(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 202211116666.4 (22)申请日 2022.09.14 (71)申请人 苏州征图智能科技有限公司 地址 215300 江苏省苏州市昆山市花 桥镇 徐公桥路2号中茵广场E区512室 (72)发明人 许文强　 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种适用于汽车仪表盘动态装配线的3D视 觉定位系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种适用于汽车仪表盘动态 装配线的3D视觉定位系统及方法， 动态装配线包 括由移载机构承载着并进行匀速运动的车架承 载滑板， 该3D视觉定位系统包括机器人模块、 工 控机、 高速跟踪视觉模块、 3D视觉模块， 本发明主 要采用动态随行装配仪表盘， 节省了汽车总装生 产线的节拍 和空间； 采用高速跟踪视觉模块以非 接触的方式实时跟踪车架承载滑板前进运动位 置量， 避免了传统编码器跟踪方式存在打滑、 磨 损等跟踪误差的问题； 通过高速跟踪视觉模块与 机器人系统高速实时通信、 以及融合处理3D视觉 模块精确定位车身的3D位姿， 提升了跟踪随行装 配仪表盘的精度和稳定性； 同时， 也提升了汽车 的装配品质和生产效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115284302 A 2022.11.04 CN 115284302 A 1.一种适用于汽车仪表盘动态装配线的3D视觉定位系统， 所述动态装配线包括由左右 摩擦轮驱动并承载车体前进运动的车架承载滑板， 其特征在于， 所述3D视觉定位系统包括 机器人模块、 工控机、 高速跟踪视 觉模块、 3D视 觉模块； 所述机器人模块包括布置在车架承载滑板一侧且与车架承载滑板的运动方向一致的 第七轴直线导轨， 第七轴直线导轨上通过机器人底座 安装有机器人； 所述高速跟踪视觉模块安装于机器人底座上， 高速跟踪视觉模块具有第一工业相机、 第一工业镜 头、 第一光源、 感应传感器， 第一工业相机、 感应传感器分别与工控机通信连接； 所述3D视觉模块安装在机器人的机械抓手上， 3D视觉模块具有两组第二工业相机、 两 组第二工业镜 头、 第二光源， 两组第二工业相机均 与工控机通信连接 。 2.根据权利要求1所述的一种适用于汽车仪表盘动态装配线的3D视觉定位系统， 其特 征在于， 所述3D 视觉模块中： 两组所述第二工业相机呈对称安装， 每组第二工业相机竖直布 置且下端向内侧旋转 15°， 所述第二工业镜头配置于第二工业相机上， 且与第二工业相机的 延伸方向一致， 所述第二光源布置于两组第二工业相 机之间， 并朝向第二工业相 机的下方 进行打光， 在每组第二工业相机的拍摄方向上还布置有高透光学玻璃。 3.一种适用于汽车仪表盘动态装配线的3D视觉定位方法， 其特征在于， 采用根据权利 要求1或2所述的一种适用于汽车仪表盘动态装配线的3D 视觉定位系统， 该方法具体包括以 下步骤： a.在机器人底座上安装高速跟踪视觉模块， 并预先标定高速跟踪视觉模块与机器人坐 标系的关系， 通过第一工业相机和 第一工业镜头水平拍摄车架承载滑板上固定竖直位置处 的一个高精度圆形 特征； b.在机器人的机械抓手上安装3D视觉模块， 并基于手眼标定原理预先标定3D视觉模块 和机器人法兰工具坐标系的关系； c.在移载驱动机构的作用下， 车架承载滑板进入到了动态装配线中的随行装配工位， 并触发高速跟踪视觉模块中的感应传感器， 工控机 收到感应传感器触发信号上升沿后， 立 即启动高速跟踪视觉模块连续高速采集车架承载滑板上的特征圆图像， 并将车架承载滑板 的前进位置信息实时发送给机器人模块， 控制 机器人在第七轴直线导轨上运动， 以使得机 器人与车架承载滑板之间始终保持相对静止的状态； d.机器人携带3D视觉模块运动至预设的拍照点位后， 触发3D视觉模块的两组第二工业 相机和第二工业镜头分别从两个视角拍摄图像， 并将采集到的两幅图像传送至工控机上进 行相应的图像处 理； e.当机器人携带3D视觉模块采集完车架承载滑板上车架上的三个拍照点位后， 通过工 控机上的系统 处理软件计算得 出当前车架的精确3D位姿； f.工控机上的系统处理软件将车架的精确3D位姿转换到机器人坐标系下， 并根据反馈 的车架承载滑板前进位置量对机器人坐标进 行实时偏移， 进而引导机器人进 行动态随行装 配仪表盘。 4.根据权利要求3所述的一种适用于汽车仪表盘动态装配线的3D视觉定位方法， 其特 征在于， 所述的预 先标定高速跟踪视 觉模块与第七轴直线导轨的坐标系关系， 包括： （1） 、 第一工业相机内参标定 定义参数： 第一工业相机内参与第一工业镜头相关， 通过六个参数表示： 1/dx、 1/dy、 s、权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115284302 A 2u0、 v0、 f， 其中， dx、 dy分别表示x 方向和y方向的一个像素分别所占的长度单位， 即一个像素 代表的实际物理值大小， u0、 v0分别表示图像的中心像素坐标和图像原点像素坐标之间相 差的横向和纵向像素 数， f为焦距， s为 坐标轴倾 斜参数； 内参标定方法： 将标定板放置在车架承载滑板标记的圆形特征区域， 标定板的特征面 朝向第一工业相机， 第一工业相机抓取标定板不同位置及倾斜角度的图像， 拍摄9张标定板 图像， 视觉系统根据输入的标定板描述文件、 相机像元尺寸、 镜头焦距、 以及采集不同位置 姿态的标定 板图像， 经系统内部底层标定算子计算， 解析 出描述相机 镜头畸变的校正 参数； （2） 、 第一工业相机 外参标定 在机器人抓手上安装一个针尖， 通过六点法标定针尖的TCP， 机器人携带针尖在第一工 业相机的拍摄视野范围内间隔均匀移动九次， 每移动一次机器人便触发第一工业相机采集 针尖图像并将当前针尖在机器人坐标系下的位置发送给工控机上的视觉系统， 视觉系统共 获取总计九个位置的图像和机器人物理坐标值， 经系统内部底层N点标定算子， 解析出像素 坐标与物理坐标之间的映射关系， 即为相机 外参。 5.根据权利要求3所述的一种适用于汽车仪表盘动态装配线的3D视觉定位方法， 其特 征在于， 所述的基于手眼标定原理预先标定3D视觉模块和机器人法兰工具坐标系的关系： 将标定板置于3D视觉模块的下方， 由机器人携带3D视觉模块以不同的姿态拍摄标定板， 手 眼标定过程中记录12～14组机器人位姿数据和 3D视觉模块拍摄识别到标定板上各圆斑中 心点的数据， 通过内部矩阵算法， 解析出3D 视觉模块的内参和外参， 计算得出的外参为3D 视 觉模块与机器人法兰工具坐标系的关系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115284302 A 3