一种铆钉机及其控制系统、控制和标定方法与流程

1.本发明涉及铆钉机技术领域，尤其涉及一种铆钉机及其控制系统、控制和标定方法。


背景技术：

2.目前的铆钉机均自动化运行，其中，铆钉一般被设置在位移台上，并由控制器下发位移数据，来机械控制位移台的移动，使得铆钉可以移动至铆钉机吸嘴的正下方，接着铆钉机吸附铆钉进行作业；其中，当前控制位移台的移动位移，主要利用上相机或下相机来拍摄铆钉和吸嘴，从而得到铆钉的xy方向的位置，由此控制位移台机械运动，实现铆钉移动的自动化。但其存在的问题是，当前铆钉机设备上下无多余的相机安装空间，或者相机视野受限而无法量测。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种铆钉机及其控制系统、控制和标定方法，以解决当前铆钉机设备上下无多余空间安装相机的问题。
4.为解决上述问题，本发明第一方面实施例提出了一种铆钉机控制系统，包括：
5.第一反光元件、第二反光元件、第三反光元件、第四反光元件、相机、第一光源和第二光源；
6.所述第一反光元件、所述第二反光元件、所述第三反光元件和所述第四反光元件位于铆钉机吸嘴的一侧面，所述相机位于各反光元件远离所述吸嘴的一侧面，所述第一光源和所述第二光源位于所述吸嘴远离各反光元件的一侧面；
7.其中，所述第一光源用于沿第一方向照射所述铆钉机吸嘴和位于位移台上的铆钉形成第一计算光束，所述第一计算光束经所述第一反光元件反射至所述第二反光元件，并由所述第二反光元件反射至所述相机，所述相机根据所述第一计算光束形成第一图像；所述第二光源用于沿第二方向照射所述铆钉机吸嘴和位于位移台上的铆钉形成第二计算光束，所述第二计算光束经所述第三反光元件反射至所述第四反光元件，并由所述第四反光元件反射至所述相机，所述相机根据所述第二计算光束形成第二图像，其中，第一方向和所述第二方向沿所述相机的中轴线对称，所述第一图像和所述第二图像不交叠；
8.还包括：控制器；
9.所述控制器分别与所述位移台和所述相机连接，用于根据所述第一图像、所述第二图像以及各反光元件的安装角度控制所述位移台移动，以使所述铆钉机吸嘴的中轴线与所述铆钉的中轴线位于同一直线上。
10.根据本发明的一个实施例，所述铆钉机吸嘴的底面中心位于所述相机的光轴上；
11.所述第二反光元件和所述第四反光元件的迎光面与所述相机的光轴呈45度夹角；
12.经所述第一反光元件反射的所述第一计算光束以45度角入射至所述第二反光元件，所述第二反光元件反射所述第一计算光束沿所述相机的光轴方向入射至所述相机；经
所述第三反光元件反射的所述第二计算光束以45度角入射至所述第四反光元件，所述第四反光元件反射所述第二计算光束沿所述相机的光轴方向入射至所述相机。
13.根据本发明的一个实施例，各所述反光元件为反射镜或棱镜中的其中一种。
14.根据本发明实施例提出的铆钉机控制系统，通过设置第一至第四反光元件、相机和光源等，使得相机可以从铆钉机侧面探测铆钉机吸嘴和铆钉之间的位置关系，并且通过结合各反光元件的安装角度，可以获取沿铆钉机吸嘴和铆钉的中轴线方向，铆钉与铆钉机吸嘴的相对位置关系，从而可以通过控制器控制位移台的移动，使得铆钉的中轴线与铆钉机吸嘴的中轴线位于同一直线上，不但实现了铆钉机位移台移动的自动化，而且节省了沿铆钉机吸嘴和铆钉的中轴线方向的空间。
15.为解决上述问题，本发明第二方面实施例提出了一种铆钉机控制方法，基于如前所述的铆钉机控制系统实现，包括以下步骤：
16.获取第一图像和第二图像；
17.根据所述第一图像获取铆钉机吸嘴至铆钉的在垂直于所述第一计算光束方向上的第一垂直距离；
18.根据所述第二图像获取铆钉机吸嘴至铆钉的在垂直于所述第二计算光束方向上的第二垂直距离；
19.根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离以及所述第一方向和所述第二方向的夹角计算获取所述铆钉机吸嘴至所述铆钉的实际偏移量；
20.根据所述实际偏移量控制所述位移台移动，以使所述铆钉机吸嘴的中轴线与所述铆钉的中轴线位于同一直线上。
21.根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离以及所述第一方向和所述第二方向的夹角计算获取所述铆钉机吸嘴至所述铆钉的实际偏移量包括：
22.以所述铆钉机吸嘴为原点，以所述位移台的第一移动方向为x轴，第二移动方向为y轴建立平面直角坐标系；
23.根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离以及所述第一方向和所述第二方向的夹角计算所述铆钉机吸嘴和所述铆钉之间的距离，以及所述所述铆钉机吸嘴和所述铆钉之间的连线与x轴的夹角；
24.根据所述距离和所述与x轴的夹角，获取所述距离在所述x轴和所述y轴上的偏移量。
25.根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一垂直距离、所述第二垂直距离以及所述第一方向和所述第二方向的夹角计算所述铆钉机吸嘴和所述铆钉之间的距离，以及所述所述铆钉机吸嘴和所述铆钉之间的连线与x轴的夹角包括：
26.根据三角函数计算方法计算所述铆钉机吸嘴和所述铆钉之间的距离，以及所述所述铆钉机吸嘴和所述铆钉之间的连线与x轴的夹角。
27.根据本发明实施例提出的铆钉机控制方法，通过相机捕捉的图像来获取第一垂直距离和第二垂直向距离，并通过建立直角坐标系以及三角函数的计算方式，获取了铆钉与铆钉机吸嘴之间在xy方向上的偏移量，从而可以控制位移台移动，使得铆钉与铆钉机吸嘴的中轴线可以在同一直线上，解决了无法在中轴线安装相机的问题，实现了在侧方采集图
像自动控制位移台。
28.为解决上述问题，本发明第三方面实施例提出了一种铆钉机的标定方法，基于如前所述的铆钉机控制系统，以及如前所述的铆钉机控制方法实现，包括以下步骤：
29.通过九点标定算法控制所述位移台移动，以改变位于所述位移台上的铆钉的位置；
30.根据所述位移台的移动获取九组所述位移台的九组标定偏移量；
31.同时通过所述铆钉机控制方法计算获取所述位移台的九组计算偏移量；
32.根据所述九组标定偏移量和所述九组计算偏移量获取标定误差。
33.根据本发明的一个实施例，在根据所述九组标定偏移量和所述九组计算偏移量获取标定误差之后，还包括：
34.验证所述标定误差，当所述验证结果在误差范围内时，标定结束；当所述验证结果不在误差范围内时，重新进行标定。
35.根据本发明的一个实施例，验证所述标定误差，包括：
36.通过九点标定算法控制所述位移台移动，以改变位于所述位移台上的铆钉的位置；
37.根据所述位移台的移动获取九组所述位移台的九组实际偏移量；
38.同时通过所述铆钉机控制方法计算获取所述位移台的九组计算偏移量；
39.根据所述标定误差修正所述九组计算偏移量，获取修正后的九组计算偏移量；
40.计算所述修正后的九组计算偏移量与所述九组实际偏移量之间的误差，当所述误差在误差范围内时，标定结束；当所述误差不在误差范围内时，重新进行标定。
41.根据本发明实施例提出的铆钉机的标定方法，通过九点标定法，在控制系统安装好之后，对控制系统进行误差标定，在一定程度上避免了由于安装本身造成的误差，提升了测量的精度。
42.为解决上述问题，本发明第四方面实施例提出了一种铆钉机，包括如前所述的铆钉机控制系统。
43.根据本发明实施例提出的铆钉机，可以从铆钉机吸嘴和铆钉的侧面来布置相机和反光元件，来量测铆钉相对于铆钉机吸嘴在xy方向的偏移量，从而实现了通过侧面拍摄，间接量测俯视视角下的铆钉的偏移，解决了安装空间不足的问题，并且量测精度高。
44.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1本发明实施例提出的铆钉机控制系统的结构示意图；
47.图2是本发明实施例提出的铆钉机的控制系统的光路原理图；
48.图3是图2中的部分放大图；
49.图4是本发明实施例提出的铆钉机的控制系统中的相机的一个成像图；
50.图5是本发明实施例提出的铆钉机控制方法流程图；
51.图6是本发明实施例提出的铆钉机的标定方法流程图；
52.图7是本发明实施例提出的铆钉机的方框示意图。
具体实施方式
53.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
54.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
55.图1本发明实施例提出的铆钉机控制系统的结构示意图。如图1所示，该铆钉机控制系统包括：
56.第一反光元件101、第二反光元件102、第三反光元件103、第四反光元件104、相机105、第一光源106和第二光源107；
57.第一反光元件101、第二反光元件102、第三反光元件103和第四反光元件104位于铆钉机吸嘴108的一侧面，相机105位于各反光元件远离吸嘴108的一侧面，第一光源106和第二光源107位于吸嘴108远离各反光元件的一侧面；
58.其中，第一光源106用于沿第一方向照射铆钉机吸嘴108和位于位移台上的铆钉109形成第一计算光束，第一计算光束经第一反光元件101反射至第二反光元件102，并由第二反光元件102反射至相机105，相机105根据第一计算光束形成第一图像；第二光源107用于沿第二方向照射铆钉机吸嘴108和位于位移台上的铆钉109形成第二计算光束，第二计算光束经第三反光元件103反射至第四反光元件104，并由第四反光元件104反射至相机105，相机105根据第二计算光束形成第二图像；
59.还包括：控制器110；
60.控制器110分别与位移台111和相机105连接，用于根据第一图像、第二图像以及各反光元件的安装角度控制位移台111移动，以使铆钉机吸嘴108的中轴线与铆钉109的中轴线位于同一直线上。
61.需要说明的是，第一光源106和第二光源107均为平行光光源，出射的光与位移台111的平面平行。如图1所示，相机105以及各反光元件还有光源可以设置在与位移台111平面平行的台面上。或者直接设置在位移台111上，本发明对此不作具体限制。相机105可以为ccd或者cmos工业相机。可选地，各反光元件为反射镜或棱镜中的其中一种。
62.其中，铆钉机吸嘴108的底面中心位于相机109的光轴上；
63.第二反光元件102和第四反光元件104的迎光面与相机105的光轴呈45度夹角；
64.经第一反光元件101反射的第一计算光束以45度角入射至第二反光元件102，第二反光元件102反射第一计算光束沿相机105的光轴方向入射至相机105；经第三反光元件103反射的第二计算光束以45度角入射至第四反光元件104，第四反光元件104反射第二计算光束沿相机105的光轴方向入射至相机105。
65.可以理解的是，由于各反光元件的摆放角度，使得最终入射至相机105的成像光束均为平行于相机105的光轴入射，另外，由于铆钉机吸嘴108的底面中心位于相机105的光心，并且铆钉109的顶面与吸嘴108的底面在同一平面上，进而，通过相机105成像的第一图像，可以获取在垂直于第一方向上吸嘴108至铆钉109的第一垂直距离，通过相机105成像的第二图像可以获取在垂直于第二方向上吸嘴108至铆钉109的第二垂直距离。
66.图2是本发明实施例提出的铆钉机的控制系统的光路原理图。如图2所示，以吸嘴底面的中心为原心o，以平行于相机105的光轴的方向为y轴，以垂直于y轴的方向为x轴，建立平面直角坐标系。(其中，相机105的光轴方向可以平行于位移台111的其中一个方向(比如y轴)，x轴平行于位移台111的另一个方向)。第一垂直距离为图2中oa所表示的线段，第二垂直距离为图2中oc所表示的线段。第一反光元件101的安装角度与第一光源106的光出射方向即第一方向，以及第一反光元件101反射的光线的方向相关，其中，第一反光元件101的反射的光线平行于x轴，第一反光元件101的入射光线与反射光线的夹角等于第一方向与x轴的夹角，由此，当第一光源106出射的光线与x轴的夹角确定后，第一反光元件101的安装角度就确定下来。同样的，当第二光源107出射的光线与x轴的夹角确定后，第三反光元件103的安装角度就确定下来。本发明实施例中优选的第一光源出射的光线与x轴的夹角和第二光源出射的光线与x轴的夹角相同。
67.基于此，通过图2中的直角坐标系，进行解三角形，可以计算出铆钉109相对于吸嘴108在xy方向上的偏移量。在求出xy方向上的偏移量之前，需要计算出图2中ob的长，以及∠2或者∠4+∠7+∠9。在图2中，已知条件为，∠1＝∠8；oa已知，oc已知；∠3+∠4＝90
°
；∠9+∠2+∠5+∠6＝90
°
；∠7+∠9+∠2+∠5＝90
°
；根据上述已知条件，可以得出，∠4＝∠1；∠3＝90
°‑
∠4；∠6＝∠7；又因为∠7+∠4＝∠3，∠7和∠6可求得；在三角形aob中，cos(∠7+∠9)＝oa/ob；在三角形obc中，cos(∠2+∠5+∠6)＝oc/ob；其中，∠5＝∠1；∠2＝∠8-∠9；由此，三角形obc中，cos(∠8-∠9+∠5+∠6)＝oc/ob；整理可知：cos(90
°‑
2∠1+∠9)＝oa/ob(1)；[66]cos(90
°‑
2∠1-∠9)＝oa/ob(2)；根据式(1)和式(2)可以求解得出∠9和ob，从而可以得出∠2和ob，即可得出铆钉109在xy方向上的偏移量，沿x方向偏移量为obsin∠2，沿y方向偏移量为obcos∠2。将计算的该值输入控制器110，由控制器110控制位移台111沿x轴方向和y轴方向移动。
[0068]
需要说明的是，第一光源106和第二光源107可以不以相机105的光轴对称，即第一光源106出射的光线与x方向的夹角，和第二光源107出射的光线与x方向的夹角，也可以不同，最终可通过解三角形算出需要的角度。在其他的实施例中，相机105的光轴也可以与位移台111的x或y方向有一定夹角，即整个控制系统可以以吸嘴108为中心点进行旋转摆放。本发明对此不作具体限制。
[0069]
根据本发明实施例提出的铆钉机控制系统，通过设置第一至第四反光元件、相机
和光源等，使得相机可以从铆钉机侧面探测铆钉机吸嘴和铆钉之间的位置关系，并且通过结合各反光元件的安装角度，可以获取沿铆钉机吸嘴和铆钉的中轴线方向，铆钉与铆钉机吸嘴的相对位置关系，从而可以通过控制器控制位移台的移动，使得铆钉的中轴线与铆钉机吸嘴的中轴线位于同一直线上，不但实现了铆钉机位移台移动的自动化，而且节省了沿铆钉机吸嘴和铆钉的中轴线方向的空间。
[0070]
图5是本发明实施例提出的铆钉机控制方法流程图。该方法基于如前的铆钉机控制系统实现，如图5所示，该方法包括以下步骤：
[0071]
s101，获取第一图像和第二图像(如图4所示)；
[0072]
s102，根据第一图像获取铆钉机吸嘴至铆钉的在垂直于第一计算光束方向上的第一垂直距离；
[0073]
,s103，根据第二图像获取铆钉机吸嘴至铆钉的在垂直于第二计算光束方向上的第二垂直距离；
[0074]
,s104，根据第一垂直距离、第二垂直距离以及第一方向和第二方向的夹角计算获取铆钉机吸嘴至铆钉的实际偏移量；
[0075]
,s105，根据实际偏移量控制位移台移动，以使铆钉机吸嘴的中轴线与铆钉的中轴线位于同一直线上。
[0076]
优选地，根据第一垂直距离、第二垂直距离以及第一方向和第二方向的夹角计算获取铆钉机吸嘴至铆钉的实际偏移量包括：
[0077]
以铆钉机吸嘴为原点，以位移台的第一移动方向为x轴，第二移动方向为y轴建立平面直角坐标系；
[0078]
根据第一垂直距离、第二垂直距离以及第一方向和第二方向的夹角计算铆钉机吸嘴和铆钉之间的距离，以及铆钉机吸嘴和铆钉之间的连线与x轴的夹角；
[0079]
根据距离和与x轴的夹角，获取距离在x轴和y轴上的偏移量。
[0080]
可选地，根据第一垂直距离、第二垂直距离以及第一方向和第二方向的夹角计算铆钉机吸嘴和铆钉之间的距离，以及铆钉机吸嘴和铆钉之间的连线与x轴的夹角包括：
[0081]
根据三角函数计算方法计算铆钉机吸嘴和铆钉之间的距离，以及铆钉机吸嘴和铆钉之间的连线与x轴的夹角。
[0082]
需要说明的是，图2是本发明实施例提出的铆钉机的控制系统的光路原理图。如图2所示，以吸嘴底面的中心为原心o，以平行于相机105的光轴的方向为y轴，以垂直于y轴的方向为x轴，建立平面直角坐标系。(其中，相机105的光轴方向可以平行于位移台111的其中一个方向(比如y轴)，x轴平行于位移台111的另一个方向)。第一垂直距离为图2中oa所表示的线段，第二垂直距离为图2中oc所表示的线段。第一反光元件101的安装角度与第一光源106的光出射方向即第一方向，以及第一反光元件101反射的光线的方向相关，其中，第一反光元件101的反射的光线平行于x轴，第一反光元件101的入射光线与反射光线的夹角等于第一方向与x轴的夹角，由此，当第一光源106出射的光线与x轴的夹角确定后，第一反光元件101的安装角度就确定下来。同样的，当第二光源107出射的光线与x轴的夹角确定后，第三反光元件103的安装角度就确定下来。本发明实施例中优选的第一光源出射的光线与x轴的夹角和第二光源出射的光线与x轴的夹角相同。
[0083]
基于此，通过图2中的直角坐标系，进行解三角形，可以计算出铆钉109相对于吸嘴
108在xy方向上的偏移量。在求出xy方向上的偏移量之前，需要计算出图2中ob的长，以及∠2或者∠4+∠7+∠9。在图2中，已知条件为，∠1＝∠8；oa已知，oc已知；∠3+∠4＝90
°
；∠9+∠2+∠5+∠6＝90
°
；∠7+∠9+∠2+∠5＝90
°
；根据上述已知条件，可以得出，∠4＝∠1；∠3＝90
°‑
∠4；∠6＝∠7；又因为∠7+∠4＝∠3，∠7和∠6可求得；在三角形aob中，cos(∠7+∠9)＝oa/ob；在三角形obc中，cos(∠2+∠5+∠6)＝oc/ob；其中，∠5＝∠1；∠2＝∠8-∠9；由此，三角形obc中，cos(∠8-∠9+∠5+∠6)＝oc/ob；整理可知：cos(90
°‑
2∠1+∠9)＝oa/ob(1)；[66]cos(90
°‑
2∠1-∠9)＝oa/ob(2)；根据式(1)和式(2)可以求解得出∠9和ob，从而可以得出∠2和ob，即可得出铆钉109在xy方向上的偏移量，沿x方向偏移量为obsin∠2，沿y方向偏移量为obcos∠2。将计算的该值输入控制器110，由控制器110控制位移台111沿x轴方向和y轴方向移动。
[0084]
优选地，2∠1＝37.32
°
。
[0085]
根据本发明实施例提出的铆钉机控制方法，通过相机捕捉的图像来获取第一垂直距离和第二垂直向距离，并通过建立直角坐标系以及三角函数的计算方式，获取了铆钉与铆钉机吸嘴之间在xy方向上的偏移量，从而可以控制位移台移动，使得铆钉与铆钉机吸嘴的中轴线可以在同一直线上，解决了无法在中轴线安装相机的问题，实现了在侧方采集图像自动控制位移台。
[0086]
图6是本发明实施例提出的铆钉机的标定方法流程图。该标定方法，基于如前的铆钉机控制系统，以及如前的铆钉机控制方法实现，如图6所示，包括以下步骤：
[0087]
s201，通过九点标定算法控制位移台移动，以改变位于位移台上的铆钉的位置；
[0088]
s202，根据位移台的移动获取九组位移台的九组标定偏移量；
[0089]
s203，同时通过铆钉机控制方法计算获取位移台的九组计算偏移量；
[0090]
s204，根据九组标定偏移量和九组计算偏移量获取标定误差。
[0091]
根据本发明的一个实施例，在根据九组标定偏移量和九组计算偏移量获取标定误差之后，还包括：
[0092]
验证标定误差，当验证结果在误差范围内时，标定结束；当验证结果不在误差范围内时，重新进行标定。
[0093]
根据本发明的一个实施例，验证标定误差，包括：
[0094]
通过九点标定算法控制位移台移动，以改变位于位移台上的铆钉的位置；
[0095]
根据位移台的移动获取九组位移台的九组实际偏移量；
[0096]
同时通过铆钉机控制方法计算获取位移台的九组计算偏移量；
[0097]
根据标定误差修正九组计算偏移量，获取修正后的九组计算偏移量；
[0098]
计算修正后的九组计算偏移量与九组实际偏移量之间的误差，当误差在误差范围内时，标定结束；当误差不在误差范围内时，重新进行标定。
[0099]
可以理解的是，在安装棱镜等之后，由于机械安装有误差，最终可能会导致计算结果不精准，由此，需要对控制系统进行误差标定。其中，可以手动控制铆钉在位移台上的位置，即相对于吸嘴的相对偏移量是已知的，然后通过控制方法进行计算，将计算的值与实际的机械值进行相减，则可得出标定误差。
[0100]
在后续的计算过程中，可以将该标定误差补偿进计算结果，以使得计算结果更加准确。需要说明的是，在计算标定误差时，可以通过九点标定法进行标定。
[0101]
根据本发明实施例提出的铆钉机的标定方法，通过九点标定法，在控制系统安装好之后，对控制系统进行误差标定，在一定程度上避免了由于安装本身造成的误差，提升了测量的精度。
[0102]
图7是本发明实施例提出的铆钉机的方框示意图。如图7所示，该铆钉机200包括如前的铆钉机控制系统100。
[0103]
根据本发明实施例提出的铆钉机，可以从铆钉机吸嘴和铆钉的侧面来布置相机和反光元件，来量测铆钉相对于铆钉机吸嘴在xy方向的偏移量，从而实现了通过侧面拍摄，间接量测俯视视角下的铆钉的偏移，解决了安装空间不足的问题，并且量测精度高。
[0104]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0105]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。