本發(fā)明涉及機(jī)器視覺，具體涉及一種基于機(jī)器視覺的追剪控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、激光切割是應(yīng)用最為廣泛的激光加工技術(shù)之一，隨著智能制造對制造業(yè)影響力的與日俱增，工業(yè)界迫切需要開發(fā)更高效、更智能化的激光切割數(shù)控系統(tǒng)，開發(fā)一款基于視覺識別的切割系統(tǒng)是激光切割實(shí)現(xiàn)智能化的重要途徑，目前機(jī)器視覺技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)中，在工業(yè)控制領(lǐng)域的運(yùn)用尤為突出，中國是工業(yè)制造大國，利用視覺技術(shù)來提供工業(yè)生產(chǎn)效率、提高加工精度、降低生產(chǎn)成本，這些無疑將推動整個國家制造業(yè)的生產(chǎn)水平。

2、目前基于機(jī)器視覺的追剪控制系統(tǒng)，還存在以下問題：

3、(1)切割系統(tǒng)由于物理屬性導(dǎo)致啟停狀態(tài)時，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性不足會降低系統(tǒng)的使用壽命以及導(dǎo)致切割精度的降低；

4、(2)切割過程中需要對待切割工件進(jìn)行圖像識別，由于圖像識別目標(biāo)時數(shù)據(jù)處理不當(dāng)導(dǎo)致切割效率不高。

5、(3)對于一個復(fù)雜的待切割工件的輪廓而言，意味著需要頻繁地啟停，這樣會導(dǎo)致切割控制系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)故障，無法規(guī)避驅(qū)動設(shè)備由于慣性帶來的過沖和失步現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)器視覺的追剪控制系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中對于現(xiàn)有技術(shù)中切割精度低、由于圖像識別目標(biāo)時數(shù)據(jù)處理不當(dāng)導(dǎo)致切割效率不高、以及無法規(guī)避驅(qū)動設(shè)備由于慣性帶來的過沖和失步現(xiàn)象的技術(shù)問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具體提供下述技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一個方面，提供了一種基于機(jī)器視覺的追剪控制方法，包括以下步驟：

4、通過視覺相機(jī)對剪切區(qū)域進(jìn)行實(shí)時識別獲取剪切區(qū)域像素信息，采用輪廓擬合算法對所述剪切區(qū)域像素信息進(jìn)行插補(bǔ)，獲取對應(yīng)剪切區(qū)域的邊界輪廓像素數(shù)據(jù)；

5、對所述邊界輪廓像素數(shù)據(jù)通過閾值剪切算法進(jìn)行輪廓提取，通過邊緣檢測獲取邊緣點(diǎn)坐標(biāo)信息，對所述邊緣點(diǎn)坐標(biāo)信息計算邊緣點(diǎn)中心通過曲線擬合建立輪廓切割曲線圖；

6、根據(jù)所述輪廓切割曲線圖搭建對應(yīng)剪切區(qū)域的控制系統(tǒng)，通過控制器的各類控制指令，對剪切區(qū)域進(jìn)行切割操作。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，通過視覺相機(jī)對剪切區(qū)域進(jìn)行實(shí)時識別獲取剪切區(qū)域像素信息，包括：

8、對所述視覺相機(jī)獲取的目標(biāo)圖像進(jìn)行預(yù)處理，建立所述目標(biāo)圖像成像平面上的圖像像素坐標(biāo)系，將所述圖像像素坐標(biāo)系映射成二維數(shù)組矩陣；

9、將所述二維數(shù)組矩陣以時間序列l(wèi)篩選奇數(shù)個像素點(diǎn)作為像素點(diǎn)中間區(qū)域，將所述像素點(diǎn)中間區(qū)域作為滑動窗口；

10、在所述滑動窗口內(nèi)實(shí)時計算圖像像素值并進(jìn)行排序，取所述圖像像素值中位數(shù)作為新像素值，在滑動窗口實(shí)時移動時，將所述新像素值替換噪聲點(diǎn)像素值，并更新所述二維數(shù)組矩陣，獲取剪切區(qū)域像素信息。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，采用輪廓擬合算法對所述剪切區(qū)域像素信息進(jìn)行插補(bǔ)，獲取對應(yīng)剪切區(qū)域的邊界輪廓像素數(shù)據(jù)，包括：

12、對所述剪切區(qū)域像素信息采用機(jī)器視覺軟件halcon中創(chuàng)建直角矩形算子gen_rectangle1生成需要剪切處理的矩形區(qū)域，通過圖像顯示算子dev_display實(shí)時顯示所述矩形區(qū)域；

13、對所述矩形區(qū)域采用縮小圖像域算子reduce_domain實(shí)時縮減所述圖像像素坐標(biāo)系目標(biāo)區(qū)域的定義域，獲取所述目標(biāo)區(qū)域中邊界輪廓坐標(biāo)信息；

14、對所述邊界輪廓坐標(biāo)信息建立灰度圖像直方圖，利用類間最大方差作為閾值，對邊界輪廓進(jìn)行插補(bǔ)，具體為：

15、根據(jù)所述邊界輪廓坐標(biāo)信息對目標(biāo)區(qū)域的灰度圖設(shè)定灰度存在等級，范圍為(0，a)，像素數(shù)量為n，用ni表示灰度等級為i的像素數(shù)量；

16、將所述界輪廓坐標(biāo)信息橫軸分割成c2、c3兩類，所述c2表示灰度值范圍為0至t，c3表示灰度值范圍為t+1至a，計算圖像的灰度總均值；

17、根據(jù)所述灰度總均值計算c2、c3兩類的類間最大方差，將其作為閾值，將灰度值低于閾值的像素點(diǎn)按序替換，獲取邊界輪廓像素數(shù)據(jù)。

18、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，對所述邊界輪廓像素數(shù)據(jù)通過閾值剪切算法進(jìn)行輪廓提取，包括：

19、將所述邊界輪廓像素數(shù)據(jù)作為目標(biāo)像素，在所述目標(biāo)像素周圍設(shè)置p1至p8共八個包圍像素點(diǎn)，將所述八個包圍像素點(diǎn)作為目標(biāo)像素的鄰域像素點(diǎn)；

20、在所述八個包圍像素點(diǎn)內(nèi)隨機(jī)選取一個像素點(diǎn)作為起始像素點(diǎn)，按行開始從左至右逐列掃描，當(dāng)所述起始像素點(diǎn)坐標(biāo)與目標(biāo)像素點(diǎn)重合時，記錄所述目標(biāo)像素點(diǎn)的坐標(biāo)，將所述起始像素點(diǎn)坐標(biāo)與目標(biāo)像素點(diǎn)坐標(biāo)連接在一起，對應(yīng)所述起始像素點(diǎn)繼續(xù)前進(jìn)；

21、所述起始像素點(diǎn)遍歷時采用逆時針方向進(jìn)行，對目標(biāo)像素的鄰域挨個檢測，當(dāng)再次遍歷至起始像素時表示檢測完成，輪廓檢測結(jié)束，獲取輪廓的實(shí)時跟蹤數(shù)據(jù)。

22、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，通過邊緣檢測獲取邊緣點(diǎn)坐標(biāo)信息，對所述邊緣點(diǎn)坐標(biāo)信息計算邊緣點(diǎn)中心通過曲線擬合建立輪廓切割曲線圖，包括：

23、對實(shí)時的輪廓跟蹤數(shù)據(jù)逐行遍歷直至圖像的第一個非零像素點(diǎn)，將所述非零像素點(diǎn)作為起點(diǎn)并記錄坐標(biāo)，逆時針依次搜索所述非零像素點(diǎn)的鄰域像素點(diǎn)，將所述非零像素點(diǎn)作為當(dāng)前時刻的像素坐標(biāo)點(diǎn)，記錄坐標(biāo)，并將其他非零像素點(diǎn)置零；

24、對所述輪廓跟蹤數(shù)據(jù)重復(fù)搜索、記錄坐標(biāo)以及置零像素點(diǎn)的過程，直至搜索到下一非零點(diǎn)鄰域內(nèi)無非零像素點(diǎn)為止，將當(dāng)前的所述下一非零點(diǎn)作為孤點(diǎn)；

25、判斷所述孤點(diǎn)是否為起點(diǎn)，若為起點(diǎn)，則輪廓曲線為閉合曲線，結(jié)束搜索，閉合連接軌跡的連續(xù)像素坐標(biāo)序列；

26、若不是起點(diǎn)，則輪廓曲線為非閉合曲線，將所述孤點(diǎn)作為新的起點(diǎn)，再次遍歷實(shí)時的輪廓跟蹤數(shù)據(jù)，直至下一非零點(diǎn)為孤點(diǎn)為止，結(jié)束搜索，連接軌跡的連續(xù)像素坐標(biāo)序列；

27、將所述連續(xù)像素坐標(biāo)序列通過直線擬合，獲取輪廓切割曲線圖。

28、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，根據(jù)所述輪廓切割曲線圖搭建對應(yīng)剪切區(qū)域的控制系統(tǒng)，通過控制器的各類控制指令，對剪切區(qū)域進(jìn)行切割操作，包括：

29、將所示輪廓切割曲線圖中的輪廓的圖像像素數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)接收到所述圖像像素數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時存儲，對所述圖像像素數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后對切割設(shè)備進(jìn)行速度規(guī)劃；

30、所述切割設(shè)備通過伺服電機(jī)控制各軸進(jìn)給量，通過線性插補(bǔ)算法在所述切割設(shè)備中進(jìn)行插補(bǔ)，通過將圖像像素的坐標(biāo)序列分割成n份，利用n條短線逼近輪廓曲線；

31、根據(jù)所述圖像像素數(shù)據(jù)判斷是否到達(dá)切割終點(diǎn)，實(shí)時終止切割。

32、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述線性插補(bǔ)算法通過時間分割對所述圖像像素數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)，包括：

33、將所述圖像像素的坐標(biāo)序列以1毫秒的時間單位分割成n份，連接n段短線輪廓，將所述短線輪廓的起點(diǎn)設(shè)為o點(diǎn)，終點(diǎn)設(shè)為q(xq，yq)點(diǎn)，獲取oq兩點(diǎn)直線連線與x軸之間的夾角α；

34、根據(jù)所述切割設(shè)備的切割輪廓速度v和插補(bǔ)周期t，計算得到輪廓步長s；

35、計算在一個插補(bǔ)周期內(nèi)所述切割設(shè)備在x和y軸方向上的進(jìn)給量δx，δy，其表達(dá)式為：

36、

37、根據(jù)所述進(jìn)給量δx，δy設(shè)置所述伺服電機(jī)在x和y軸方向上電機(jī)步長，在單個插補(bǔ)周期內(nèi)，設(shè)定在x和y軸方向上電機(jī)需要走的步數(shù)。

38、本發(fā)明的第二個方面，基于權(quán)利要求1-7所述的一種基于機(jī)器視覺的追剪控制方法的系統(tǒng)，包括：

39、數(shù)據(jù)采集模塊，通過視覺相機(jī)采集待切割工件圖像信息，對所述圖像信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取待切割工件的輪廓數(shù)據(jù)；

40、數(shù)據(jù)分析模塊，對所述輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，對輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時插補(bǔ)，分析輪廓數(shù)據(jù)的精度；

41、控制系統(tǒng)，對所述切割設(shè)備進(jìn)行實(shí)時控制，并實(shí)時監(jiān)測伺服電機(jī)加減速，通過控制器的各種運(yùn)動指令實(shí)時調(diào)整切割設(shè)備在x、y軸上的運(yùn)動同步性；

42、人機(jī)交互模塊，用于對切割設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，隨時根據(jù)需求設(shè)置參數(shù)，實(shí)時顯示切割效果

43、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下有益效果：

44、本發(fā)明通過圖像灰度化、濾波等處理，實(shí)現(xiàn)對待切割區(qū)域邊界輪廓的提取，通過優(yōu)化輪廓擬合算法，降低圖像信息中的冗余像素信息，達(dá)到減少運(yùn)算量提高效率的目的。

45、通過控制切割設(shè)備的進(jìn)給量可以實(shí)現(xiàn)啟停過程平穩(wěn)而流暢的進(jìn)行，不但可以實(shí)現(xiàn)加工精度的需求還能不損傷系統(tǒng)的使用壽命，采用時間分割插補(bǔ)算法，可以提高系統(tǒng)切割的效率也能幫助精度的提升。