1 快速开始

1.1相机标定

参考 4.2.1 设定刀具坐标；

参考 4.2.3 标定过程

1.2 设定目标形状

参考 4.3工件设定

1.3 定位测试

参考 5.5.2 定位测试

1.4 G代码调用

参考 7 G代码调用

2 软件功能

i5Vision为CNC提供了一个视觉定位和视觉测量的功能，可以对工件表面某一形状特征进行坐标定位，旋转角测量和尺寸测量。主要用于工件重复装夹时，工装夹具不便保证工件的确定位置或角度的应用场景，可在每次加工前对工件进行一次视觉的对刀测量操作。

i5Vision以组合的直线、圆弧、圆来描述待定位工件表面形状特征。形状特征可以通过在CAD软件中简单绘制后导入模型文件(DXF格式)，也可使用预设的形状，或在i5Vision中来组合形状。

i5Vision包含易于操作的设备标定方法。

i5Vision的软件集成于CNC系统中，可方便地将定位和测量参数反馈给CNC用于规划加工位置和轨迹。可在G代码中编程调用定位功能，自由实现加工和定位的逻辑顺序和数据交互。

3 设备安装

3.1 线缆连接

i5Vision硬件包含成像设备主体、波纹管线缆、电源控制盒。波纹管线缆中又包含3根线缆，分别是相机网线、相机电源和光源电源。请将波纹管中的3根线缆两端分别连接到设备主体和电源控制盒的对应接口上。另外，应为电源控制盒提供220V电源，以及CNC网络线缆。相机网线和CNC网络线缆连接至电源控制盒内的交换机上。如果CNC需连接外网，可将外网线缆也连接至交换机上。

3.2 安装孔位

设备主体通过安装板连接在机床主轴下方，安装板以两颗内六角螺丝固定。安装板的尺寸如图。

由于相机标定会自标定相机的安装转角，所以安装时无需刻意保证安装板与x轴平行，但务必保证螺丝拧紧。

3.3 软件安装

i5Vision软件运行在基于suse的nut-V2.4[2017S1]beta2版本上，以插件形式加载。在升级至nut-V2.4[2017S1]beta2版本后，将视觉定位软件安装包mv180211.bin（6位数字代表发布日期）拷贝到任意目录，双击运行或执行sh mv180211.bin即可安装。安装完成后，CNC界面会自动重启，依次点击[程序]-[视觉定位]进入i5Vision配置页面。

4 软件功能模块

4. 1 相机设置

4.1.1 指定相机设备号

当同一网段下有多台相机设备时，应使用“设备号”功能。点击[指定]按钮后，[刷新]按钮和设备号列表被启用。如果相机设备的设备号不在设备号列表中，通过点击[刷新]按钮来刷新设备号列表。选择设备号列表中与当前CNC关联的相机设备SN。此功能在下次点击[开启相机]后生效。

如果网段内仅有一台相机设备，无论是否指定设备号，i5Vision均连接到此相机。

如果同一网段下有多台相机设备，且没有启用“指定相机SN”功能，i5Vision将不能连接到相机；如果启用“指定相机设备号”功能而指定了错误的设备号，i5Vision将不能连接到相机。

4.1.2 相机开关

点击[开启相机]按钮后，i5Vision将尝试打开相机。如果相机开启成功，[相机IP]将显示已连接相机的IP地址，[相机开启状态]为0，且预览窗口中会显示相机图像。如果相机开启不成功，[相机开启状态]会显示错误码。常见的错误码及可能的原因如下：

-12：超时错误，可能是线缆接触不良。

-13：硬件IO错误，可能是相机IP与主机不在同一网段、相机IP冲突或相机未正常关闭。

-51：没有找到相机，相机可能未连接或未通电。

-52：网内有多台相机，未指定设备号。

-53：指定的相机序列号未找到。

-60：相机正常关闭。

-61：相机正在开启或关闭，请等待。

如果出现未列出的错误代码，首先检查相机IP。如果仍然无法打开相机，请联系我们。

4.1.3 曝光参数(全局)

这里设置的参数为全局参数，参考4.4.1“工件参数”。

[自动曝光]按钮可以让相机在自动曝光和手动曝光模式间切换。

在自动曝光模式下，可调节自动曝光的目标值，在手动曝光模式下，可调节相机曝光时间和模拟增益。

全局曝光参数在调节后立即生效。注意：如果要立即预览效果，[触发采集]按钮须处于未被按下状态，或点击[触发一帧]获取一帧图像。

提示：界面下方的滑块可以快速调节此软件中的很多可调参数。

4.1.4 触发和图像

[触发模式]被按下后，相机处于触发拍照状态，只有在需要拍照时，或按下[触发一帧]时才进行一帧拍照。否则将处于连续拍照状态。[触发模式]默认开启。在Kiv环境下点击视觉定位页面的[返回]按钮，即使此时相机处于连续拍照状态，也将临时切换为触发拍照状态，在重新返回视觉定位页面时恢复之前的状态。

注意：连续拍照状态会占用较多的系统资源造成界面卡顿，因此除非需要连续拍照预览（例如手动对焦、调节曝光），否则请保持[触发模式]被按下。

[读取图像]在相机未开启或相机处于触发拍照状态时可用，可以载入一张图像（png、jpg、bmp格式）用作测试。

[保存图像]在相机开启成功时可用，按下后会保存一张图像到预设位置,命名规则为：yyyy-mm-dd-hhmmssnn.png。

 4.2 相机标定

相机标定是为了确定图像坐标和CNC坐标的变换关系。相机标定需要设定一个标定特征，以此标定特征对准刀具中心时的CNC坐标（即[刀具坐标]），和此标定特征对准相机中心时的CNC坐标（即[相机坐标]），来确定相机相对于刀具的安装位置。

4.2.1 设定刀具坐标

如上所述，[刀具坐标]为标定特征对准刀具中心时的CNC坐标。因此请在与待定位特征同一高度平面选择一标定特征。此标定特征应有如下特点：在图像中边缘清晰、在图像中不宜过大（小于图像短边20%）、中心可确定，以圆最佳。

通常的标定特征设置办法为：使用一测试样件，在与待定位特征同一高度的工件表面，用倒角刀在工件表面铣一圆形标记，或用钻头()在工件表面打一通孔。铣圆或打孔时CNC的x,y坐标即为[刀具坐标]。可点击[当前]按钮获取打标记时的坐标，也可在主页面记录后在此页面手动输入。

做好标定特征并记录坐标后，将其移动到相机视野范围内，上下移动Z轴使图像清晰；然后在定位测试页面使用OBJ0(参考4.3.3)进行定位测试(参考第5节)，如果匹配结果不佳，首先调整匹配参数使定位测试能够稳定匹配到标定特征。如果由于标定特征边缘不清晰导致匹配结果不佳，需要重做标定特征并重设刀具坐标。

4.2.2 修正输出坐标

若将此坐标设为[使能]，将在计算定位位置时加上此修正输出坐标。此坐标一般是在测试加工若干工件后，发现工件有一致性位置偏差，即可在这里修正坐标。

4.2.3 标定过程

标定过程的目的是确定标定参数：相机坐标、像素尺寸、相机转角。如前所述，标定得到的相机坐标是与刀具坐标关联的，二者共同影响相机相对于刀具的安装位置，所以在得到标定特征的刀具坐标后，需保持其在工作台上的装夹位置不要变动。标定分粗标定和精标定两步。

粗标定：粗标定要手动进行2次圆匹配：手动移动标定特征到相机视野范围之内任意位置，上下移动Z轴使图像清晰；点击[粗标定]按钮，进行第一次标定特征匹配；手动移动标定特征到视野范围内的另一位置(x、y方向都应有变动，z保持不动)，再次点击[粗标定]按钮，进行第二次匹配。如果匹配正确，即完成了粗标定。如果感觉匹配结果不佳，可以调整参数或重设标定特征后重新进行粗标定。

精标定：精标定将自动移动机床完成4次匹配，只有在粗标定完成后，精标定才能进行。在粗标定完成后，点击[精标定]，CNC将会移动标定圆到视野范围内的四角自动进行4次标定特征。安全起见，点[精标定]自动移动前请调低CNC运动倍率。4次自动标定特征匹配完成后，精标定按钮下方进度条充满，精标定完成。相机坐标、像素尺寸、相机转角将被更新。如果感觉匹配结果不佳，或希望再次确定标定结果，可再次点击[精标定]看标定参数是否稳定。

标定参数作为相机参数的一部分，以ini配置文件文件保存在/home/fiyang/git/mv
/_res/mvCAM0.ini处。标定完成或调整修正输出坐标后，建议备份此文件以防标定参数丢失。

4.3 工件设置

i5Vision可以保存9组匹配目标的参数(OBJ0~OBJ8)。在“工件设置”、“图像设置”、“定位测试”页面的右上角，可选择当前正在设置和使用的一组匹配目标参数，所有在这些页面下的参数设置都与目标关联。一般使用OBJ0作为标定用的标定特征，待定位特征从OBJ1开始。

4.3.1形状选择

目标形状需要预先在AutoCAD中根据实际形状绘制，然后保存为DXF格式（R12版本即可）。在[形状选择]中选择[DXF形状文件]，然后点击[...]来导入DXF格式的CAD文件。也可以选择[圆]、[方形]等预设的CAD形状。

在AutoCAD中绘制DXF格式形状的步骤：

1、点击[保存图像]保存一幅清晰的待匹配图像。

2、在AutoCAD中，使用[插入]-[附着]将图像以1000的比例附着到(0, 0)点。

3、按照要定位的边缘特征用直线或圆弧描画，描画的形状尽量保证闭合。

4、删除附着的图像，将形状中心移动至图纸原点。另存为DXF格式。

具体绘制过程有视频演示。

4.3.2 匹配变量范围

i5Vision在定位图像时会将3.1中所选形状做位置、角度、大小、长宽比的变动来达到与图像的最佳匹配，这些变动的值称为匹配变量。在匹配前应恰当设置这些匹配变量的变动范围。它们的意义如下：

变形比例：形状的长宽比，调节此参数来使形状长宽拉伸变形。

图像占比：目标形状在视野范围中的相对大小，具体定义为：目标形状的最小包围矩形长边与视野范围短边的比例值，当图像占比为1.0时，目标形状达到最大。

旋转角：目标形状在图像中相对于水平方向的倾斜角，此角度加上相机旋转角就是目标形状在CNC坐标系下的角度。

位置范围：目标形状中心点位置在图像中变动的范围。

位置范围后的[ROI]按钮是将ROI区域的中心坐标设为位置范围变动的中心坐标，将ROI区域的范围设为位置范围的变动量。为了方便直线的定位，当[形状选择]选到垂直线或水平线时，点此处的[ROI]按钮，除了上述位置范围的设定外：

当[形状选择]选到垂直线时，y向位置范围变动量为0，变形比例设为1:1固定，图像占比按ROI区域的y向长度设定并设为固定；

当[形状选择]选到水平线时，x向位置范围变动量为0，变形比例设为1:1固定，图像占比按ROI区域的x向长度设定并设为固定。

以上每个参数都可以在匹配时变动，也都可以设为固定。但请在设定这些参数前明确你希望从图像匹配结果中得到的值，而将其他值设为固定或设置一个很小的变动范围。

例如：如果只需要定位目标的x, y位置，而目标的大小差异不大，且安装角度可以确定，那么在完成一次较好的定位测试（见）后，获取所有匹配变动值的当前值（点各个变量后的[当前]按钮），然后将[变形比例]、[图像占比]、[旋转角]都设为固定，仅保留位置范围的x, y可变动。

修改参数的过程有视频演示。

4.3.3 模板点和灰阶方向

i5Vision在匹配图像前对设定形状以一定间距采样模板点，然后将这些模板点与图像上的边缘点匹配。在工件设定时，可以调节采样模板点的个数，以及指定这些模板点所匹配的边缘点灰阶方向（即由黑指向白还是由白指向黑）。

模板点采样区域：[确认重采样]用来启用模板调节参数。因为重采样模板点后，所有模板点的灰阶方向都会变为整体指定的属性。此按钮是防止单独指定模板点灰阶方向后被意外重置修改。

[采样密度]：以此数值来确定采样间距，采样间距等于指设定形状的对角线长度除以此数值。

[长短均化]：此数值可以使短线段和长线段的采样点趋于一致。设在原采样密度下采样间距为d0，线段（或圆弧）的长度为l，长短均化系数为v，长短均化个数为n，则此线段（或圆弧）的实际采样间距为：

可以看出，v等于0时是以原采样密度采样，而v等于1时，无论l为多少，采样个数都为n。

调整以上数值时左上模型预览窗口会显示模板点的采样情况。

灰阶方向调整区域：启用[检查黑白]可以设定模板点在匹配时明确匹配灰阶方向，相反如果禁用[检查黑白]，每个模板点在匹配时同时匹配两个方向的灰阶然后取较大值作为该点匹配值。[内部白色]用来切换形状内部是深色或是浅色。启用[整体指定]可以整体指定形状模板点的灰阶方向。相反如果禁用[整体指定]可以单独指定每个模板点的属性。

在左上模型预览窗口中，可以选择一个模板点，单独设置该点在匹配时是否检查灰阶方向，或不参与匹配。一旦单独设置了一个模板点的属性，[整体指定]自动禁用，[确认重采样]自动弹起，且单独设置的这些模板点属性会存储到与当前DXF文件同名同路径的MODEL文件(.dat)中。（MODEL文件包含原DXF文件的形状数据，可单独使用。）

在选择到模型预览窗口中的模板点时，如果当前模型已经进行了一次定位测试，会在[f+], [f-]处显示此点当前灰阶方向和反向灰阶方向的实际匹配值（0~255，越大越好），以此来判断此点是否合适参加匹配。

4.3.4 中心点和输出点

中心点指的是形状匹配时的旋转中心，默认设为形状的最小包围矩形的中心。如果需要匹配目标的位置+角度，将中心设在此处会使匹配最稳定，但在一些情况下，需要匹配的形状确实不绕其自身中心旋转，就需要将旋转中心设在外部。可在模型预览窗口中点选形状特征点将其设为中心，或直接在[旋转中心]后的文本框中输入旋转中心x, y坐标。

输出点指i5Vision的图像定位输出点，应为G代码加工原点。默认设为AutoCAD绘制DXF时的画布原点。与设置中心点一样，输出点也可在模型预览窗口中点选或直接输入坐标。*目前输出点修改功能在程序中暂未实现，仅可输出CAD的画布原点的坐标。

4.4 图像设置

4.4.1 曝光参数(独立)

这里设置的两个曝光参数：模拟增益和曝光时间与目标关联，独立生效。点[定位测试]或在脚本中使用GetImage(n)时，会将这两个参数设置为相机的曝光参数，从而实现不同的目标使用不同的曝光参数。如果这两个参数没有被独立设置，其文本框会显灰蓝色，其值会取得对应的全局参数。

清空文本框并按回车即可取消对应值的独立设置。

4.4.2 图像参数

在图像匹配时，要对图像进行边缘处理，然后将3.3中设定的模板点会与图像上的边缘点做匹配，因此要合理设置图像边缘处理的参数使得需要匹配的边缘被体现出来，而干扰边缘点避免出现。图像处理参数包含下面几个参数：

缩放匹配(0.1~2.0)：将原图像缩小或放大后进行边缘处理，此值为缩小或放大的倍数。较大的放大倍数可能提高精度，但会增加图像处理的时间。

模糊度(1~13, 奇数)：将图像模糊处理后再提取边缘。此值较大时会模糊掉一些干扰边缘，且不会降低边缘精度，因此在有效边缘不消失的情况下，一般取较大值。

下阈值和上阈值(0~255)：灰阶梯度超过下阈值的点将体现为边缘点，与下阈值边缘点相连，灰阶梯度超过上阈值的点也将体现为边缘点。这两个参数是边缘处理的主要参数，取值越小则边缘点越容易体现出来，同时干扰边缘点也越多。

梯度降速(3~12)：边缘点生成后将以一定降速扩散影响到其周围的像素，降速越小影响范围越大，匹配越容易收敛，但仅在相似边缘点距离较近，如目标较小较复杂的情况下，梯度降速大可以使得匹配峰值明显。大多数情况下，保持最小值3不变。

以上各值在调整后会在预览图像中立即生成边缘点预览（改变梯度降速不会产生边缘点变化），但有时图像未更新，点击[更新图像]来使用当前图像进行图像处理预览。

4.4.3 ROI设置

这里允许设定匹配图像的ROI。ROI含义为感兴趣区域，设定ROI后，图像处理和匹配都仅在这一范围内进行。合理地设置ROI能够提高匹配速度，排除相似形状的干扰。

点击[使用]按钮启用ROI功能，点击[点选]可以在图像中点击两个点来设定ROI区域。

5 定位测试

5.5.1 匹配参数

匹配参数的各个值意义如下：

匹配步数：在一次匹配中，循环搜索目标的次数，搜索次数越多，越容易找到目标，但越耗时。

重试次数：每进行一次匹配完成后，检查匹配度是否达到跳出阈值，如果达到则结束，如果未达到，则继续进行一次匹配（相当于匹配步数累计），但最多不超过设定的重试次数。

多重匹配：完全重置搜索，重新进行匹配搜索直到匹配度超过跳出阈值或重试超过重试次数，含第一次，总共重置搜索的次数为多重匹配数。最终结果取各次重置匹配的最大值。由于干扰点的存在，匹配搜索有可能陷入局部最小值，设定大于1的多重匹配有利于提高稳定性。

精确：在最终结果附近，以单像素步长穷举所有结果并将最佳匹配值的结果设为输出结果。除非有速度要求，否则应启用。

跳出阈值：见重试次数。

报警阈值：检查最终结果的匹配度是否超过报警阈值，如果未超过，则认为匹配失败。跳出阈值应大于或等于报警阈值。

5.5.2 定位测试

定位测试可以仅做形状与图像的匹配测试，也可测试运行定位脚本。当[测试脚本]按钮被按下时，点[定位测试]按钮会测试运行相应的定位脚本，否则会对当前修改的形状做图像匹配测试。在完成第3节工件设定后，应首先做图像匹配测试。

做图像匹配测试时，定位测试下方的文本框中每一行代表一次匹配，例如：

0, 0: 0.935000

表示第0次重置，第0次匹配的匹配度为0.935000，由于匹配度没有超过跳出阈值0.950，再进行一次匹配：

0, 1: 0.935000

仍然未超过跳出阈值0.950，但重试次数设置为2，所以此次重置匹配结束。

由于多重匹配设置为2，所以会再进行一次重置匹配，循环上面的步骤，所以有

1, 0: 0.935000

1, 1: 0.935000

由于[精确]被启用，所以进行一次精确搜索，但搜索的最佳值仍为0.935000，所以有

Optm: No Need

5.5.3 统计计数

定位脚本被运行一次，无论是通过点击[定位测试]按钮，还是通过G代码调用，[总计]次数都会加1，定位脚本中最后一次（如果有）执行PutData时，如果参数iRet不为0，[失败]次数会加1。关闭相机并重新开启相机时，[总计]和[失败]次数都会清零。