自动贴片元件视觉定位系统设计(附件)【字数：6739】
日 期 2020年 月 日在工业4.0的环境中，人仍然是影响产品生命周期管理核心的效率和质量的重要因素。因此，监测和分析人类的行为至关重要。随着工业自动化的快速发展，智能化是必然趋势，机器替代人工也在逐步开展中，加上工业自动化中工艺要求越来越高，传统的工业自动化精度无法满足生产需求，机器视觉方案逐步替代传统工业自动化中定位方式，机器视觉相当于机器的眼睛，能够在工业自动化中更加准确的、智能的识别和定位。
目录
引言 1
一、对位常见对位场景介绍 2
二、硬件选型与调试 4
（一）硬件的选型 4
1.相机选型 4
2.镜头选型 4
（二）打光方案的设计 4
（三）相机光源及镜头和光源控制器调试 5
（四）光圈、焦距等参数说明 6
三、系统实现原理 7
（一）结构组成 7
（二）对位工艺 7
（三）标定算法 9
（四）校正算法 10
（五）复检 11
四、影响对位精度的因素 13
（一）视觉精度 13
（二）机械精度 14
（三）运动控制精度 14
（四）机械视觉选型 14
五、对位精度问题分析 15
（一）图像精度 15
（二）标定精度 15
1.手眼标定误差 15
2.关联标定误差 15
（三）机械精度 15
1.机械平移精度 15
2.机械绝对精度的平移误差验证方法 16
3.机械旋转精度 16
4.机械绝对精度的旋转误差验证方法 16
（四）计算放式 17
总结 18
致谢 19
参考文献 20
引言
该项目为给某公司定制的震动马达自动贴装饰片设备。设备基于自主研发的机器视觉系统，通过视觉系统计算出每次贴标时的平移及旋转偏移量x，y，θ，并与plc进行通讯，驱动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
伺服电机运动，实现高效、高精度的自动贴合装饰片功能。该设备为典型的上下相机对位和尺寸检测类应用，具有十分广泛的应用前景和较高的实用价值。
一、对位常见对位场景介绍
定位中常见应用场景包括单上相机抓取定位（如图11所示）、单下相机放料定位（如图12所示）、单上相机放料定位（如图11所示）、单上单下相机定位（如图13所示）。
/
图11 单上相机定位图
/
图12 单下相机定位图
/
图13 单上单下相机定位图
对位所包含的参数见表11所示；
表11 对位参数表
对位精度
视觉精度
标定精度
视觉软件标定过程的精度
图像精度
图像方面精度，像素当量，图像锐利程度等
算法精度（算法重复精度）
视觉算法的精度（视觉算法重复抓边或者点的精度）
机械精度
重复精度
动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度
绝对精度
运动实际值与真实值之间的精度
标定精度
手眼标定精度
机械与图像坐标系建立转换关系的精度
关联标定精度
上下相机进行坐标系关联的精度
其他
Cpk
制成能力指数
Grr
测量系统的重复性和复现性
相关性
是指两个变量的关联程度，可以用excel做数据的相关性分析
CPK也叫:制程能力指数/工序能力指数过程能力指数，是指工序在一定时间里, 处于控制状态(稳定状态)下的实际加工能力。它是工序固有的能力，或者说它是工序保证质量的能力。
这里所指的工序，是指操作者、机器、原材料、工艺方法和生产环境等五个基本质量因素(5M)综合作用的过程,也就是产品质量的生产过程。产品质量就是工序中的各个质量因素所起作用的综合表现。对于任何生产过程，产品质量总是分散地存在着。若工序能力越高,则产品质量特性值的分散就会越小;若工序能力越低，则产品质量特性值的分散就会越大。
计算公式：CPK= Min[ (USL Mu)/3s, (Mu LSL)/3s]，s标准差，USL，LSL上下限，20组以上（常见32组数据）。
Cpk < 1.33 制成能力不足
1.67 >= Cpk >= 1.33 制成能力满足
Cpk > 1.67 制成能力过足
Grr是测量系统的重复性和复现性；
重复性：指同一种量具，同一位作业者，当多次测量相同零件的指定特性的差异。
复现性：指不同作业者以相同量具测同样产品的特性，测的平均值的差异。
评估一个测量系统的测量能力，并以此统计分析结果作为对操作者，测量设备异常状况的改善参考。
Grr < 10% 测量系统可接受
10% < Grr 30% 可接受也可不接受，取决于测量系统的重要性
Grr > 30% 不能接受，测量系统要改进
相关性：相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度。一般要求相关性≥85%。
二、硬件选型与调试
（一）硬件的选型
1.相机选型
视觉精度以0.02mm计算，视野范围最大为46mm×30mm，故应选择 ≥ 1750×1150 = 201万分辨率的相机，考虑性价比旧配件的复用，最终选择600万像素的Inovance相机。
目录
引言 1
一、对位常见对位场景介绍 2
二、硬件选型与调试 4
（一）硬件的选型 4
1.相机选型 4
2.镜头选型 4
（二）打光方案的设计 4
（三）相机光源及镜头和光源控制器调试 5
（四）光圈、焦距等参数说明 6
三、系统实现原理 7
（一）结构组成 7
（二）对位工艺 7
（三）标定算法 9
（四）校正算法 10
（五）复检 11
四、影响对位精度的因素 13
（一）视觉精度 13
（二）机械精度 14
（三）运动控制精度 14
（四）机械视觉选型 14
五、对位精度问题分析 15
（一）图像精度 15
（二）标定精度 15
1.手眼标定误差 15
2.关联标定误差 15
（三）机械精度 15
1.机械平移精度 15
2.机械绝对精度的平移误差验证方法 16
3.机械旋转精度 16
4.机械绝对精度的旋转误差验证方法 16
（四）计算放式 17
总结 18
致谢 19
参考文献 20
引言
该项目为给某公司定制的震动马达自动贴装饰片设备。设备基于自主研发的机器视觉系统，通过视觉系统计算出每次贴标时的平移及旋转偏移量x，y，θ，并与plc进行通讯，驱动 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
伺服电机运动，实现高效、高精度的自动贴合装饰片功能。该设备为典型的上下相机对位和尺寸检测类应用，具有十分广泛的应用前景和较高的实用价值。
一、对位常见对位场景介绍
定位中常见应用场景包括单上相机抓取定位（如图11所示）、单下相机放料定位（如图12所示）、单上相机放料定位（如图11所示）、单上单下相机定位（如图13所示）。
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图11 单上相机定位图
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图12 单下相机定位图
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图13 单上单下相机定位图
对位所包含的参数见表11所示；
表11 对位参数表
对位精度
视觉精度
标定精度
视觉软件标定过程的精度
图像精度
图像方面精度，像素当量，图像锐利程度等
算法精度（算法重复精度）
视觉算法的精度（视觉算法重复抓边或者点的精度）
机械精度
重复精度
动作重复多次，机械手到达同样位置的精确程度
绝对精度
运动实际值与真实值之间的精度
标定精度
手眼标定精度
机械与图像坐标系建立转换关系的精度
关联标定精度
上下相机进行坐标系关联的精度
其他
Cpk
制成能力指数
Grr
测量系统的重复性和复现性
相关性
是指两个变量的关联程度，可以用excel做数据的相关性分析
CPK也叫:制程能力指数/工序能力指数过程能力指数，是指工序在一定时间里, 处于控制状态(稳定状态)下的实际加工能力。它是工序固有的能力，或者说它是工序保证质量的能力。
这里所指的工序，是指操作者、机器、原材料、工艺方法和生产环境等五个基本质量因素(5M)综合作用的过程,也就是产品质量的生产过程。产品质量就是工序中的各个质量因素所起作用的综合表现。对于任何生产过程，产品质量总是分散地存在着。若工序能力越高,则产品质量特性值的分散就会越小;若工序能力越低，则产品质量特性值的分散就会越大。
计算公式：CPK= Min[ (USL Mu)/3s, (Mu LSL)/3s]，s标准差，USL，LSL上下限，20组以上（常见32组数据）。
Cpk < 1.33 制成能力不足
1.67 >= Cpk >= 1.33 制成能力满足
Cpk > 1.67 制成能力过足
Grr是测量系统的重复性和复现性；
重复性：指同一种量具，同一位作业者，当多次测量相同零件的指定特性的差异。
复现性：指不同作业者以相同量具测同样产品的特性，测的平均值的差异。
评估一个测量系统的测量能力，并以此统计分析结果作为对操作者，测量设备异常状况的改善参考。
Grr < 10% 测量系统可接受
10% < Grr 30% 可接受也可不接受，取决于测量系统的重要性
Grr > 30% 不能接受，测量系统要改进
相关性：相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度。一般要求相关性≥85%。
二、硬件选型与调试
（一）硬件的选型
1.相机选型
视觉精度以0.02mm计算，视野范围最大为46mm×30mm，故应选择 ≥ 1750×1150 = 201万分辨率的相机，考虑性价比旧配件的复用，最终选择600万像素的Inovance相机。
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