(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210961941.6 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 中国电子科技 集团公司第十四研究 所 地址 210039 江苏省南京市雨 花台区国睿 路8号 (72)发明人 刘敏　胡长明　陈诚　娄华威　 瞿亦峰　王旭敏　 (74)专利代理 机构 南京知识律师事务所 32 207 专利代理师 严梦婷　高娇阳 (51)Int.Cl. G06T 7/11(2017.01) G06T 7/73(2017.01) G06V 10/74(2022.01) G06V 10/80(2022.01)H01F 41/02(2006.01) (54)发明名称 一种变压器铁芯叠片机器人工作站片料定 位视觉系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种变压器铁芯叠片机器人 工作站片料定位视觉系统及方法， 包括硬件和软 件， 所述硬件包括5套视觉处理系统硬件， 分别对 应执行端的5台机器人； 每一套视觉处理系统硬 件包括1台视觉处理控制器、 6台工业相机和镜 头、 1台工业以太网交换机、 4条线 性LED条形光源 和其它模块和电缆。 本发明在大幅面薄型片料堆 在来料时为散乱状态且料架无工装定位的情况 下， 实现了对片料的识别和高精度定位， 视觉算 法实现的过程中， 适应了不同的片料表面状态、 片料下料状态、 料架摆放状态、 外部环境光状态 等不同的实际工况， 具有很强的鲁棒 性。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115170590 A 2022.10.11 CN 115170590 A 1.一种变压器铁芯叠片机器人工作站片料定位视觉系统， 其特征在于， 包括硬件和软 件， 所述硬件包括5套视觉处理系统硬件， 分别对应执行端的5台机器人； 每一套视觉处理系 统硬件包括1台视觉处理控制器、 6台工业相机和 镜头、 1台工业以太网交换机、 4条线性LED 条形光源和其它模块和电缆； 所述软件运行在对应的视觉处理控制 器上， 用于实现图像采 集、 图像前置处 理、 特征识别、 边线拟合、 角点定位、 位置数据校验、 和TCP/IP数据通讯功能。 2.根据权利要求1所述的一种变压器铁芯自动叠片机器人工作站片料定位视觉系统， 其特征在于， 工业相机和镜头、 工业以太网交互机和线性LED条形光源都安装在机器人末端 抓手上； 视觉处理控制 器集成到对应机器人控制柜中； 工业相 机通过以太网交换机实现同 视觉处理控制器的图像采集通讯， 相机的接口为GigE， 支持POE供电； 视觉处理控制器同机 器人控制器之间通过TCP/IP以太网通讯， 将处理后的片料位姿结果数据发送给机器人， 从 而引导机器人实现对片料的高精度定位。 3.根据权利要求2所述的一种变压器铁芯自动叠片机器人工作站片料定位视觉系统， 其特征在于， 每一套机器人末端抓手上装有6台工业相机， 每一台工业相机都同机器人构成 一个手眼系统， 6台工业相机都需完成手眼标定； 为适应不同片料 的规格， 每一次自适应选 取6台工业相机中的2个作为作业相机， 覆盖柱片片料长度范围从1500mm到3500mm， 轭片片 料长度范围从600mm到2500mm； 片料的识别和定位， 都是通过2个作业相机的数据融合得到 片料的抓取中心位置和抓取姿态。 4.一种变压器铁芯叠片机器人工作站片料视觉定位方法， 其特征在于， 所述方法基于 权利要求1 ‑3任一权利要求所述系统实现， 包括以下步骤： 工业相机和镜头对片料进行拍照， 获取片料的图像， 并将图像发送给视觉处理控制器， 从而完成原 始图像的采集； 视觉处理控制器对原始图像进行处理获得的片料两端的角点位置数据， 并将其发送给 机器人端； 机器人端将角点位置数据进行融合处理， 得到片料中心 的位置和姿态， 引导机器人末 端抓手进行精确抓取。 5.根据权利要求4所述的一种变压器铁芯叠片机器人工作站片料视觉定位方法， 其特 征在于， 所述视觉处理控制器对原始图像进 行处理获得的片料两端的角点位置数据具体包 括以下步骤： 步骤1.1： 通过 校正算法将原 始图像转换为校正后的图像； 步骤1.2： 通过像素空间裁剪、 加减常量、 灰度形态调整、 高通过滤等图像预处理算法对 图像的特征进 行加强处理获得预 处理后的图像； 若成功， 进入步骤1.3， 否则， 采用下一套图 像处理算法重新执行步骤1.2， 如果预设的N套图像处理参数都未成功获得有效角点的坐标 数据， 则输出 该侧角点在相机坐标系下的角点 坐标(0,0,0)； 表示未识别成功； 步骤1.3： 通过模板匹配算法在像素空间中搜索边角特征； 若成功， 进入步骤1.4， 否则 返回步骤1.2采用下一套图像处 理算法重新执 行步骤1.2； 步骤1.4： 依次对每一个边角特征进行表层算法校验， 获得料堆最表层片料的边角位 置； 若成功， 进入步骤1.5， 否则返回步骤1.2采用下一套图像处 理算法重新执 行步骤1.2； 步骤1.5： 得到边角位置点位置和姿态， 划分两条边的边界拟合区域， 获得两条边； 若成 功， 进入步骤1.6， 否则返回步骤1.2采用下一套图像处 理算法重新执 行步骤1.2；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115170590 A 2步骤1.6： 将两条拟合边的交点作为片料该侧的角点， 并对角点坐标的有效性进行检 验； 若成功， 进入步骤1.7， 否则返回步骤1.2采用下一套图像处 理算法重新执 行步骤1.2； 步骤1.7： 输出 该侧角点在相机坐标系下的角点 坐标(1,X,Y)， 表示识别成功。 6.根据权利要求5所述的一种变压器铁芯叠片机器人工作站片料视觉定位方法， 其特 征在于， 机器人端将角点位置数据进 行融合处理， 得到片料中心的位置和姿态， 引导机器人 末端抓手进行精确抓取 具体包括以下步骤： 步骤2.1： 机器人根据作业流程运动到对应片料堆的上方， 定位到拍 照位姿(X0,Y0,Z0, α 0, β 0,γ0)； 步骤2.2： 根据目标片料的片料长度， 从6台相机中选取参与识别的相机组合； 步骤2.3： 左右两个相机分别识别对应片料侧的表层边角； 步骤2.4： 左右边角全部识别成功， 获得两个边角在各自相机坐标系下的角点坐标(X1, Y1)和(X2,Y2)； 步骤2.5： 根据标定的左右相机安装位置坐标系同机器人TCP中心工具坐标系之间的转 换关系， 得到左右角点在机器人坐标系下的位置坐标(XR 1,YR1)和(XR2,YR2)； 步骤2.6： 根据两边角位置计算片料短边长度L， 当计算得到的片料短边长度L同理论片 料长度L0之间的误差 △L在1mm之内时， 则进行下一步， 否则停机报警并反馈片料堆来料存 在下料偏差或缺料情况； 步骤2.7： 根据两角点坐标、 片料宽度计算得到片料中心相对机器人TCP位置中心之间 的位置偏差( △X0,△Y0)以及转角偏差 △θ 0； 步骤2.8： 机器人根据片料位置偏差定位到取料位置(X0+ △X0,Y0+△Y0,Z0+H, α0, β 0, γ0+△θ 0)完成取 料； 当步骤2.3中某一个相机或某两个相机存在未识别成功的边角， 则根据多次拍照定位 策略， 定位到新的拍照 位姿(X0+ △X,Y0+△Y,Z0, α 0, β 0,γ0)， 并重新执行步骤2.2 ‑2.8； 其 中，△X和△Y为根据多次拍照定位策略得到的调整距离； 当所有拍照位姿处都未成功完成片料识别， 则停机报警反馈上位机拍照失败； 当步骤2.6执行过程中， 判断到当前片料长度超差， 则停机报警反馈片料堆来料存在下 料偏差或缺料情况。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115170590 A 3