一种镜片开模的视觉控制方法及设备

技术领域

本发明涉及工业机器人、工业自动化设备、计算机视觉，尤其是涉及一种镜片开模的视觉控制方法及设备。

背景技术

在镜片加工行业，尤其是树脂镜片，可分为灌注树脂镜片和注塑树脂镜片两种。目前，市场上在生产镜片时，镜片开模是镜片加工中必不可少的工序，该工序要求开模师傅将上层的B模与树脂镜片分离，然后经过后续步骤，树脂镜片会自动与A模分离。因此，自动开模设备的主要任务是实现B模与树脂镜片的分离操作。

传统的人工开模往往存在一些问题。目前的人工操作将玻璃模具插入限位槽内后，使用小锤子与铲子将镜片分离出，由于人工使用普通工具进行开模，对人工的熟练程度有一定要求，劳动强度大，生产效率低。此外，还可能损坏镜片模具，导致镜片产量减少以及模具损耗增加。此外，长期从事开模工作的师傅们还常常遭受肩周炎、上肢筋膜炎等职业病的困扰。机器开模时也存在一些问题，需要检测模具与镜片间的缝隙，但因镜片与模具的相似度极高，相机识别不准，此外，因镜片、模具材质和灌注成型后的状态多种多样，也给检测带来较大的干扰因素，增加了镜片与模具的分离难度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种镜片开模的视觉控制方法及设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一方面，本发明公开了一种镜片开模的视觉控制方法，包括以下步骤：

S1：对镜片开模设备完成视觉与开模刀的标定；

S2：通过镜片开模设备的控制器控制相机，拍摄镜片模组图像；

S3：截取图像左右两侧区域的局部图像，寻找镜片模组所在的位置；

S4：设置感兴趣区域的上下左右边界；

S5：根据感兴趣区域的上下左右边界，截取感兴趣区域图像，使得感兴趣区域主要包含高亮反光区域，若找不到感兴趣区域，重复S3和S4；

S6：将感兴趣区域图像切分为左右两部分，分别寻找镜片模组中B模缝隙；

S7：将感兴趣区域的左右两部分分别进行二值化和轮廓查找，以判断缝隙查找是否成功；

S8：若缝隙查找失败，则向镜片开模设备的控制器发送失败信号，并由镜片开模设备的控制器发送重新识别指令，重复S2～S7；

S9：若缝隙查找成功，则向镜片开模设备的控制器发送开模指令与高度数据。

进一步地，S1中所述对镜片开模设备完成视觉与开模刀的标定具体包括以下步骤：

S11：将镜片开模设备的棋盘格标定板放置于识别平面，通过相机捕获含有标定板的图像，标定相机内参与相机外参；

S12：将树脂镜片上刻一道印记，将此时的开模刀高度标记为开模刀零点；通过相机捕获图像，预先人工设定印记的出现范围，对此范围内的图像块进行边缘检测操作，计算所有检测到的印记至边缘的纵坐标的均值，将所述的纵坐标均值作为视觉零点，完成视觉与开模刀的标定。

进一步地，S21中所述相机内参包括X方向焦距fx，Y方向焦距fy，相机光心坐标(cx,cy)，相机外参包括三维自由度旋转和三维自由度平移。

进一步地，所述S4具体包括：

S41、设置纵向搜索感兴趣区域的上下边界，分别计算图像左右两侧区域的局部图像的亮度直方图，根据直方图的分布设置亮度阈值，进行图像自适应二值化，提取轮廓，滤除小轮廓，将轮廓的重心纵向坐标排序；取最上边的轮廓，计算其下边界，作为感兴趣区域的上边界；取最下边的轮廓，计算其上边界，作为感兴趣区域的下边界；

S42、设置横向搜索感兴趣区域的左右边界，将B模上端向下取30像素的感兴趣区域，将感兴趣区域二值化，提取轮廓，滤除小轮廓，将轮廓的重心纵向坐标排序；取最左边的轮廓，计算其右边界，作为感兴趣区域的左边界；取最右边的轮廓，计算其左边界，作为感兴趣区域的右边界。

进一步地，S5中所述截取图像左右两侧区域的局部图像需要在镜片模组的背向光源的后方用黑色板作为背景。

可选地，S7所述判断缝隙查找是否成功包括：剔除小轮廓后，将轮廓的重心纵向坐标排序，取最上方的轮廓，计算此轮廓区域最上方纵向10像素内的纵坐标均值，计算纵向10像素内像素分布的主方向，判断条件为主方向偏离是否超过纵向角度阈值5°，左右缝隙纵坐标差别是否超过2mm。

进一步地，所述主方向采用主成分分析法计算。

进一步地，若主方向偏离超过纵向角度阈值5°，则缝隙查找失败；若左右缝隙纵坐标差别超过2mm，则缝隙查找失败。

进一步地，若主方向偏离小于纵向角度阈值5°，且左右缝隙纵坐标差别小于2mm，则缝隙查找成功，向控制器发送开模指令与高度数据。

第二方面，本发明公开了一种镜片开模的视觉控制设备，包括控制器、棋盘格标定板，该设备具有环形四工位，包括上料工位、视觉工位、开模工位、下料工位；在视觉工位，安装像素至少500万的灰度相机，以及均匀打光板，面光源中间开孔，相机光轴轴心与开孔的圆心重合，所述设备用于上述中任一所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明基于计算机视觉控制方法中的图像处理和识别技术，通过高分辨率的摄像头对开模过程进行实时监测和分析，利用图像处理算法，能够准确地识别B模和树脂镜片的位置和形状，并基于此信息进行精确的控制操作。

(2)本发明通过在自动化开模设备中，利用计算机视觉系统根据预设的参数和模具特征，自动调整开模过程中的力度、速度和角度，以实现可靠的分离操作，本发明不仅可以提高开模的准确性和稳定性，还可以消除人为因素对开模质量的影响。

(3)本发明通过引入基于视觉控制的自动化开模设备，不仅可以减少人工开模中的错误和损坏，能有效地保护开模师傅的健康，降低因工作引起的职业病发病率，从而创造更加安全和舒适的工作环境；还能够提高生产效率和产品质量，具有重要的应用前景，并能够为相关产业带来显著的技术进步和经济效益。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明一个实施例的具体流程图；

图3为本发明的开模示意图；

图4为本发明的相机内参标定示意图；

图5为本发明的相机外参标定示意图；

图6为本发明的开模刀与视觉工位标定示意图；

图7为本发明的镜片开模缝隙识别图；

图8为本发明寻找感兴趣区域的工作流程示意图；

图9为本发明的困难样本识别流程图。

附图说明：

图3：1、B模；2、树脂镜片；3、A模；4、开模刀。

图5：1、模具；2、标定板；3、相机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例提供了一种镜片开模的视觉控制方法，如图1和图2所示，具体包括以下步骤：

步骤1：操作一种镜片开模的视觉控制设备，该设备可以为一个具有环形4工位的非标自动化设备，通常包含上料工位、视觉工位、开模工位、下料工位。在视觉工位，安装至少500万像素的灰度相机，以及亮度较高的均匀打光板，面光源中间开孔，相机光轴轴心与开孔的圆心尽可能重合。开模示意如图3所示，对镜片开模设备进行视觉与开模刀的标定，该设备的控制器(PLC)向视觉控制软件端发送识别指令，开模刀根据视觉识别的缝隙位置，进刀后B模脱落。

步骤2：如图4和图5所示，将设备的高精度的棋盘格标定板放置于识别平面，通过相机捕获含有标定板的图像，标定相机的内参与外参，其中，相机的内参包括X方向焦距fx，Y方向焦距fy，相机光心(cx,cy)，相机外参包括三维自由度旋转和三维自由度平移。

步骤3：如图6所示，在工位放上镜片模组，将工位旋转至开模工位，调整位置，在树脂上刻一道印记，将此时的开模刀高度记为开模刀零点。将工位旋转回视觉工位，相机捕获图像，预先人工设定印记的出现范围，对此范围内的图像块进行边缘检测操作，计算所有检测到的印记至边缘的纵坐标的均值，将印记的纵坐标均值作为视觉零点，至此完成视觉与开模刀的标定。

步骤4：视觉控制软件端接收到识别信号，控制相机拍摄图像。

步骤5：如图8所示，截取图像左右两侧区域的局部图像，寻找镜片及其模组所在的位置。具体的，需要在镜片模组的后方，即背向光源的那一端，用哑光黑色卡纸作为背景。根据生产线上镜片模组的最大厚度，设置镜片模组的上下边沿查找范围。分别计算图像左右两侧区域的局部图像的亮度直方图，根据直方图的分布设置亮度阈值，进行图像自适应二值化，提取轮廓，滤除小轮廓，将轮廓的重心纵向坐标排序。取最上边的轮廓，计算其下边界，作为镜片模组的上边界；取最下边的轮廓，计算其上边界，作为镜片模组的下边界。根据镜片模组的上下边界查找范围设置对应的感兴趣区域的上下边界。

步骤6：感兴趣区域的上下边界与镜片模组的上下边界完全一致。根据镜片模组的上下边界得到感兴趣区域的上下边界。根据面光源的辐射范围，以及镜片模组被气缸吸附时的扰动范围，设置横向搜索感兴趣区域的左右边界，将B模上端向下取30像素的感兴趣区域，将感兴趣区域二值化，提取轮廓，滤除小轮廓，将轮廓的重心纵向坐标排序。取最左边的轮廓，计算其右边界，作为感兴趣区域的左边界；取最右边的轮廓，计算其左边界，作为感兴趣区域的右边界。

步骤7：根据感兴趣区域的上下左右边界，截取感兴趣区域图像，使得感兴趣区域主要包含高亮反光区域。若找不到感兴趣区域，则重新旋转镜片，重复步骤5、6和7，再次查找。

步骤8：缝隙识别示意如图7，由于面光源开孔的存在，感兴趣区域的中线部分打光效果差，因此将感兴趣区域图像切分为左右两部分，分别寻找B模缝隙。

步骤9：将感兴趣区域的左右两部分分别进行二值化和轮廓查找，剔除小轮廓后，将轮廓的重心纵向坐标排序。取最上方的轮廓，计算此轮廓区域最上方纵向10像素内的纵坐标均值。利用主成分分析计算纵向10像素内像素分布的主方向，判断主方向偏离是否超过纵向角度阈值5°，左右缝隙纵坐标差别是否超过2mm。

步骤10：若主方向偏离超过纵向角度阈值5°，则认为缝隙查找失败；若左右缝隙纵坐标差别超过2mm，也认为缝隙查找失败，发送失败信号，并发送重新识别指令。

步骤11：如果主方向偏离小于纵向角度阈值5°，左右缝隙纵坐标差别也小于2mm，则缝隙查找成功，向控制器发送开模指令与高度数据。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。