将采集得到的原始图像发送至视觉处理模块；
4、环形光源，固于成像模块下方，且与观察窗顶面连接，用于接收视觉处理模块发送的亮度控制指令，对真空管内的目标区域提供亮度；还接收上位系统发送的采集控制指令，并对采集控制指令进行解析，根
5、观察窗设于真空管壁上方，且观察窗顶面与环形光源连接，用于降低成像模块的成像失真；
6、视觉处理模块，用于发送采集控制指令至成像模块以及发送亮度控制指令至环形光源，并接收成像模块采集到的原始图像，接收到原始图像后进行图预处理，并对预处理后的图像提取标志点，进行标志点的定位，最终获取到实际的空间位置坐标。
7、所述成像模块，包括：相互连接的成像传感器与镜头；
8、所述成像传感器输入端与镜头连接，输出端与视觉处理模块连接，以传输原始图像至视觉处理模块；
9、所述镜头为低畸变镜头。
10、所述环形光源，包括：角度基板、灯珠以及遮光罩；
11、所述角度基板为中空锥台结构，沿角度基板的中心轴的锥台内侧壁上对称固设有两列灯珠，每列中相邻的灯珠之间间距相等，所述灯珠与视觉处理模块连接；
12、所述角度基板的顶面开设有通孔，通孔处固设有环形光源的镜头，通孔大小与环形光源的镜头外径相适配；
13、所述角度基板底部开口设有遮光罩，以使光源反射均匀。
14、所述遮光罩为锥台形的漫反射板；
15、所述遮光罩设于角度基板内，且遮光罩的锥度与角度基板的锥度相等；所述灯珠设于遮光罩的外壁与角度基板的内壁之间；所述遮光罩与灯珠相抵接。
16、所述观察窗嵌设于真空管壁上，所述观察窗为透明玻璃的中空柱体，以降低成像模块的成像失真；所述观察窗的透射率为95％～99％，折射率为1～1.5。
17、所述视觉处理模块，包括：光源控制模块、图像存储与处理模块；
18、所述图像存储与处理模块，包括：
19、主控制器，用于接收上位系统发送的采集控制指令，并对采集控制指令进行解析，根据指令内容控制成像模块采集图像；
20、fpga，用于将接收到成像模块发送的原始图像进行预处理，将预处理后的图像通过总线方式发送至arm；
21、arm，用于对预处理后的图像提取标志点，进行标志点的定位，最终获取到实际的空间位置坐标，并发送至上位系统；
22、光源控制模块，与环形光源的灯珠连接，用于接收上位系统的亮度控制指令，对环形光源的灯珠进行亮度调整。
23、一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件的定位方法，包括以下步骤：
24、1)在真空管上开设一孔洞，将观察窗嵌入安装至孔洞处，环形光源固定于观察窗顶部，成像模块固定在环形光源上方，使成像模块的镜头与环形光源的顶部开口适配安装，调整成像模块的高低位置以及角度基板与水平采集面的角度，以采集成像；
25、2)在机械手上标记圆形标志点，上位系统控制机械手在真空管中运动，当机械手进入视觉测量区域时，上位系统发送采集控制指令至视觉处理模块，视觉处理模块解析该采集控制指令后，视觉处理模块控制成像模块采集真空管孔洞处机械手的原始图像；
26、3)成像模块将采集的原始图像发送至视觉处理模块进行处理后，得到机械手上标志点的实际空间位置坐标。
27、所述调整成像模块的高低位置以及角度基板与水平采集面的角度，具体为：
28、当成像模块的高度超过设定值时，反射光线不能完全进入成像范围，此时通过减小角度基板的侧壁与水平面的角度所形成的锥度，使反射光线向成像范围中间区域偏移；
29、当成像模块的高度低于设定值时，增大角度基板与水平面的角度，使反射光线向成像范围边沿区域偏移。
30、所述步骤3)，具体为：
31、视觉处理模块接收到成像模块采集到的真空管孔洞处机械手的原始图像后，通过fpga进行图像预处理，以对原始图像进行降噪，消除图像中无关的信息；
32、将预处理后图像经总线发送给arm，arm通过图像特征匹配与质心法提取标志点，进行标志点的定位，将图像中机械手标志点的图像坐标转换为空间位置坐标，并将空间位置坐标实时反馈给上位系统。
33、本专利技术具有以下有益效果及优点：
34、1.由于真空管较小，内部难以安装视觉组件，本专利技术提供了一种通过观察窗成像的方式，观察窗采用透明玻璃，图像采集模块由定制的图像采集板与小型镜头组成，环形光源与环形角度光源一体设计，有效较少反光问题。
35、2.本专利技术在机械手合适位置标记特定形状与颜色的标志点，机械手在管壁内运动，当进入成像模块的测量范围时，成像模块采集图像发送给视觉处理模块，视觉处理模块检测到标志点，计算图像坐标后转换为空间位置坐标，实时反馈给控制系统。如果为到位判别，则同时计算出当前机械手标志点与预设到位点的偏差。
36、3.本专利技术为满足实时低延迟处理，采用soc平台实现，将定位算法进行优化处理，部署在fpga与arm端，实现标志点实时提取与定位计算，对比传统的计算机处理方式，该处理方式可满足实时位置计算。。
37、4.本专利技术的角度基板与测量面的角度具备一定的关系，可以调整相应角度进而降低成像模块的失真情况。。
38、5.本专利技术的遮光罩为漫反射材料，实现光源的均匀化处理，此时成像面的照明区域是均匀的。
39、6.本专利技术的视觉定位模块相较于传统的真空管内机械手编码器反馈定位方式，具有抗干扰、无接触、无损伤、便于安装、定位精度高等优点。
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1.一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，包括：成像模块(1)、环形角度光源(2)、观察窗(3)、视觉处理模块(4)；
2.根据权利要求1所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述成像模块(1)，包括：相互连接的成像传感器与镜头；
3.根据权利要求1所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述环形光源(2)，包括：角度基板、灯珠以及遮光罩；
4.根据权利要求3所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述遮光罩为锥台形的漫反射板；
5.根据权利要求1所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述观察窗(3)嵌设于真空管壁上，所述观察窗(3)为透明玻璃的中空柱体，以降低成像模块(1)的成像失真；所述观察窗(3)的透射率为95％～99％，折射率为1～1.5。
6.根据权利要求1所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述视觉处理模块(4)，包括：光源控制模块、图像存储与处理模块；
7.根据权利要求1所述的一种真空
8.根据权利要求7所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件的定位方法，其特征在于，所述调整成像模块的高低位置以及角度基板与水平采集面的角度，具体为：
9.根据权利要求7所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件的定位方法，其特征在于，所述步骤3)，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，包括：成像模块(1)、环形角度光源(2)、观察窗(3)、视觉处理模块(4)；
2.根据权利要求1所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述成像模块(1)，包括：相互连接的成像传感器与镜头；
3.根据权利要求1所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述环形光源(2)，包括：角度基板、灯珠以及遮光罩；
4.根据权利要求3所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述遮光罩为锥台形的漫反射板；
5.根据权利要求1所述的一种真空管内机械手实时自动视觉定位组件，其特征在于，所述观察窗(3)嵌设于真空管壁上，所述观察窗(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳成海，佟新鑫，栗霄峰，朱丹，李英杰，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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