CN109129039B - 刀具的开刃系统和方法 - Google Patents

刀具的开刃系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种刀具的开刃系统和方法，其中方法包括以下步骤：S1、获取待开刃刀具的图像；S2、对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线；S3、将所述轮廓线与刀具的样本开刃线进行匹配，以得到所述待开刃刀具的开刃线；S4、将所述待开刃刀具的开刃线转换为工件坐标系下的开刃线；S5、将工件坐标系下的开刃线转换为机器人加工时的运动轨迹；S6、控制所述机器人按所述运动轨迹运动，以实现所述待开刃刀具在砂轮上开刃。本发明提供的刀具的开刃系统和方法实现了刀具在开刃过程由控制器控制机器人进行加工，使得整个开刃过程速度快、精度高且不容易出错，避免了人工磨刀可能产生的各种失误，提高了刀具的成品率。

Description

刀具的开刃系统和方法
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，特别涉及一种刀具的开刃系统和方法。
背景技术
刀具的开刃一直是一项对工人技术要求较高的工艺，而且，即便采用熟练工，开刃速度也无法大幅提高，开刃效率较低，同时，随着工作量的增大工人疲劳容易出错，不可避免的存在成品质量不稳定，成品精度不高的问题，这些问题给生产厂家造成了不可估量的损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用人工对刀具进行开刃时速度慢、效率低、成品精度不高、良品率低下的缺陷，提供一种能够提高速度、成品精度以及良品率的刀具的开刃系统和方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种刀具的开刃系统，其特点在于，包括机器人、砂轮、处理器和控制器，待开刃刀具设于所述机器人上；所述处理器用于获取所述待开刃刀具的图像；所述处理器包括轮廓线获取模块，所述轮廓线获取模块用于对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线；所述处理器还包括匹配模块，所述匹配模块用于将所述轮廓线与刀具的样本开刃线进行匹配，以得到所述待开刃刀具的开刃线；所述处理器还用于将所述待开刃刀具的开刃线转换为工件坐标系下的开刃线，将工件坐标系下的开刃线转换为所述机器人加工时的运动轨迹；所述控制器用于控制所述机器人按所述运动轨迹运动，以实现所述待开刃刀具在所述砂轮上开刃。
本方案中，刀具的样本开刃线可以提前从客户处得到，该样本开刃线是同一型号的多个刀具共同使用的参考开刃线。
本方案中，轮廓线、待开刃刀具的开刃线的所在坐标系不同于工件坐标系。为了使得控制器能够控制机器人沿着运动轨迹运动，需要进行坐标转换。坐标系的差别有原点位置的差别和三维方向的差别，不同坐标系之间的转换只需要知道坐标系之间的相对位置关系即可实现，具体通过每个路径上的点乘旋转向量即可，这些坐标转换均为现有技术，此处不赘述。
本方案中，待开刃刀具设于机器人上，砂轮固定设置，开刃过程中砂轮不动，由控制器控制机器人按照设定好的运动轨迹运动，使得待开刃刀具通过砂轮进行开刃。
本方案中，开刃过程由控制器控制机器人进行加工，就像控制器控制机床一样，使得整个开刃过程速度快、精度高且不容易出错，避免了人工磨刀可能产生的各种失误，提高了刀具的成品率。
较佳地，所述开刃系统还包括摄像头，所述摄像头与所述处理器电连接，所述摄像头用于采集所述待开刃刀具的图像并将所述图像发送至所述处理器。
本方案中，由摄像头对每把待开刃刀具进行图像采集，然后再发送给处理器进一步处理，以实时获取每把待开刃刀具的图像，使得开刃更加有针对性，进而提高每把待开刃刀具开刃的精度及开刃质量。
较佳地，所述处理器还用于将进刀线和退刀线加入工件坐标系下的开刃线，并将加入了所述进刀线和所述退刀线的工件坐标系下的开刃线转换为所述机器人加工时的运动轨迹。
本方案中，进刀线和退刀线用于告知机器人进行开刃时从哪里进入，从哪里退出，位置的设置只要不影响到加工路径即可。
较佳地，所述轮廓线获取模块采用边缘检测算法对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线。
本方案中，采用边缘检测算法以得出待开刃刀具的轮廓线。
较佳地，所述轮廓线表示为个数为N的点集B，所述样本开刃线表示为个数为M的点集A，N大于M，所述匹配模块包括第一夹角获取模块、点G获取模块、第二夹角获取模块、判断模块、调整模块和提取模块；
所述第一夹角获取模块用于设定一原点，对点集A中的每一点求出到所述原点的距离，第i个点到原点的距离记为L(i)，i∈[1，M]；获取点集A中第一个点到所述原点的线段与最后一个点到所述原点的线段的夹角记为第一夹角；
所述点G获取模块用于分别以点集B中每个点为圆心以L(i)为半径画圆，找到一个点G，使得经过所述点G的圆最多；
所述第二夹角获取模块用于获取以点G为圆心以L(1)为半径的圆与所述轮廓线的交点P，获取以点G为圆心以L(M)为半径的圆与所述轮廓线的交点Q，得到角PGQ记为第二夹角；
所述判断模块用于判断所述第一夹角和所述第二夹角的差值是否小于一预设阈值，若是则调用所述提取模块，若否则调用所述调整模块；
所述调整模块用于调整所述L(i)为原来的a倍，所述a为一预设正系数，调用所述点G获取模块；
所述提取模块用于提取点集B中所述点P至所述点Q之间的点为所述待开刃刀具的开刃线。
本方案提供了一种轮廓线与刀具的样本开刃线进行匹配的算法，本方案中轮廓线和样本开刃线均表示为点集，根据样本开刃线的点集A能够获取距离L(i)以及第一夹角，根据距离L(i)能够得到点G，再以点G为圆心以样品开刃线的两个端点到原点的距离为半径画圆，能够得到若干个第二夹角，再在这些第二夹角中选取与第一夹角相当的一个第二夹角，该第二夹角对应的点P和点Q之间轮廓线的部分即为所述待开刃刀具的开刃线。本方案中得到的开刃线精确度高且获取方式实现简单可靠。
本方案中，当样本开刃线同实际刀具的开刃线存在放大或缩小的情况时，通过预设正系数a能够调整L(i)，进而使得获取待开刃刀具的开刃线的准确性更高。
本发明还提供一种刀具的开刃方法，其特点在于，包括以下步骤：
S1、获取待开刃刀具的图像；
S2、对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线；
S3、将所述轮廓线与刀具的样本开刃线进行匹配，以得到所述待开刃刀具的开刃线；
S4、将所述待开刃刀具的开刃线转换为工件坐标系下的开刃线；
S5、将工件坐标系下的开刃线转换为机器人加工时的运动轨迹；
S6、控制所述机器人按所述运动轨迹运动，以实现所述待开刃刀具在砂轮上开刃。
较佳地，步骤S1中使用摄像头获取所述待开刃刀具的图像。
较佳地，步骤S5包括以下步骤：
S51、将进刀线和退刀线加入所述工件坐标系下的开刃线；
S52、将加入了所述进刀线和所述退刀线的工件坐标系下的开刃线转换为所述机器人加工时的运动轨迹。
较佳地，步骤S2中采用边缘检测算法对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线。
较佳地，所述轮廓线表示为个数为N的点集B，所述样本开刃线表示为个数为M的点集A，N大于M，步骤S3包括以下步骤：
S31、设定一原点，对点集A中的每一点求出到所述原点的距离，第i个点到原点的距离记为L(i)，i∈[1，M]；获取点集A中第一个点到所述原点的线段与最后一个点到所述原点的线段的夹角记为第一夹角；
S32、分别以点集B中每个点为圆心以L(i)为半径画圆，找到一个点G，使得经过所述点G的圆最多；
S33、获取以点G为圆心以L(1)为半径的圆与所述轮廓线的交点P，获取以点G为圆心以L(M)为半径的圆与所述轮廓线的交点Q，得到角PGQ记为第二夹角；
S34、判断所述第一夹角和所述第二夹角的差值是否小于一预设阈值，若是则执行步骤S36，若否则执行步骤S35；
S35、调整所述L(i)为原来的a倍，所述a为一预设正系数，执行步骤S32；
S36、提取点集B中所述点P至所述点Q之间的点为所述待开刃刀具的开刃线。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的刀具的开刃系统和方法实现了刀具在开刃过程由控制器控制机器人进行加工，使得整个开刃过程速度快、精度高且不容易出错，避免了人工磨刀可能产生的各种失误，提高了刀具的成品率。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的刀具的开刃系统中处理器的模块示意图。
图2为本发明中刀具的轮廓线、开刃线、进刀线及退刀线的示意图。
图3为本发明一较佳实施例的刀具的开刃方法的流程图。
图4为图3中步骤S103的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
结合图1和图2进行说明，一种刀具的开刃系统，包括机器人、砂轮、摄像头、控制器和处理器1，摄像头与处理器1电连接，待开刃刀具设于机器人上。摄像头用于采集待开刃刀具的图像并将该图像发送至处理器1。处理器1包括轮廓线获取模块11，该模块用于采用边缘检测算法对图像进行处理以获取待开刃刀具的轮廓线6。处理器1还包括匹配模块12，该模块用于将轮廓线6与刀具的样本开刃线2进行匹配，以得到待开刃刀具的开刃线3或3’。处理器1还用于将待开刃刀具的开刃线3或3’转换为工件坐标系下的开刃线，将进刀线4和退刀线5加入工件坐标系下的开刃线，并将加入了进刀线4和所述退刀线5的工件坐标系下的开刃线转换为机器人加工时的运动轨迹。控制器用于控制机器人按运动轨迹运动，以实现待开刃刀具在砂轮上开刃。
本开刃系统中轮廓线6表示为个数为N的点集B，样本开刃线2表示为个数为M的点集A，N大于M，匹配模块12包括第一夹角获取模块121、点G获取模块122、第二夹角获取模块123、判断模块124、调整模块125和提取模块126。
其中，第一夹角获取模块121用于设定一原点，对点集A中的每一点求出到所述原点的距离，第i个点到原点的距离记为L(i)，i∈[1，M]；获取点集A中第一个点到所述原点的线段与最后一个点到所述原点的线段的夹角记为第一夹角。
点G获取模块122用于分别以点集B中每个点为圆心以L(i)为半径画圆，找到一个点G，使得经过所述点G的圆最多。
第二夹角获取模块123用于获取以点G为圆心以L(1)为半径的圆与所述轮廓线6的交点P，获取以点G为圆心以L(M)为半径的圆与所述轮廓线6的交点Q，得到角PGQ记为第二夹角。
判断模块124用于判断所述第一夹角和所述第二夹角的差值是否小于一预设阈值，若是则调用所述提取模块126，若否则调用所述调整模块125。
调整模块125用于调整所述L(i)为原来的a倍，所述a为一预设正系数，调用所述点G获取模块122。
提取模块126用于提取点集B中所述点P至所述点Q之间的点为所述待开刃刀具的开刃线3或3’。
本实施例中，处理器1和控制器为两个独立的器件，具体实施时二者可以合二为一，这并不影响本发明的保护范围。
如图3所示，一种利用前述的开刃系统的刀具的开刃方法，包括以下步骤：
S101、处理器1使用摄像头获取待开刃刀具的图像。
S102、轮廓线获取模块11采用边缘检测算法对图像进行处理以获取待开刃刀具的轮廓线。
S103、匹配模块12将轮廓线与刀具的样本开刃线进行匹配，以得到待开刃刀具的开刃线。
S104、处理器1将待开刃刀具的开刃线转换为工件坐标系下的开刃线。
S105、处理器1将进刀线和退刀线加入工件坐标系下的开刃线。
S106、处理器1将加入了进刀线和退刀线的工件坐标系下的开刃线转换为机器人加工时的运动轨迹。
S107、控制器控制机器人按运动轨迹运动，以实现待开刃刀具在砂轮上开刃。
本开刃方法中，轮廓线表示为个数为N的点集B，样本开刃线表示为个数为M的点集A，N大于M，如图4所示，步骤S103包括以下步骤：
S301、设定一原点，对点集A中的每一点求出到所述原点的距离，第i个点到原点的距离记为L(i)，i∈[1，M]；获取点集A中第一个点到所述原点的线段与最后一个点到所述原点的线段的夹角记为第一夹角。
S302、分别以点集B中每个点为圆心以L(i)为半径画圆，找到一个点G，使得经过所述点G的圆最多。
S303、获取以点G为圆心以L(1)为半径的圆与所述轮廓线的交点P，获取以点G为圆心以L(M)为半径的圆与所述轮廓线的交点Q，得到角PGQ记为第二夹角。
S304、判断所述第一夹角和所述第二夹角的差值是否小于一预设阈值，若是则执行步骤S306，若否则执行步骤S305。
S305、调整所述L(i)为原来的a倍，所述a为一预设正系数，执行步骤S302。
S306、提取点集B中所述点P至所述点Q之间的点为所述待开刃刀具的开刃线。
本实施例提供的刀具的开刃系统和方法实现了刀具在开刃过程由控制器控制机器人进行加工，使得整个开刃过程速度快、精度高且不容易出错，避免了人工磨刀可能产生的各种失误，提高了刀具的成品率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种刀具的开刃系统，其特征在于，包括机器人、砂轮、处理器和控制器，待开刃刀具设于所述机器人上；
所述处理器用于获取所述待开刃刀具的图像；
所述处理器包括轮廓线获取模块，所述轮廓线获取模块用于对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线；
所述处理器还包括匹配模块，所述匹配模块用于将所述轮廓线与刀具的样本开刃线进行匹配，以得到所述待开刃刀具的开刃线；
所述处理器还用于将所述待开刃刀具的开刃线转换为工件坐标系下的开刃线，将工件坐标系下的开刃线转换为所述机器人加工时的运动轨迹；
所述控制器用于控制所述机器人按所述运动轨迹运动，以实现所述待开刃刀具在所述砂轮上开刃；
所述轮廓线表示为个数为N的点集B，所述样本开刃线表示为个数为M的点集A，N大于M，所述匹配模块包括第一夹角获取模块、点G获取模块、第二夹角获取模块、判断模块、调整模块和提取模块；
所述第一夹角获取模块用于设定一原点，对点集A中的每一点求出到所述原点的距离，第i个点到原点的距离记为L(i)，i∈[1，M]；获取点集A中第一个点到所述原点的线段与最后一个点到所述原点的线段的夹角记为第一夹角；
所述点G获取模块用于分别以点集B中每个点为圆心以L(i)为半径画圆，找到一个点G，使得经过所述点G的圆最多；
所述第二夹角获取模块用于获取以点G为圆心以L(1)为半径的圆与所述轮廓线的交点P，获取以点G为圆心以L(M)为半径的圆与所述轮廓线的交点Q，得到角PGQ记为第二夹角；
所述判断模块用于判断所述第一夹角和所述第二夹角的差值是否小于一预设阈值，若是则调用所述提取模块，若否则调用所述调整模块；
所述调整模块用于调整所述L(i)为原来的a倍，所述a为一预设正系数，调用所述点G获取模块；
所述提取模块用于提取点集B中所述点P至所述点Q之间的点为所述待开刃刀具的开刃线。
2.如权利要求1所述的刀具的开刃系统，其特征在于，所述开刃系统还包括摄像头，所述摄像头与所述处理器电连接，所述摄像头用于采集所述待开刃刀具的图像并将所述图像发送至所述处理器。
3.如权利要求1所述的刀具的开刃系统，其特征在于，所述处理器还用于将进刀线和退刀线加入工件坐标系下的开刃线，并将加入了所述进刀线和所述退刀线的工件坐标系下的开刃线转换为所述机器人加工时的运动轨迹。
4.如权利要求1所述的刀具的开刃系统，其特征在于，所述轮廓线获取模块采用边缘检测算法对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线。
5.一种刀具的开刃方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取待开刃刀具的图像；
S2、对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线；
S3、将所述轮廓线与刀具的样本开刃线进行匹配，以得到所述待开刃刀具的开刃线；
S4、将所述待开刃刀具的开刃线转换为工件坐标系下的开刃线；
S5、将工件坐标系下的开刃线转换为机器人加工时的运动轨迹；
S6、控制所述机器人按所述运动轨迹运动，以实现所述待开刃刀具在砂轮上开刃；
所述轮廓线表示为个数为N的点集B，所述样本开刃线表示为个数为M的点集A，N大于M，步骤S3包括以下步骤：
S31、设定一原点，对点集A中的每一点求出到所述原点的距离，第i个点到原点的距离记为L(i)，i∈[1，M]；获取点集A中第一个点到所述原点的线段与最后一个点到所述原点的线段的夹角记为第一夹角；
S32、分别以点集B中每个点为圆心以L(i)为半径画圆，找到一个点G，使得经过所述点G的圆最多；
S33、获取以点G为圆心以L(1)为半径的圆与所述轮廓线的交点P，获取以点G为圆心以L(M)为半径的圆与所述轮廓线的交点Q，得到角PGQ记为第二夹角；
S34、判断所述第一夹角和所述第二夹角的差值是否小于一预设阈值，若是则执行步骤S36，若否则执行步骤S35；
S35、调整所述L(i)为原来的a倍，所述a为一预设正系数，执行步骤S32；
S36、提取点集B中所述点P至所述点Q之间的点为所述待开刃刀具的开刃线。
6.如权利要求5所述的刀具的开刃方法，其特征在于，步骤S1中使用摄像头获取所述待开刃刀具的图像。
7.如权利要求5所述的刀具的开刃方法，其特征在于，步骤S5包括以下步骤：
S51、将进刀线和退刀线加入所述工件坐标系下的开刃线；
S52、将加入了所述进刀线和所述退刀线的工件坐标系下的开刃线转换为所述机器人加工时的运动轨迹。
8.如权利要求5所述的刀具的开刃方法，其特征在于，步骤S2中采用边缘检测算法对所述图像进行处理以获取所述待开刃刀具的轮廓线。
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