CN107062912B - 一种棒料视觉定位方法 - Google Patents

Abstract

一种棒料视觉定位方法，包括：S1.运锭小车将装满棒料的料筐送至指定上料工位，抓料机械手移动至料筐上方；S2.工业摄像头配合光源对料筐进行拍照，照片送至成像定位系统进行分析，系统根据照片计算出料筐中最上面一层棒料中心的横向坐标，且通过光源投射的参照线判断上层棒料的高矮差异；S3.成像系统将最高棒料的横向坐标值发送至抓料机械手，抓料机械手根据横向坐标走到相应位置，向下行走抓取棒料，位于抓料机械手下方的传感器检测到棒料后发信号给抓料机械手，停止下行，手爪夹紧，抓料；S4.抓料机械手将棒料送至设备上料工位，抓料机械手回到料筐上方，并重复步骤S2。本发明上料效率高、成本低、适应多种品种的棒料。

Description

一种棒料视觉定位方法

技术领域

本发明涉及自动化设备定位领域，特别涉及一种棒料视觉定位方法。

背景技术

现有铝棒感应加热炉或者中频钢棒感应加热炉多为人工上料或者机械手上料。但这两种上料方式都存在诸多问题：

1.人工上料：不论是铝棒或是钢棒，随着市场对大型铝型材和锻打零部件的需求不断提升，挤压机吨位也随之提升。而作为挤压或锻造的原材料，棒料的尺寸规格也逐步加大，目前稍大的铝棒重量可以达到一吨左右。采用人工上料方式虽然能够借助悬臂吊等辅助工具，但棒料质量大，上料效率低，且操作起来存在一定的安全问题。

2.机械手上料：近年来随着人力成本不断提高，且工人对工作环境的要求也越来越高，感应加热炉上料逐步采用上料机械手取代人工完成上料工作。但上料机械手仍然存在很大的局限性：即对棒料位置的获取。

机械手能够准确的在要求的位置抓取棒料，但无法对棒料位置做出判断，如果使用人工操作机械手，虽可以减轻工人劳动强度，但从生产成本角度考虑企业投资一台机械手却还得请一个上料工人，不仅没有降低成本，反倒多投资一台机械手。

目前有些企业的解决方案是：铝型材生产企业对料筐进行改造，使料筐里面的棒料能够以固定的位置和姿态存放。这样，在对料筐进行定位后，机械手即可按照既定的程序对棒料进行抓取。

但这样的方案有以下局限性：（1）料筐经过改造后只能存放一种直径的棒料，而往往厂家对棒料的需求是多规格的，这样就得做多种规格的料筐，且有些规格并不是常用的。做这些料筐不仅耗费资金，还需大量空间存放；（2）料筐经过改造后由于要给机械手抓取留有空间，因此，存放数量大大减少，导致频繁更换料筐；（3）且料筐中的棒料由于需要按照要求摆放，在很多工况下，铝棒是在熔铸车间生产装筐，装筐要求过高会影响装筐效率；（4）在生产过程中，如果料筐出现未装满的情况，则机械手无法识别，会存在无法抓取的情况，如果靠人工输入料筐存储情况，则存在输入错误的风险，导致机械手与棒料相撞。

发明内容

本发明提供一种棒料视觉定位方法及装置，旨在解决现有棒料自动上料系统效率低、成本高、仅适应单一品种的问题。

本发明提供一种棒料视觉定位方法包括以下步骤：

S1. 运锭小车将装满棒料的料筐送至指定上料工位，抓料机械手移动至料筐上方；

S2. 工业摄像头配合光源对料筐进行拍照，照片送至成像定位系统进行分析，系统根据照片计算出料筐中最上面一层棒料中心的横向坐标，且通过光源投射的参照线判断上层棒料的高矮差异；

S3. 成像系统将最高棒料的横向坐标值发送至抓料机械手，抓料机械手根据横向坐标走到相应位置，向下行走抓取棒料，当位于抓料机械手下方的传感器检测到棒料后发信号给抓料机械手，停止下行，手爪夹紧，抓料；

S4. 抓料机械手将棒料送至设备上料工位，抓料机械手回到料筐上方，并重复步骤S2。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，光源将条形激光投影在棒料表面，形成一道类似抛物线的圆弧线，相机从正上方拍摄照片，通过每根棒料表面的圆弧线的顶点确定棒料中心横向坐标。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，光源倾斜投影在棒料表面，如棒料高度不同，则圆弧线的顶点向棒料轴向偏移，确定上层棒料相对高度，从高度最高的棒料开始抓取。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，以光源发射处的水平线为定位线，投影后最靠近光源定位线的圆弧线对应的棒料为高度最高的棒料。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中，定位系统再对比能够确定圆心的棒料高度，选取最高棒料将横向坐标发送至机械手，指导抓料机械手进行抓取。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中，重复步骤S2抓取棒料之前均对料筐进行拍摄，确认最高棒料中心横向坐标。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中，摄像头的视野范围留有一定的余量，视野范围比料筐的宽度大50-100mm。

本发明的一种棒料视觉定位装置，包括抓料机械手、工业摄像头、光源、用于放置棒料的料筐、运锭车，所述工业摄像头连接在抓料机械手底部的一端，所述光源倾斜地连接在抓料机械手底部的另一端，所述光源投影的范围覆盖工业摄像头的视野范围，所述料筐连接在运锭车上，所述料筐的宽度小于工业摄像头的视野范围，所述运锭车位于抓料机械手的下端工位并能相对于抓料机械手移动。

作为本发明的进一步改进，所述运锭车底板设有导向板，所述料筐沿导向板放置在运锭车底板的指定位置。

作为本发明的进一步改进，所述光源为能够发射条形激光的发生器。

本发明的有益效果是：本发明的方法和装置在应用中，对料筐中存储的棒料直径、数量、位置没有要求，可适合多个规格的棒料；对料筐的位置要求较低，减少了更换料筐的时间，提高生产效率；此成像定位系统可安装在抓料机械手上，随机械手臂移动，在移动过程中进行拍照，不需要单独提供机座或传动系统，大大节省实现视觉定位柔性化成本。

附图说明

图1是本发明一种棒料视觉定位装置的结构侧视图；

图2是本发明一种棒料视觉定位装置的结构正视图；

图3是本发明一种棒料视觉定位方法中相机及光源布置示意图；

图4是本发明一种棒料视觉定位方法中相机拍照示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一：

如图3和图4所示，本发明的一种棒料视觉定位方法，包括以下步骤：

S1. 运锭小车将装满棒料3的料筐4送至指定上料工位，抓料机械手5移动至料筐4上方；

S2. 工业摄像头1配合光源对料筐进行拍照，照片送至成像定位系统进行分析，系统根据照片计算出料筐4中最上面一层棒料3中心的横向坐标，且通过光源2投射的参照线判断上层棒料1的高矮差异；

S3. 成像系统将最高棒料1的横向坐标值发送至抓料机械手5，抓料机械手5根据横向坐标走到相应位置，向下行走抓取棒料3，当位于抓料机械手5下方的传感器检测到棒料3后发信号给抓料机械手5，停止下行，手爪夹紧，抓料；

S4. 抓料机械手5将棒料3送至设备上料工位，抓料机械手5回到料筐4上方，并重复步骤S2。

本发明通过工业摄像头1对棒料3由上至下进行拍摄，工业摄像头1安装在抓料机械手5上，随抓料机械手5一起移动。当抓料机械手5移动到指定位置时，工业摄像头1对料筐4进行拍摄，并将照片传给视觉定位系统，视觉定位系统对拍摄的照片进行分析，根据光源2在棒料3圆弧面上的投影计算棒料3中心横向坐标，并且通过对比确认上层棒料3中最高的棒料3，将最高棒料3中心位置坐标传给抓料机械手5，指导抓料机械手5对棒料3进行抓取。

如图3和图4所示，步骤S2中，光源2将条形激光投影在棒料3表面，形成一道类似抛物线的圆弧线，此时工业摄像头1从正上方拍摄照片，则可以通过每根棒料3表面的圆弧线的顶点确定棒料3中心横向坐标；如棒料3高度不同，则顶点会向棒料3轴向偏移，以此确定上层棒料3相对高度，每次都从高度最高的棒料3开始抓取则避免了抓料机械手5与旁边棒料3相撞的可能性。

具体操作顺序是：首先由人工将装有棒料3的料筐4放至运锭车6上，运锭车6底板带有导向板，使料筐4能够落在指定的位置，此位置主要作用是将料筐4限定在工业摄像头1能够拍摄的范围内，确保工业摄像头1能够识别到料筐4内所有的棒料3。而工业摄像头1的视野范围留有一定的余量，会比料筐4大50-100mm因此对料筐4位置无特别要求，误差在40mm左右即可。如料筐4位置限定较小，则给工人装料筐4带来不便。

料筐4落位后由运锭车6将其运送至抓料机械手5上料工位。抓料机械手5携带工业摄像头1移动至料筐4上方，到位后给工业摄像头1信号，对料筐4进行拍照。拍照完成后将照片传至视觉定位系统进行分析。视觉定位系统根据光源投射到料筐4最上层棒料3表面的圆弧线（仅上层棒料能够被拍摄到）计算上层棒料3中心的横向坐标，如图4中的位置9，圆弧顶点即为棒料3中心横向位置。定位系统再对比能够确定圆心的棒料3高度，选取最高棒料3将横向坐标发送至抓料机械手5，指导抓料机械手5进行抓取。以光源2发射处的水平线为定位线，投影后最靠近光源2定位线的圆弧线对应的棒料3为高度最高的棒料3。如图4所示，从工业摄像头1的拍摄角度看，位置7相对与位置8上移了，位置7远离了定位线，而位置8是所有圆弧形中最好近定位线的，所以位置8对应的棒料3位于最高层。

此方案可有效避免料筐4不满或棒料3未按照正常顺序摆放而导致机械手与棒料3相撞。抓料机械手5抓取棒料3后送至后续工位的上料辊道。再回到料筐4上方重复拍摄步骤。由于料筐4内棒料3被抓取后可能导致上层棒料3有滑动现象或是待料过程中人为移动棒料3，因此每次抓取棒料3之前都需要对料筐4进行拍摄，确认最高棒料3中心横向坐标。

实施例二：

如图1和图2所示，本发明的一种棒料视觉定位装置，包括抓料机械手5、工业摄像头1、光源2、用于放置棒料3的料筐4、运锭车6，工业摄像头1连接在抓料机械手5底部的一端，光源2倾斜地连接在抓料机械手5底部的另一端，光源2投影的范围覆盖工业摄像头1的视野范围，料筐4连接在运锭车6上，料筐4的宽度小于工业摄像头1的视野范围，运锭车6位于抓料机械手5的下端工位并能相对于抓料机械手5移动。

其中，运锭车6底板设有导向板，料筐4沿导向板放置在运锭车6底板的指定位置。光源2为能够发射条形激光的发生器。

在本发明中采用了最新式的视觉定位系统，系统可根据照片自动识别棒料3圆心位置，并且自动判断最高棒料3提供圆心坐标供抓料机械手5抓取。

该棒料视觉定位方法和装置拍摄方式为由上至下拍摄；能够自动识别不同直径棒料3，并寻找棒料3中心位置；对棒料3存放位置、姿态及数量没有特殊要求；不需要单独的机座或传动机构，依附于抓料机械手5即可；可使用通用料筐4，且定位误差范围宽，40mm即可；采用激光发生器作为光源，识别光源2在棒料3表面的投影。

本发明有如下优点：

1、此系统对料筐4中存储的棒料3直径没有要求，可适合多个规格的棒料3进行定位，并指导抓料机械手5抓取。也就是只要料筐4尺寸不变，不论里面装什么规格的棒料3系统都可以进行定位。对于工厂生产的实际意义是：只需要准备一种料筐4即可在各个生产线上通用，大大节省多规格料筐4的制造费用和存放位置。

2、此系统对料筐4中存储的棒料3位置没有具体要求，只要棒料3放置平稳即可。即料筐4只是一个简单的筐架，中间没有对棒料3的导向和限位，在工人装筐时只要将棒料3在料筐4中放置稳定即可，大大提高装筐效率，且由于料筐4结构简单，其体积比现有的限定棒料3位置的料筐4体积小很多。易于存放和运输。

3、此系统对料筐4中存储的棒料3数量没有具体要求，即不论料筐4里面棒料3有多少都能够正常识别。在实际生产中，棒料3数量往往根据产量确定，并不能保证每个料筐4都装满后才送入加热炉加热，当料筐4没有装满时，本系统能够根据照片判断最高棒料3位置坐标，从而指导抓料机械手5抓取。

4、此系统对料筐4的位置要求较低。在运送料筐4到上料工位的运锭车6上安装有导向定位机构即可，误差在40mm左右，不论是用叉车还是天车吊料筐4都能够比较轻松的对料筐4进行定位。这样减少了更换料筐4的时间，提高生产效率。

5、此成像定位系统可安装在抓料机械手5上，随抓料机械手5的手臂移动，在移动过程中进行拍照，不需要单独提供机座或传动系统，大大节省实现视觉定位柔性化成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种棒料视觉定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 运锭小车将装满棒料的料筐送至指定上料工位，抓料机械手移动至料筐上方；

S2. 工业摄像头配合光源对料筐进行拍照，照片送至成像定位系统进行分析，系统根据照片计算出料筐中最上面一层棒料中心的横向坐标，且通过光源投射的参照线判断上层棒料的高矮差异；

S3. 成像系统将最高棒料的横向坐标值发送至抓料机械手，抓料机械手根据横向坐标走到相应位置，向下行走抓取棒料，当位于抓料机械手下方的传感器检测到棒料后发信号给抓料机械手，停止下行，手爪夹紧，抓料；

S4. 抓料机械手将棒料送至设备上料工位，抓料机械手回到料筐上方，并重复步骤S2。

2.根据权利要求1所述的棒料视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，光源将条形激光投影在棒料表面，形成一道类似抛物线的圆弧线，相机从正上方拍摄照片，通过每根棒料表面的圆弧线的顶点确定棒料中心横向坐标。

3.根据权利要求1所述的棒料视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，光源倾斜投影在棒料表面，如棒料高度不同，则圆弧线的顶点向棒料轴向偏移，确定上层棒料相对高度，从高度最高的棒料开始抓取。

4.根据权利要求3所述的棒料视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，以光源发射处的水平线为定位线，投影后最靠近光源定位线的圆弧线对应的棒料为高度最高的棒料。

5.根据权利要求1所述的棒料视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S3中，定位系统再对比能够确定圆心的棒料高度，选取最高棒料将横向坐标发送至机械手，指导抓料机械手进行抓取。

6.根据权利要求1所述的棒料视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S4中，重复步骤S2抓取棒料之前均对料筐进行拍摄，确认最高棒料中心横向坐标。

7.根据权利要求1所述的棒料视觉定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，摄像头的视野范围留有一定的余量，视野范围比料筐的宽度大50-100mm。