CN211123748U - 一种机器视觉运动控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器视觉运动控制装置及系统，所述装置包括：底座；设置在所述底座上的跟踪目标转台；设置在所述跟踪目标转台上，且与所述跟踪目标转台转动连接的程控目标体；设置在所述程控目标体上的多个目标LED灯；设置在所述底座上，且与所述跟踪目标转台面对面设置的视觉监控器，所述视觉监控器与预设的上位机连接，用于动态捕捉所述目标LED灯并进行图像采集，并将图像数据发送至所述上位机。本实用新型中的机器视觉运动控制装置中既包括程控目标体，又包括视觉监控器，结构简单，且操作便利，可通过视觉监控器来实现对程控目标体上的目标LED进行实时图像捕捉，以便实现对目标LED的追踪，消除误差，提高追踪精度。

Description

一种机器视觉运动控制装置及系统

技术领域

本实用新型涉及机器视觉和运动控制技术领域，尤其涉及的是一种机器视觉运动控制装置及系统。

背景技术

机器视觉运动控制系统(或称光电跟踪系统、机器视觉跟踪系统) 一般由转台主体及其搭载的工业相机、图像采集卡、运动控制器、电机驱动器、上位机组成，其中主体为PT转台(二维转台)，而跟踪的目标可以为系统所在的环境中的真实物体。工业相机获取运动目标的图像并传递给图像采集卡，上位机通过图像二值化等算法进行图像处理，得到目标的定位和位置偏差，上位机通过PID控制算法输出控制指令给运动控制器，进而通过电机驱动器驱动电机运动，实现对目标的跟踪。

但是，现有的机器视觉运动控制系统的主体只包含转台部分，不包含跟踪的目标，结构复杂，且操作不便利，无法得知目标的准确位置和跟踪误差。

因此，现有技术还有待改进和发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种机器视觉运动控制装置及系统。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供一种机器视觉运动控制装置，其中，所述装置包括：底座；设置在所述底座上的跟踪目标转台；设置在所述跟踪目标转台上，且与所述跟踪目标转台转动连接的程控目标体；设置在所述程控目标体上的多个目标LED灯；设置在所述底座上，且与所述跟踪目标转台面对面设置的视觉监控器，所述视觉监控器与预设的上位机连接，用于动态捕捉所述目标LED灯并进行图像采集，并将图像数据发送至所述上位机。

在一种实施方式中，所述跟踪目标转台包括：设置在所述底座上的转台主体；设置在所述转台主体内的步进电机；设置在所述转台主体内，且位于所述步进电机上方的第一谐波减速器，所述第一谐波减速器与所述程控目标体连接。

在一种实施方式中，所述程控目标体与所述第一谐波减速器同轴连接。

在一种实施方式中，所述转台主体上设置有用于控制所述程控目标体的旋转角度的限位块，所述限位块的长度大于所述程控目标体的厚度。

在一种实施方式中，所述视觉监控器包括：设置在所述底座上的二维旋转台座；设置在所述二维旋转台座上的旋转组件；设置在所述旋转组件上的工业相机，所述工业相机用于捕捉所述目标LED灯并进行图像采集。

在一种实施方式中，所述旋转组件包括：设置在所述二维旋转台座上，且在所述二维旋转台座的平面旋转的第一旋转件；设置在所述第一旋转件上的第二旋转件，所述第二旋转件的旋转方向与所述第一旋转件的旋转方向垂直；所述工业相机设置在所述第二旋转件上。

在一种实施方式中，所述二维旋转台座内设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机与第二谐波减速器连接，所述第二谐波减速器与所述第一旋转件连接。

在一种实施方式中，所述第一旋转件内设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机与第三谐波减速器连接，所述第三谐波减速器与所述第二旋转件连接。

在一种实施方式中，所述目标LED灯均匀间隔排列在所述程控目标体上，且所述目标LED灯为形状为相同的红外LED或者不相同的红外 LED。

第二方面，本实用新型还提供一种机器视觉运动控制系统，其中，所述系统包括上述方案中所述的机器视觉运动控制装置以及与所述机器视觉运动控制装置连接的上位机，所述上位机用于对所述视觉监控器采集到的图像进行分析，确定所述目标LED的位置信息。

本实用新型的技术效果：本实用新型中的机器视觉运动控制装置中既包括程控目标体，又包括视觉监控器，结构简单，且操作便利，可通过视觉监控器来动态对程控目标体上的目标LED进行实时图像捕捉，以便实现对目标LED的追踪，以便得知目标的绝对位置和跟踪误差，并消除误差，提高追踪精度。

附图说明

图1为本实用新型提供的机器视觉运动控制装置的立体结构图。

图2为本实用新型提供的机器视觉运动控制装置中的程控目标体的第一实施例的结构示意图。

图3为本实用新型提供的机器视觉运动控制装置中的程控目标体的第二实施例的结构示意图。

图4为本实用新型提供的机器视觉运动控制系统的原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则所述方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件的间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随的改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则所述“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。另外，各个实施例的间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围的内。

为了解决现有技术的问题，本实施例提供一种机器视觉运动控制装置，具体如图1中所示。在本实施例中，所述机器视觉运动控制装置包括：底座10；设置在所述底座10上的跟踪目标转台20；设置在所述跟踪目标转台20上，且与所述跟踪目标转台20转动连接的程控目标体30；设置在所述程控目标体30上的多个目标LED灯310(如图2和图3 中所示)；设置在所述底座10上，且与所述跟踪目标转台20面对面设置的视觉监控器40，所述视觉监控器40与预设的上位机连接，用于动态捕捉所述目标LED灯310并进行图像采集，并将图像数据发送至所述上位机。

在本实施例中，由于所述机器视觉运动控制装置中既包括了程控目标体30，也包括了视觉监控器40，并且程控目标体30是与所述跟踪目标转台20转动连接的，也就是说，该程控目标体30可相对于所述跟踪目标转台20运动，而视觉监控器40可以实现对程控目标体30进行监控的，并且可以动态捕捉到所述程控目标体30上的目标LED灯310，即里所说视觉监控器40是可以运动的，从而采集到该目标LED灯310的图像数据，进而将采集到的图像数据发送至与所述机器视觉运动控制装置连接的上位机，通过上位机对图像数据进行分析，得到所述目标LED 灯310的位置信息，并且还可以接收上位机发送的控制指令，来调整视觉监控器40中的第一旋转件421和第二旋转件422的角度，从而调整工业相机430的对准方向，从而实现对目标物体的追踪，以便得知目标的绝对位置和跟踪误差，并消除误差，提高追踪精度。可见，本实施例中是将所述程控目标体30以及所述视觉监控器40设置在一个装置上，既结构紧凑便于携带，并且使得操作更加方便。

进一步地，如图1中所示，本实施例中的所述跟踪目标转台20包括：设置在所述底座10上的转台主体210，所述转台主体210为中空金属材质(如铸铁板)；设置在所述转台主体210内的步进电机220；设置在所述转台主体210内，且位于所述步进电机220上方的第一谐波减速器230，所述第一谐波减速器230与所述程控目标体30连接。从图1 中可以看出，本实施例中的转台主体210是固定在所述底座10上的，由于转台主体210内设置有步进电机220以及第一谐波减速器230，所述步进电机220与所述第一谐波减速器230通过皮带连接，因此当步进电机220运动后，就会带动所述第一谐波减速器230运动，进而由所述第一谐波减速器230带动所述程控目标体30运动。

在具体实施时，本实施例中还可以设置一电机驱动器，由于该电机驱动器的体积较大，因此图中未示出。具体地，该电机驱动器可以设置在一电气控制柜内，并且该电机驱动器与所述步进电机200连接，以通过所述电机驱动器来驱动所述步进电机200运动。进一步地，该电气控制柜内还可以设置一运动控制器，该运动控制器与电机驱动器连接，当通过上位机预先设置程控目标体30的运动参数(即目标运动速度和目标运动方向)后，运动控制器就会根据所述程控目标体30 的运动参数来控制所述电机驱动器，从而通过电机驱动器来控制所述步进电机220运动，并带动第一谐波减速器230的运动，进而使得所述程控目标体30的运动达到预先设置的运动参数。本实施例中的运动控制器是可选用搭载智能芯片的控制器来实现，例如，采用AG-A3T型号的控制器来对电机驱动器进行控制，该运动控制器通过控制电机驱动器不但可以实现对步进电机220的启停进行控制，还可以对步进电机 220的正转与反转来进行控制。

在一种实施方式中，如图1中所示，本实施例中的所述程控目标体30与所述第一谐波减速器230同轴连接，这样才使得所述程控目标体30的在运动时更加的稳定。本实施例中的所述程控目标体30与所述第一谐波减速器230连接时，是将所述程控目标体30的中间部位与所述第一谐波减速器230连接，这样使得所述程控目标体30的两端均分，当所述程控目标体30在运动时不会出现左右晃动的情况，运动更加稳定。优选地，本实施例中的所述程控目标体30可拆卸，便于对其进行更换，例如可将所述程控目标体30与所述第一谐波减速器230卡合固定连接，操作方便。

进一步地，如图2和图3中所示，在本实施例中的程控目标体30 为中空金属材质(如铸铁板)，可设计为长矩形、长菱形或其它形状，并且是为对称结构。本实施例中的程控目标体30上均匀间隔设置有多个目标LED灯310，这些目标LED灯310均可以发出相同波长的红外线的红外LED，当其中一个目标LED灯310点亮时，视觉监控器40就会对该点亮的目标LED灯310进行捕捉，并采集该目标LED灯310的图像向上位机发送，以通过上位机的分析确定出该目标LED灯310的位置。在本实施例中，所述目标LED灯310可以设置为形状相同，也可以为形状不相同。如图2中所示，当所述目标LED灯310为统一圆形的红外LED时，点亮时均可发出相同波长的红外光线；控制每一时刻只能有一个目标 LED灯310被点亮，亮的目标LED灯310即为跟踪目标。而如图3中所示，当所述目标LED灯310为不同形状的红外LED，可在程控目标310上任意排列；所有目标LED灯310点亮时均可发出相同波长的红外光线，可若干个目标LED灯310随机同时点亮，但同一形状的目标LED灯310一次只能点亮一个。在具体实施时，用户可在上位机上的操作界面上指定所要跟踪的目标形状，因此和目标形状相吻合的点亮的目标LED灯310 即为跟踪目标。具体地，所述程控目标体310上的目标LED灯310的数量可以根据需要设计从10个到40个均可。

进一步地，如图1中所示，本实施例中的所述转台主体210上设置有用于控制所述程控目标体30的旋转角度的限位块240，所述限位块 240的长度大于所述程控目标体30的厚度，这样当所述程控目标体30 转动到最大旋转角度时就会被限位块240挡住，实现限位。优选地，本实施例中的限位块240为突出的金属块，安装在转台主体210外部，突出长度超过程控目标体30的厚度，可限制程控目标体30的最大旋转角度。

进一步地，如图1中所示，本实施例中的所述视觉监控器40同样是设置在所述底座10上，并且是设置在所述跟踪目标转台20面对面设置。所述视觉监控器40包括：设置在所述底座10上的二维旋转台座 410；设置在所述二维旋转台座410上的旋转组件420；设置在所述旋转组件420上的工业相机430，所述工业相机430用于捕捉所述目标LED 灯310并进行图像采集。本实施例中的工业相机430是将光信号转变成有序的电信号，所述工业相机430设置在旋转组件420上的，因此工业相机430是可以运动的，当跟踪目标转台20上的程控目标体30运动时，工业相机430也可以运动，并对程控目标体30上亮起的目标LED灯310 进行捕捉以及图像采集。本实施例中的工业相机430具有图像采集卡，通过所述图像采集卡即可实现对目标LED灯的采集。优选地，本实施例中的第一谐波减速器230的高度(即程控目标体30的中心轴的高度) 与所述工业相机430的中心轴的高度一致，这样保证所述工业相机430可以更好地采集所述程控目标体30上的目标LED灯310。

具体地，如图1中所示，本实施中的所述旋转组件420为二维旋转组件，包括：设置在所述二维旋转台座410上，且在所述二维旋转台座410的平面旋转的第一旋转件421；设置在所述第一旋转件421上的第二旋转件422，所述第二旋转件422的旋转方向与所述第一旋转件 421的旋转方向垂直；所述工业相机430设置在所述第二旋转件422上。所述二维旋转台座410内设置有第一伺服电机411，所述第一伺服电机 411与第二谐波减速器412通过皮带连接，所述第二谐波减速器412与所述第一旋转件421连接。这样，当所述第一伺服电机411运动，就可以控制第二谐波减速器412运动，进而通过所述第二谐波减速器412 带动第一旋转件421运动。而所述第一旋转件421内设置有第二伺服电机423，所述第二伺服电机423与第三谐波减速器424通过皮带连接，所述第三谐波减速器424与所述第二旋转件422连接。这样，当所述第二伺服电机423运动时，就可以控制第三谐波减速器424运动，进而由第三谐波减速器424带动所述第二旋转件422转动，从而使得工业相机 430运动，实现对目标LED灯310的追踪。同样地，本实施例中还可以设置一电机驱动器，由于该电机驱动器的体积较大，因此图中未示出。具体地，该电机驱动器可以设置在一电气控制柜内，并且该电机驱动器与所述第一伺服电机411以及第二伺服电机423连接，以通过所述电机驱动器来驱动所述第一伺服电机411以及第二伺服电机423运动。进一步地，该电气控制柜内还可以设置一运动控制器，该运动控制器与电机驱动器连接。具体实施时，上位机在接收到采集到的目标LED灯 310的图像数据进行分析后，得到目标LED灯310的位置信息，进而得出目标LED的图像相对显示的视野中心坐标在X方向和Y方向上的误差 (若工业相机跟踪误差为0，则目标LED的图像位于视野中心)。然后第一伺服电机411以及第二伺服电机423尾部的编码器将第一伺服电机411以及第二伺服电机423的位置信号反馈给上位机和运动控制器，上位机根据接收到的信号进行分析，通过算法得到速度控制指令，并向该运动控制器发送速度控制指令，运动控制器接收速度控制指令，通过运动控制器控制电机驱动器，并通过所述电机驱动器来控制第一伺服电机411以及第二伺服电机423的转矩，以实现第一伺服电机411 以及第二伺服电机423对速度指令的跟踪，进而通过第二伺服电机423 和第三谐波减速器424带动第一旋转件421以及第二旋转件422分别在 X和Y方向上的旋转以实现工业相机430对程控目标体30上目标LED灯 310的跟踪。当然，进一步地，在上位机的操作界面中，用户若点击“保存数据”，则上位机就会将保存指定的参数至指定的位置。保存的指定的参数用户可以在上位机控制程序中指定，如目标LED灯310 位置误差、第一伺服电机411以及第二伺服电机423的编码器位置信号、X轴和Y轴控制信号等，用户可以更加直观并精确的得知目标LED灯310的绝对位置和跟踪误差。

进一步地，本实用新型还提供一种机器视觉运动控制系统，如图 4所示，本实施例中的机器视觉运动控制系统包括上述实施例中的机器视觉运动控制装置100以及与所述机器视觉运动控制装置100连接的上位机200，本实施例中的上位机200用于对所述视觉监控器采集到的图像进行分析，确定所述目标LED的位置信息。当然，如上述实施例中所描述的，本实施例中的上位机200可以向所述机器视觉运动控制装置100中的跟踪目标转台以及视觉监控器发送信号指令，以控制所述跟踪目标转台上的程控目标体以及视觉监控器运动，消除追踪误差，提高追踪精度。

综上所述，本实用新型公开了一种机器视觉运动控制装置及系统，所述机器视觉运动控制装置包括：底座；设置在所述底座上的跟踪目标转台；设置在所述跟踪目标转台上，且与所述跟踪目标转台转动连接的程控目标体；设置在所述程控目标体上的多个目标LED灯；设置在所述底座上，且与所述跟踪目标转台面对面设置的视觉监控器，所述视觉监控器用于捕捉所述目标LED灯并进行图像采集。本实用新型中的机器视觉运动控制装置中既包括程控目标体，又包括视觉监控器，结构简单，且操作便利，可通过视觉监控器来动态对程控目标体上的目标LED进行实时图像捕捉，以便实现对目标LED的追踪，以便得知目标的绝对位置和跟踪误差，并消除误差，提高追踪精度。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述装置包括：底座；设置在所述底座上的跟踪目标转台；设置在所述跟踪目标转台上，且与所述跟踪目标转台转动连接的程控目标体；设置在所述程控目标体上的多个目标LED灯；设置在所述底座上，且与所述跟踪目标转台面对面设置的视觉监控器，所述视觉监控器与预设的上位机连接，用于动态捕捉所述目标LED灯并进行图像采集，并将图像数据发送至所述上位机。

2.根据权利要求1所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述跟踪目标转台包括：设置在所述底座上的转台主体；设置在所述转台主体内的步进电机；设置在所述转台主体内，且位于所述步进电机上方的第一谐波减速器，所述第一谐波减速器与所述程控目标体连接。

3.根据权利要求2所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述程控目标体与所述第一谐波减速器同轴连接。

4.根据权利要求2所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述转台主体上设置有用于控制所述程控目标体的旋转角度的限位块，所述限位块的长度大于所述程控目标体的厚度。

5.根据权利要求1所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述视觉监控器包括：设置在所述底座上的二维旋转台座；设置在所述二维旋转台座上的旋转组件；设置在所述旋转组件上的工业相机，所述工业相机用于捕捉所述目标LED灯并进行图像采集。

6.根据权利要求5所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述旋转组件包括：设置在所述二维旋转台座上，且在所述二维旋转台座的平面旋转的第一旋转件；设置在所述第一旋转件上的第二旋转件，所述第二旋转件的旋转方向与所述第一旋转件的旋转方向垂直；所述工业相机设置在所述第二旋转件上。

7.根据权利要求6所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述二维旋转台座内设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机与第二谐波减速器连接，所述第二谐波减速器与所述第一旋转件连接。

8.根据权利要求7所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述第一旋转件内设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机与第三谐波减速器连接，所述第三谐波减速器与所述第二旋转件连接。

9.根据权利要求1所述的机器视觉运动控制装置，其特征在于，所述目标LED灯均匀间隔排列在所述程控目标体上，且所述目标LED灯为形状为相同的红外LED或者不相同的红外LED。

10.一种机器视觉运动控制系统，其特征在于，所述系统包括上述权利要求1-9任一项所述的机器视觉运动控制装置以及与所述机器视觉运动控制装置连接的上位机，所述上位机用于对所述视觉监控器采集到的图像进行分析，确定所述目标LED灯的位置信息。

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