CN108637469A - 一种用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光切割领域,具体的说是一种用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法。包括如下步骤:S1,将相机安装到相机安装支架上,相机正对机床幅面且相机与相机安装支架之间呈45°夹角;S2,判断是否是需要视觉标定,若是则执行步骤S3,不需要则转步骤S4;S3,视觉标定;S4,向机床上放上板材;S5,相机移动到拍照点进行拍照;S6,对拍照获得的图像进行处理,得到巡边结果;S7,将获得的巡边结果信号传输给切割头,从而获得巡边结果。本发明同现有技术相比,使用方便,只需要拍摄一张照片即可,不需要频繁移动机床去巡边,所以耗时大大缩减,同时也不会有切割头跟随板面进行巡边的操作,进一步减小了损坏切割头的风险。
Description
技术领域
本发明涉及激光切割领域,具体的说是一种用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法。
背景技术
目前,在激光加工技术领域,巡边的方式一般是电容巡边,其过程是在切割板材之前,将切割头空移到板材的合适位置,然后启动电容巡边,让激光头以1-6mm 的固定高度跟随板面,沿着Y轴的负方向前进,直到板材边缘,然后回到起点,沿着X轴的负方向空移一段距离,再沿着Y轴负方向前进直到板材的边缘,然后回到起点,沿着Y轴正方向空移一段距离,沿着X轴负方向直到板材的边缘。通过记录一块矩形板的三边的边缘位置,就可以确定板材的旋转中心和旋转角度,从而能获取板材的机械坐标,达到巡边的目的。但这样的巡边方式要求每切割一块板都要进行一次电容巡边,由于切割头需要移动较远的距离,巡边一次需要15s左右,非常耗时,而且对于摆放不规则的板材,切割头跟随时容易跟随到板外,引起扎头,造成切割头损坏。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足,设计一种采用相机来获取板材,尤其是矩形板材的影像信息,通过对板材的图像信息进行处理,提取出板材的边缘的位置信息,然后将此信息映射到机床,将信号传给切割头,达到巡边的目的用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法。
为实现上述目的,设计一种用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法,包括机床,切割头,相机,其特征是:所述机床的上方设有板材,板材的上方设有切割头,机床的左侧设有相机安装支架,所述相机安装支架的顶部设有相机,所述相机正对机床上方的板材,相机与相机安装支架之间的夹角为45°;
其图像处理流程包括如下步骤:S1,将相机安装到相机安装支架上,相机正对机床幅面且相机与相机安装支架之间呈45°夹角;S2,判断是否是需要视觉标定,若是则执行步骤S3,不需要则转步骤S4;S3,视觉标定;S4,向机床上放上板材; S5,相机移动到拍照点进行拍照;S6,对拍照获得的图像进行处理,得到巡边结果; S7,将获得的巡边结果信号传输给切割头,从而获得巡边结果。
所述步骤S6包括如下步骤:S61,将采集到的图像从彩色图转换成灰度图,将灰度图像存入二维的矩阵M1中,M1中每个像素点的灰度值记为M1(i,j);S62,压缩灰度范围,遍历M1里面的所有元素,对每个元素计算M1(i,j)=log(M1(i,j)+1) 以此来压缩灰度范围;S63,使用边缘检测算法检测边缘,得到只含白色边缘和黑色背景的图像M2,白色用255表示,黑色用0表示;S64,分别统计X方向和Y方向的坐标直方图,对M2中的像素进行X方向进行投影,统计相同X坐标下的白色边缘点的个数,得到X方向边缘点的直方图记为H1,同理,Y方向边缘点的直方图即为 H2;S65,找出直方图的最大峰值,粗定位直线位置,找出H1中的两个最大峰值,记录对应的y坐标,记为Y1和Y2,同理找出H2中的两个臭峰值,记录对应x坐标,记为X1和X2,上述X1、X2、Y1、Y2连起来即为粗定位直线位置;S66,通过直线拟合精确定位直线位置,从M2中取坐标满足|y-Y1|<5,且M2(i,j)=255的所有点 (xi,yi)进行下面计算,得到Y1处的拟合直线方程其中同理,M2中取坐标满足|y-Y2|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线在M2中取坐标满足|x-X1|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线在M2中取坐标满足|x-X2|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线S67,计算板材旋转中心和角度,按照步骤S66得到的四条线,通过计算得到直线的交点即可求出板材的旋转角度与旋转中心,即巡边结果。
所述步骤1中相机与相机安装支架之间呈45°角,使的相机的视野可以覆盖机床幅面的三分之二以上。
本发明同现有技术相比,使用方便,只需要拍摄一张照片即可,不需要频繁移动机床去巡边,所以耗时大大缩减,同时也不会有切割头跟随板面进行巡边的操作,进一步减小了损坏切割头的风险。
附图说明
图1为本发明中相机安装结构示意图。
图2为本发明的工作流程图。
图3为本发明中图像处理获取巡边结果的流程图。
图4为本发明中机械坐标系和像素坐标系的示意图。
参见图1~图4,其中,1是机床,2是切割头,3是板材,4是相机安装支架, 5是相机。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示为本发明的结构示意图,所述机床1的上方设有板材3,板材3的上方设有切割头2,机床1的左侧设有相机安装支架4,所述相机安装支架4的顶部设有相机5,所述相机5正对机床1上方的板材3,相机5与相机安装支架4之间的夹角为45°。
如图2~图4所示为本发明的工作流程图,S1,将相机安装到相机安装支架上,相机正对机床幅面且相机与相机安装支架之间呈45°夹角;S2,判断是否是需要视觉标定,若是则执行步骤S3,不需要则转步骤S4;S3,视觉标定;S4,向机床上放上板材;S5,相机移动到拍照点进行拍照;S6,对拍照获得的图像进行处理,得到巡边结果;S7,将获得的巡边结果信号传输给切割头,从而获得巡边结果。
所述步骤S6包括如下步骤:S61,将采集到的图像从彩色图转换成灰度图,将灰度图像存入二维的矩阵M1中,M1中每个像素点的灰度值记为M1(i,j);S62,压缩灰度范围,遍历M1里面的所有元素,对每个元素计算M1(i,j)=log(M1(i,j)+1) 以此来压缩灰度范围;S63,使用边缘检测算法检测边缘,得到只含白色边缘和黑色背景的图像M2,白色用255表示,黑色用0表示;S64,分别统计X方向和Y方向的坐标直方图,对M2中的像素进行X方向进行投影,统计相同X坐标下的白色边缘点的个数,得到X方向边缘点的直方图记为H1,同理,Y方向边缘点的直方图即为 H2;S65,找出直方图的最大峰值,粗定位直线位置,找出H1中的两个最大峰值,记录对应的y坐标,记为Y1和Y2,同理找出H2中的两个臭峰值,记录对应x坐标,记为X1和X2,上述X1、X2、Y1、Y2连起来即为粗定位直线位置;S66,通过直线拟合精确定位直线位置,从M2中取坐标满足|y-Y1|<5,且M2(i,j)=255的所有点 (xi,yi)进行下面计算,得到Y1处的拟合直线方程其中同理,M2中取坐标满足|y-Y2|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线在M2中取坐标满足|x-X1|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线在M2中取坐标满足|x-X2|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线S67,计算板材旋转中心和角度,按照步骤S66 得到的四条线,通过计算得到直线的交点即可求出板材的旋转角度与旋转中心,即巡边结果。
所述步骤1中相机与相机安装支架之间呈45°角,使的相机的视野可以覆盖机床幅面的三分之二以上。
采用本发明之后,在使用400万像素相机的条件下,一次巡边时间在1s以内,精度在1mm以内,对于选取不同分辨率的相机,精度范围在0.5-5mm之内。同时,视觉巡边的识别率和准确率可达97.3%,对于不能成功识别的,还可以进入手动调整环节。本发明在巡边上,不仅精度高,灵活性高,而且大大节省了巡边的时间,同时也提高了巡边的安全性能。
Claims (3)
1.一种用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法,包括机床,切割头,相机,其特征是:所述机床(1)的上方设有板材(3),板材(3)的上方设有切割头(2),机床(1)的左侧设有相机安装支架(4),所述相机安装支架(4)的顶部设有相机(5),所述相机(5)正对机床(1)上方的板材(3),相机(5)与相机安装支架(4)之间的夹角为45°;
其图像处理流程包括如下步骤:S1,将相机安装到相机安装支架上,相机正对机床幅面且相机与相机安装支架之间呈45°夹角;S2,判断是否是需要视觉标定,若是则执行步骤S3,不需要则转步骤S4;S3,视觉标定;S4,向机床上放上板材;S5,相机移动到拍照点进行拍照;S6,对拍照获得的图像进行处理,得到巡边结果;S7,将获得的巡边结果信号传输给切割头,从而获得巡边结果。
2.如权利要求1所述的一种用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法,其特征是所述步骤S6包括如下步骤:S61,将采集到的图像从彩色图转换成灰度图,将灰度图像存入二维的矩阵M1中,M1中每个像素点的灰度值记为M1(i,j);S62,压缩灰度范围,遍历M1里面的所有元素,对每个元素计算M1(i,j)=log(M1(i,j)+1)以此来压缩灰度范围;S63,使用边缘检测算法检测边缘,得到只含白色边缘和黑色背景的图像M2,白色用255表示,黑色用0表示;S64,分别统计X方向和Y方向的坐标直方图,对M2中的像素进行X方向进行投影,统计相同X坐标下的白色边缘点的个数,得到X方向边缘点的直方图记为H1,同理,Y方向边缘点的直方图即为H2;S65,找出直方图的最大峰值,粗定位直线位置,找出H1中的两个最大峰值,记录对应的y坐标,记为Y1和Y2,同理找出H2中的两个臭峰值,记录对应x坐标,记为X1和X2,上述X1、X2、Y1、Y2连起来即为粗定位直线位置;S66,通过直线拟合精确定位直线位置,从M2中取坐标满足|y-Y1|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi)进行下面计算,得到Y1处的拟合直线方程其中同理,M2中取坐标满足|y-Y2|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线在M2中取坐标满足|x-X1|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线在M2中取坐标满足|x-X2|<5,且M2(i,j)=255的所有点(xi,yi),按上述公式计算拟合的直线S67,计算板材旋转中心和角度,按照步骤S66得到的四条线,通过计算得到直线的交点即可求出板材的旋转角度与旋转中心,即巡边结果。
3.如权利要求1所述的一种用于激光切割视觉巡边系统及其图像处理方法,其特征是所述步骤1中相机与相机安装支架之间呈45°角,使的相机的视野可以覆盖机床幅面的三分之二以上。
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