1、N點(diǎn)標(biāo)定概述

　　機(jī)構(gòu)平臺在搭配相機(jī)應(yīng)用中，不論相機(jī)固定安裝在機(jī)構(gòu)平臺外還是相機(jī)安裝在機(jī)構(gòu)末端，都需要先執(zhí)行手眼標(biāo)定，最常見的手眼標(biāo)定為N點(diǎn)標(biāo)定，其目的是獲取相機(jī)外參矩陣，通過記錄N組像素坐標(biāo)點(diǎn)和物理坐標(biāo)點(diǎn)，計算獲得圖像坐標(biāo)系A(chǔ)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)物理坐標(biāo)系B的轉(zhuǎn)換矩陣T，該矩陣即為N點(diǎn)標(biāo)定生成的標(biāo)定文件。

　　N點(diǎn)標(biāo)定的本質(zhì)是統(tǒng)一坐標(biāo)系，將圖像坐標(biāo)系中的點(diǎn)轉(zhuǎn)換到物理坐標(biāo)系中，然后在物理坐標(biāo)系中進(jìn)行數(shù)值處理，進(jìn)而引導(dǎo)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作。一般用于XYZ平臺、XYθ平臺、Scara機(jī)械手、六自由度機(jī)械手等。

　　2、N點(diǎn)標(biāo)定原理

　　從數(shù)學(xué)的角度來看，一個二維坐標(biāo)系xoy經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)、縮放可以變換到另一個坐標(biāo)系x’o’y’。

　　其轉(zhuǎn)換關(guān)系表示如下：

　　上述矩陣描述了兩個坐標(biāo)系之間的關(guān)系，其中fx, fy分別是x方向和y方向的縮放尺度，a, b分別是x方向和y方向的平移量，θ是坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度。矩陣中有6個自由度，至少需要6個方程，也就是3組點(diǎn)才能求解，超過3組點(diǎn)，則用非線性最小二乘法進(jìn)行優(yōu)化，最常用的為9組點(diǎn)。

　　LeadVision視覺平臺N點(diǎn)標(biāo)定包括9點(diǎn)標(biāo)定和16點(diǎn)標(biāo)定(其中最后7點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn))。16點(diǎn)標(biāo)定是9點(diǎn)平移標(biāo)定和7點(diǎn)旋轉(zhuǎn)標(biāo)定的組合，多用于處理抓取點(diǎn)不在旋轉(zhuǎn)中心的情況。

　　7點(diǎn)旋轉(zhuǎn)標(biāo)定本質(zhì)是求解旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)，提供擬合圓法找旋轉(zhuǎn)中心和三角函數(shù)法找旋轉(zhuǎn)中心。擬合圓法是通過旋轉(zhuǎn)七次，記錄七個不同位置的同一Mark點(diǎn)，求出通過它們的一個圓，其圓心即為旋轉(zhuǎn)中心。

　　三角函數(shù)法是通過旋轉(zhuǎn)七次，記錄三個不同位置的同一Mark點(diǎn)和四個重復(fù)位置的同一Mark點(diǎn)，計算出三個Mark點(diǎn)對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)中心，其中后四個Mark點(diǎn)用于驗(yàn)算，如下圖所示。一般來說，擬合圓法用于大視野場景，三角函數(shù)法用于小視野場景。

　　注意：7點(diǎn)旋轉(zhuǎn)標(biāo)時，需保持XY軸不動，只動旋轉(zhuǎn)軸，記錄旋轉(zhuǎn)角度。

　　3、N點(diǎn)標(biāo)定流程

　　N點(diǎn)標(biāo)定與通訊功能配合可實(shí)現(xiàn)一鍵自動標(biāo)定，分為四個步驟：

　　(1)移動到標(biāo)定起始位：機(jī)構(gòu)移動到拍照位，如上圖1的位置(和后續(xù)的10位置相同)，吸取標(biāo)定對象(可以是產(chǎn)品，也可以是標(biāo)定塊)。

　　(2)XY平移標(biāo)定：機(jī)構(gòu)按設(shè)定的偏移值依次移動到上圖9個位置，然后給LeadVision視覺平臺發(fā)送拍照指令、點(diǎn)序號及對應(yīng)的機(jī)構(gòu)坐標(biāo)，格式可自定義為“標(biāo)定Cal，點(diǎn)序號為1~9，X坐標(biāo)，Y坐標(biāo)，角度”，如“Cal,1,10,10,2”，取得9組機(jī)構(gòu)平臺坐標(biāo)和標(biāo)定對象的像素坐標(biāo)。

　　(3)旋轉(zhuǎn)標(biāo)定：機(jī)構(gòu)依次移動到上圖的7個位置(此時只動旋轉(zhuǎn)R軸)，然后給LeadVision視覺平臺依次發(fā)送拍照指令、點(diǎn)序號及對應(yīng)的機(jī)構(gòu)坐標(biāo)，格式同步驟(2)，點(diǎn)序號為10~16，取得7組機(jī)構(gòu)平臺坐標(biāo)和標(biāo)定對象的像素坐標(biāo)。

　　(4)生成標(biāo)定文件：點(diǎn)擊LeadVision視覺平臺標(biāo)定工具的【計算結(jié)果】按鈕，生成標(biāo)定文件。

　　4、LeadVision平臺實(shí)現(xiàn)

　　01、目標(biāo)

　　通過16點(diǎn)標(biāo)定實(shí)現(xiàn)相機(jī)坐標(biāo)系到Scara機(jī)械手末端坐標(biāo)系的絕對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

　　02、創(chuàng)建工程

　　(1)新建工程

　　打開LeadVision軟件，在菜單欄選擇“工程”→“新建工程”，彈出新建工程對話框，輸入相機(jī)數(shù)、任務(wù)流程數(shù)、工程名稱和保存路徑，如下圖所示。

　　(2)相機(jī)配置

　　在菜單欄選擇“相機(jī)”→“相機(jī)配置”，彈出相機(jī)設(shè)置對話框，本例圖像來源為本地圖像文件夾(如果實(shí)際連接了相機(jī)，此處勾選相機(jī));圖像來源路徑中輸入相對路徑(./samples/images/標(biāo)定)，當(dāng)然也可以通過打開文件對話框，選擇圖片存放的絕對路徑;其他參數(shù)按默認(rèn)配置即可，最后單擊“保存設(shè)置”，如下圖所示。

　　注意：圖像來源路徑為相對路徑時，輸入完路徑后，需按回車生效。

　　(3)設(shè)置基準(zhǔn)圖像

　　基準(zhǔn)圖像用于配置后續(xù)各工具參數(shù)使用，每新建一個工程都需要設(shè)置基準(zhǔn)圖像。在菜單欄選擇“圖像”→“基準(zhǔn)圖像”，彈出基準(zhǔn)圖像設(shè)置對話框。點(diǎn)擊“打開”選擇一張基準(zhǔn)圖像，然后修改基準(zhǔn)圖像的備注名稱(如基準(zhǔn))，便于個人識別。

　　03、搭建流程

　　標(biāo)定流程需進(jìn)入標(biāo)定界面進(jìn)行流程搭建，在工具欄點(diǎn)擊“進(jìn)入坐標(biāo)系標(biāo)定界面”。

　　在標(biāo)定界面搭建的N點(diǎn)標(biāo)定流程，效果如下所示，下文重點(diǎn)講解流程中的TCP通信及N點(diǎn)標(biāo)定工具的配置。

　　(1)TCP通信接收

　　“TCP通信接收”可從通信設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，在使用該工具之前，首先需要添加通信設(shè)備，通信設(shè)備在菜單欄“通信”→“通信設(shè)置”中添加，此處我們添加一個TCP服務(wù)器，配置如下所示。

　　添加通信設(shè)備后，開始配置“TCP通信接收”參數(shù)，本例程配置的數(shù)據(jù)格式為“Cal,Id,X坐標(biāo),Y坐標(biāo),角度”，匹配到指令命令“Cal”時，執(zhí)行后續(xù)流程，詳細(xì)參數(shù)如下：

　　(2)采集圖像

　　使用該工具默認(rèn)參數(shù)即可。

　　(3)輪廓匹配

　　輪廓匹配參數(shù)在LeadVision第一課已詳細(xì)講解，本次不展開說明。選擇圓心ROI框選基準(zhǔn)圖像的中心區(qū)域，創(chuàng)建模板，效果如下：

　　(4)N點(diǎn)標(biāo)定

　　本例為相機(jī)固定在Scara機(jī)械手平臺外，所以在基本設(shè)置Tab選項(xiàng)頁中，配置平臺類型“XYθ”，相機(jī)安裝方式“固定不動”，旋轉(zhuǎn)中心標(biāo)定方法“三角函數(shù)法找旋轉(zhuǎn)中心”，標(biāo)定文件名稱為“Calib106”，坐標(biāo)點(diǎn)序號綁定Tcp通信接收的Id，圖像坐標(biāo)X/Y綁定輪廓匹配工具的cx/cy，平臺坐標(biāo)X/Y/T綁定Tcp通信接收的x/y/theta，如下所示。

　　04、運(yùn)行結(jié)果

　　本例16個平臺坐標(biāo)及發(fā)送數(shù)據(jù)如下，其中X方向平移距離15mm，Y方向平移距離15mm，末端旋轉(zhuǎn)15度。

　　點(diǎn)擊①running按鈕運(yùn)行標(biāo)定程序，使用TCP/UDP測試工具，連接LeadVision TCP服務(wù)器127.0.0.1，端口號60000，連接成功后，依次發(fā)送16個點(diǎn)的平臺坐標(biāo)數(shù)據(jù)模擬平臺運(yùn)行，如“Cal,2,221.6,-305.8,-97.8”，觸發(fā)拍照執(zhí)行。

　　16點(diǎn)平臺坐標(biāo)全部運(yùn)行完成后，再次點(diǎn)擊running按鈕停止標(biāo)定程序。雙擊“N點(diǎn)標(biāo)定”工具，選擇坐標(biāo)點(diǎn)列表Tab選項(xiàng)頁，查看標(biāo)定數(shù)據(jù)，依次點(diǎn)擊①更新圖像坐標(biāo)點(diǎn)→②顯示坐標(biāo)點(diǎn)，可觀察9點(diǎn)數(shù)據(jù)的分布。

　　切換到處理結(jié)果Tab選項(xiàng)頁，點(diǎn)擊①“計算結(jié)果”→②“保存結(jié)果”，得到最終的標(biāo)定矩陣文件Calib106，至此，完成N點(diǎn)標(biāo)定。

END