配套視覺(jué)定位系統(tǒng)的激光打標(biāo)機(jī)相比于傳統(tǒng)激光打標(biāo)機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)，是每次觸發(fā)激光頭執(zhí)行打印任務(wù)之前，需要先對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行定位，然后調(diào)整激光頭或載物臺(tái)，進(jìn)而進(jìn)行打印。其包括以下幾方面：視覺(jué)成像、圖像處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊、執(zhí)行控制。
一、視覺(jué)成像
這是坐標(biāo)定位信息基礎(chǔ)，后面獲取的坐標(biāo)信息均來(lái)自于攝像頭獲取的圖像。其核心是要把需要定位的“標(biāo)志點(diǎn)”清晰的凸顯出來(lái)。所以對(duì)這類(lèi)圖像的評(píng)估和民用相機(jī)的圖像評(píng)估不同，需要從“圖像處理”的角度出發(fā)。如下圖所示，是比較典型的對(duì)比。
圖1
圖1分別展示了玻璃瓶在兩種成像系統(tǒng)下的效果，右圖像一眼能知道這是“玻璃瓶”，左圖卻不行，這是民用相機(jī)的優(yōu)勢(shì)。但是假如我們要在相對(duì)瓶口下面的某個(gè)位置打標(biāo)，那么左圖是非?！袄硐搿钡膱D像了。
二、圖像處理
圖像處理其實(shí)是一種信息篩選技術(shù)。一幀1280*960分辨率的bmp格式圖像，總數(shù)據(jù)量1.17MB。視覺(jué)定位來(lái)說(shuō)，我們只需要從這幀圖像中獲取到2到3個(gè)點(diǎn)的XY坐標(biāo)即可，也幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。那么在這個(gè)過(guò)程中，我們需要把大量不需要的信息刪除掉。下面采用維視圖像的通用智能視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)軟件為例來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
圖2
如圖2所示，玻璃瓶是需要打標(biāo)的對(duì)象，紅色方框是打標(biāo)區(qū)域，由于每個(gè)瓶子在經(jīng)過(guò)激光頭時(shí)的姿態(tài)都不同（有傾斜等情況），所以需要先獲取瓶子上顯著特征點(diǎn)（本例采用瓶口位置）的坐標(biāo)及偏角，再計(jì)算當(dāng)前情況下需要打標(biāo)區(qū)域（紅框位置）的坐標(biāo)及偏角。
上圖中的（641，297）坐標(biāo)只是像素值（該坐標(biāo)系的原點(diǎn)為左上角，向下為Y軸正，向右為X軸正），要想把像素值轉(zhuǎn)換為mm單位，還需要乘以之前標(biāo)定好的轉(zhuǎn)換系數(shù)。到此為止，對(duì)打標(biāo)區(qū)域的定位算完成了，下一步需要把這個(gè)坐標(biāo)系偏角傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
三、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
激光打標(biāo)定位系統(tǒng)中包括兩個(gè)坐標(biāo)系，即：相機(jī)坐標(biāo)系和執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系。很顯然相機(jī)坐標(biāo)系和執(zhí)行機(jī)構(gòu)坐標(biāo)系在設(shè)備安裝完畢后，彼此相對(duì)靜止，所以這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的二維坐標(biāo)變換。這里引入維視圖像的MV-MCP(XY)二維定位設(shè)備來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。該設(shè)備主要包括兩部分：上面的Oc坐標(biāo)系是工業(yè)相機(jī)等視覺(jué)成像系統(tǒng)；下面的Oj坐標(biāo)系是一個(gè)二維載物臺(tái)。圖2軟件系統(tǒng)獲取到的（641，297）特征點(diǎn)坐標(biāo)相當(dāng)于是物體在（Xj，Yj）向（Xc，Yc）的投影坐標(biāo)，它們之間是線性關(guān)系。
圖3
四、數(shù)據(jù)通訊及執(zhí)行控制
我們獲取到我們想要的坐標(biāo)系偏角數(shù)據(jù)后，需要把數(shù)據(jù)以一定的格式傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)，也是激光頭的控制系統(tǒng)（打標(biāo)卡）。這里有2種控制方式：一種是打標(biāo)卡控制。通過(guò)調(diào)節(jié)激光頭上的XY振鏡，將激光焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)到合適的位置。傳統(tǒng)激光打標(biāo)機(jī)是在打標(biāo)前手動(dòng)調(diào)節(jié)（一次性手動(dòng)初始化打標(biāo)位置），然后依次打印，如果產(chǎn)品沒(méi)有正確放置，則會(huì)在錯(cuò)誤的位置打印。配套視覺(jué)定位系統(tǒng)的打標(biāo)機(jī)，每開(kāi)始打印一件產(chǎn)品，對(duì)打印位置進(jìn)行一次初始化操作。那么基于這種控制方式的系統(tǒng)，控制激光頭的程序必須提供二次開(kāi)發(fā)接口，也是支持用戶通過(guò)第三方程序傳輸控制激光打印區(qū)域的坐標(biāo)。
第二種控制方式是一種間接的方式。不直接控制激光頭位置，而是把坐標(biāo)系偏角數(shù)據(jù)傳輸給載物臺(tái)控制電機(jī)，讓被測(cè)物體去對(duì)接激光頭，類(lèi)似圖3所示。這種方式對(duì)打標(biāo)卡無(wú)要求，但是需要單獨(dú)做一套二維控制臺(tái)。這里可以采用常規(guī)的TCP/IP或串口通訊。
激光打標(biāo)視覺(jué)定位系統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)而言，只是用到了簡(jiǎn)單的視覺(jué)定位技術(shù)。但是要想把該系統(tǒng)集成到現(xiàn)成打標(biāo)控制系統(tǒng)中，還是比較復(fù)雜的一件事情，本文只是簡(jiǎn)單的介紹了部分基礎(chǔ)技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，還有很多需要考慮的因素，比如反光問(wèn)題、觸發(fā)模式、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)等等。
