[发明专利]利用视觉系统在遮挡环境下对齐两工件的系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使物体相互对齐的视觉系统，尤其涉及一种对齐以叠加关系装配的物体的视觉系统。

背景技术

在机器视觉系统中（此处亦可称为“视觉系统”），利用一个或多个摄像头对成像场景内的物体或表面执行视觉系统处理。该处理可包括监测、解码符号、对齐及各种其他自动化任务。特别地，视觉系统可用于监测通过成像场景的扁平工件。典型的，一个或多个视觉摄像头对该场景进行取像，所述摄像头含有内置或者外接的视觉系统处理器，进行相关的视觉系统处理以生成处理结果。

在不同的生产流程中，需要将一扁平工件对齐另一工件。特别地，在装配过程中，在一工序中通过移动上层的第一工件，使其悬停于第二工件上方，然后放低第一工件高度来实现将一独立工件对齐另一独立工件。在一个示例性流程中，这可以是将手机或平板电脑的玻璃屏嵌入至外壳内。在另一示例性流程中，这可以是放低窗户玻璃，使之嵌入到窗户框内，或者将一电路芯片置于电路板上。在此生产流程中，工件必须沿参考平面的X和Y平移方向对齐，以及在X-Y平面内旋转并且沿与X-Y平面正交的Z轴下降，直至最后啮合。该流程通过机械手和/或移动平台抓取第一工件后根据视觉系统反馈与第二工件对齐得以实现。尽管三维（3D）视觉系统可以应用于此流程中，但是可以设想，由于X-Y平面上的两工件在所有的高度（沿Z轴）均是平行的，因此2D视觉系统已满足条件。

在很多应用中，将第一工件嵌入至第二工件后，通过第一工件的外边缘与第二工件的内边缘之间的空隙测量两者之间的对齐精度。理想状态下，由于该两物体被机械手和/或移动平台装配在一起，因此上述边缘应该是用于对齐两物体的主要对齐特征。然而，如上所述，在第一工件完全嵌入第二工件之前，机械手/移动平台将第一工件悬浮于第二工件之上，导致第一工件遮挡第二工件的内边缘，致使摄像头无法取像或者照明源无法照明。因此，当机械手和/或移动平台移动实现装配过程时，由于工件之间必须精准对齐，同步观察每个工件上的关键对齐特征通常是一种挑战。

因此，需要提供一种技术，当第一工件部分遮挡下方的第二工件时，可降低或消除对齐过程中的不确定性。

发明内容

本发明提供一种在第一工件遮挡第二工件关键对齐特征的情况下，使第一工件对齐其下方的第二工件的系统与方法，以克服现有技术的缺陷。该视觉系统引导夹持第一工件的机械手的移动（如沿Z方向）以及引导夹持第二工件的移动平台的移动（如沿X和Y方向），并在两工件中的至少一个上学习获取次要对齐特征。利用这些次要对齐特征，视觉系统可确定两工件间的准确对齐，并当放低第一工件并使之与第二工件啮合时，引导机械手和/或移动平台实现准确对齐。特别地，该流程引导机械手和/或移动平台进行一系列决定性的移动，以显露主要对齐特征，然后学习获取次要特征与主要特征的位置关系。然后在装配过程中，利用次要特征，至少部分次要特征，去引导最终的对齐。

在一个示例性实施例中，将第一工件装配至下方第二工件的系统与方法包括视觉系统摄像头总成，对包含第一工件和第二工件未装配和装配后布局的场景进行取像。对齐流程接收来自视觉系统摄像头总成的图像数据。该对齐流程配置为：（a）在第一工件和第二工件中的至少一个上确定次要对齐特征；（b）移动机械手和移动平台中的至少一个，显露出第一工件和第二工件中至少一个上的被遮挡的主要对齐特征，并且获取图像；以及（c）获取场景图像，并且根据该图像，确定主要对齐特征与次要对齐特征的关系，进而调用移动控制流程进行对齐。该移动控制（流程）利用上述关系引导第一工件装配到第二工件。这是基于次要对齐特征完成的。用作说明地，第一工件的主要对齐特征界定了外边缘，而第一工件的次要对齐特征界定了远离此外边缘的顶端边缘。第一工件至少有一部分在内边缘和外边缘周围是透明的，并且此内边缘定义了沿第一工件上表面倾斜的斜面的拐角。同样地，第二工件的主要对齐特征界定了内边缘，而第二工件的次要对齐特征界定了远离此内边缘的外边缘。此内边缘界定了朝向内部的搁板，该搁板在装配后布局中支撑第一工件，而外边缘则至少界定了第二工件外边界的一部分。所述移动控制流程能够在X方向和Y方向中的每一方向上移动移动平台，并且至少可在与含有X方向和Y方向的平面向垂直的Z方向上移动机械手。更普遍地，机械手和移动平台中的至少一个可以沿X、Y和Z方向，以及绕Z方向旋转中的至少一个方向移动。用作说明地，所述视觉系统摄像头总成包括多个适用于对与第一工件和第二工件相关的预设位置成像的摄像头，其中每一摄像头均在工作时与对齐流程连接。

附图说明