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一種基于機(jī)器視覺的追剪控制系統(tǒng)及方法

文檔序號:39728291發(fā)布日期:2024-10-22 13:31閱讀:7來源:國知局
一種基于機(jī)器視覺的追剪控制系統(tǒng)及方法

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。

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