CN110861217A - 一种石材切割机器人自由排版切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石材切割机器人自由排版切割方法，包括如下步骤：（1）图像采集与校正；（2）排版区域与初始点选择；（3）读取订单；（4）排版模式选择；（5）设置坏区；（6）排版方案优化；（7）排版结束；（8）石板贴标；（9）自动切割；（10）信息统计。本发明通过图像采集、校正、石板轮廓提取、视觉测量代替了人工测量石板的尺寸；用自由或自动排版算法代替人工排版，提高了排版效率和石材利用率；订单自动加载解析、排版、切割全过程自动记录取代了人工用纸笔记录，能实时查看订单完成情况、历史排版记录、切割石板数量、面积、总利用率等，生产过程可回溯；自动完成切割样板的贴标，便于仓储、运维管理。

Description

一种石材切割机器人自由排版切割方法

技术领域

本发明涉及石材切割，确切地说是一种石材切割机器人自由排版切割方法。

背景技术

目前传统的石板切割是采用人工排版的方法，利用石材切割机切割石材之前，需要人工测量石材尺寸，然后根据实际加工要求，人工制定排版方案和切割方案，以满足形状和大小等的不同需求，保证整个石材的高利用率。在此过程中，费时费力，且精度较低、容易出现人为误差，从而使得排版和切割方案往往不能达到最优。

申请号：CN201610591893.0的中国发明专利，公开了一种基于机器视觉的智能石材切割方法，其可以在一定程度上提高精度，减小误差，但其存在以下技术问题：

（1）图像校正采用了大画幅的棋盘格标定板，大型标定板的制作很难保证高精度，制作成本高，安装难度大；

（2）在光线不足的环境中，或者石板与底台非常接近时，难以准确提取石板轮廓，使用轮廓修正，费时费力的同时，也无法完全保证轮廓提取精度；

（3）在加工现场有些加工订单比较特殊，或者石板的形状比较特别，使用自动排版算法无法满足排版要求；

（4）如果出现断电或死机等特殊情况，重新开机后，没有断点续切功能；

（5）没有对切割样板做标签，不利于后期的仓储和运维管理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种石材切割机器人自由排版切割方法，该方法可实现简便的高精度相机标定，自动、手动两种轮廓提取模式，自由、自动两种排版模式，样板标签打印，吸盘辅助全自动化切割以及断点续切功能，减少对人工的依赖，提高切割效率和石材利用率，节省人力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：

一种石材切割机器人自由排版切割方法，包括如下步骤：

（1）图像采集与校正：在线下完成镜头的畸变校正，在现场的工作底台上黏贴若干标志点，使用切割机器人标定标志点的坐标，控制切割机器人运动到预定的位置拍照，提取标志点图像坐标，完成切割平台的测量参数计算，控制切割机器人到达预先设定的拍照位置，利用相机获取石板图像，对原始图像进行校正，计算正视图，提取石板轮廓，在线实时完成石板的测量和定位；

（2）排版区域与初始点选择：根据石板轮廓确定排版范围和排版起始点，轮廓提取具有自动轮廓提取和手动轮廓提取两种模式，当无法正常提取石板轮廓时，可在图像上沿石板轮廓顺时针或逆时针手动选取若干点，由若干点组成的多边形即为石板轮廓；

（3）读取订单：读取待加工的订单，完成订单解析，按照石板材料、安装位置、规格尺寸、石板厚度信息进行分类和排序；

（4）排版模式选择：选择横向排版或纵向排版；

（5）设置坏区：若石料有不可用区域便可设置新建该区域为条块坏区，排版时自动跳过；

（6）排版方案优化：比较当前排版结果是否优于前一次排版结果，记录最优的排版结果，返回步骤二执行；

（7）排版结束：排版方案遍历完毕，获取最终排版结果，排版结束；

（8）石板贴标：切割前对每一个规格进行自动贴标，条形码、二维码，标签内容包括长宽尺寸、位置编码信息；

（9）自动切割：采用“三阶段刀路切割法”完成自动切割，切割过程中由吸盘自动完成石板移动，切割过程中对切割路线实现跟踪显示，实时统计并记录切割完成信息，完全自动化、可视化；

（10）信息统计：更新订单信息、记录排版切割信息，使生产过程可回溯。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

本发明解决了现有技术存在的以下问题：

（1）在线下完成镜头的畸变校正，在现场的工作底台上黏贴若干标志点，使用切割机器人标定标志点的坐标，控制切割机器人运动到预定的位置拍照，提取标志点图像坐标，完成切割平台的测量参数计算，控制切割机器人到达预先设定的拍照位置，利用相机获取石板图像，对原始图像进行校正，计算正视图，提取石板轮廓，在线实时完成石板的测量和定位；避免了采用了大画幅的棋盘格标定板，大型标定板的制作很难保证高精度，制作成本高，安装难度大问题。

（2）根据石板轮廓确定排版范围和排版起始点，轮廓提取具有自动轮廓提取和手动轮廓提取两种模式，当无法正常提取石板轮廓时，可在图像上沿石板轮廓顺时针或逆时针手动选取若干点，由若干点组成的多边形即为石板轮廓，保证轮廓提取精度；

（3）通过排版模式选择、设置坏区及排版方案优化的方式获取最终排版结果，可以很好地满足各种特殊情况下的排版需求；

（4）切割过程中对切割路线实现跟踪显示，实时统计并记录切割完成信息，如果出现断电或死机等特殊情况，来电重新开机后，系统可以根据记录的切割信息，继续完成未完成的切割，而不是重新拍照，排版、切割，从而实现断点续切功能；

（5）切割前对每一个规格进行自动贴标，条形码、二维码，标签内容包含了长宽尺寸、位置编码信息，方便后期的仓储、运维管理和建筑安装。

本发明的方法可实现简便的高精度相机标定，自动、手动两种轮廓提取模式，自由、自动两种排版模式，样板标签打印，吸盘辅助全自动化切割以及断点续切功能，减少对人工的依赖，提高切割效率和石材利用率，节省人力。

进一步的优选技术方案如下：

步骤（1）中，若石板轮廓有局部边缘识别不准，进行轮廓修正，若无法正常获取轮廓时，则通过人工辅助确定石板的轮廓。

通过人工辅助，可以解决昏暗环境或石板与底台背景颜色、纹理相似时而导致的石板轮廓无法识别的问题。

步骤（2）中以石板轮廓的最大内接矩形的左上角点为基准，进行排版，最大内接矩形与轮廓的间隙区域再次利用最大内接矩形选取起始点排版，依次迭代，最终获取最优排版结果。

通过上述步骤，排版时没有完全按照石板轮廓遍历所有排版情况，而是在石板轮廓的最大内接矩形内排版，然后再用同样的排版策略填充最大内接矩形和轮廓间的空隙，这样可以大大减少排版用时，提高了排版效率，高效地确定出最优排版结果。

所述的步骤（5）坏区依位置划分，包括条板间的坏区和条板内的坏区。

通过划分条板间的坏区和条板内的坏区，可以帮助工人在自由排版模式下更加高效、快速的避让石板裂纹或凹坑等不可用区域。

所述的步骤（5）坏区以形状划分，包括矩形坏区、圆形坏区、多边形坏区和线状坏区。

若石板有裂纹或凹坑的不可用区域需要避让，支持多种类型的坏区，通过以形状划分矩形坏区、圆形坏区、多边形坏区和线状坏区，可以在自动排版模式下，更加准确地避让石板裂纹或凹坑等不可用区域。

附图说明

图1为本发明实施例的排版流程示意图；

图2为本发明实施例的切割流程示意图；

图3为本发明实施例的功能示意图；

图4为本发明的横向排版示意图；

图5为本发明的纵向排版示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明。

如图1-图5所示，本发明的一种石材切割机器人自由排版切割方法，包括如下步骤：

步骤一：图像采集与校正，镜头畸变系数计算和摄影测量：在线下完成镜头的畸变校正，在现场的工作底台上黏贴若干标志点，使用切割机器人标定标志点的坐标，控制切割机器人运动到预定的位置拍照，完成摄影测量，优选采用普通的棋盘格标定板标定相机，采用9个标志点完成摄影测量；图像畸变校正和摄影测量完成后，利用工业相机获取石板图像，对原始图像进行校正，计算正视图，提取石板轮廓，在线实时完成石板的测量和定位；

步骤二：排版区域与初始点选择，以石板轮廓2为排版范围，或者手动选取排版范围1，确定石板排版起始点3；

步骤三：读取订单，读取待加工的订单，完成订单解析，按照石板材料、安装位置、规格尺寸、石板厚度等信息进行分类和排序；

步骤四：排版模式选择，选择横向排版或纵向排版，横向排版的条板4是横向的，纵向排版的条板11是纵向的；

步骤五：设置坏区，若石料有不可用区域便可设置新建该区域为条块坏区，排版时自动跳过。坏区分两种类型：条板间的坏区9和条板内的坏区10；

步骤六：排版方案优化，比较当前排版结果是否优于前一次排版结果，记录最优的排版结果，返回步骤二执行；具体地，利用基于条板带排版策略排版，获取最优排版结果，以横向排版为例，叙述“条板带排版策略”排版法：①以起始点3为排版起始点放置块5，起始点3位块5的左上角点；②以块5的右上角点或右下角点为参考点放置块6，以块6的右上角点或右下角点为参考点放置块7，放置的块不能超出轮廓范围，以此类推，完成条板带4的排版；③采用步骤②，完成整个石板区域内的排版；④修改排版起始点，返回步骤①执行；

步骤七：排版结束，排版方案遍历完毕，获取最终排版结果，排版结束；

步骤八：石板贴标，控制安装有标签机的切割切割机器人对每一个规格进行自动贴标，标签内容包括：条形码、二维码、内容描述，其中包含了长宽尺寸、位置编码信息；

步骤九：自动切割，采用“三阶段刀路切割法”完成自动切割，切割过程中由吸盘自动完成石板移动，切割过程中对切割路线实现跟踪显示，实时统计并记录切割完成信息，完全自动化、可视化；以横向排版为例，叙述“三阶段刀路”自动切割法：①沿A1和A2两条切割线路完成切割（第一阶段，横切刀路），横向条板4被分离；②吸盘吸取横向条板4，向上移动预设的安全距离，与下方石板隔离；③沿B1,B2,B3,B4,B5切割线路完成切割（第二阶段，纵向切刀路），块5和6完成切割，吸盘将块5和6吸取并移动至样板存放区域；④吸盘吸取块7，并向左移动预设的安全距离，沿平移后的C1刀路切割（第三阶段，横切刀路），块7完成切割，吸盘将块7吸取并移动至样板存放区域，切割机器人沿C2切割线切割（第三阶段，横切刀路），块8完成切割，吸盘将块8吸取并移动至样板存放区域，至此，横向条板4切割完毕；在步骤九自动切割的过程中，自动记录切割流程，以备断电或死机等突发情况发生时可完成断点续切；

步骤十：信息统计，切割完毕后，更新订单信息、记录排版切割信息等，使生产过程可回溯。

综上所述，本发明不仅兼容传统石材切割机的工作模式，还通过图像采集、校正、石板轮廓提取、视觉测量代替了人工测量石板的尺寸；用自由或自动排版算法代替人工排版，提高了排版效率和石材利用率；订单自动加载解析、排版、切割全过程自动记录取代了人工用纸笔记录，能实时查看订单完成情况、历史排版记录、切割石板数量、面积、总利用率等，生产过程可回溯；自动完成切割样板的贴标，便于仓储、运维管理。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“横向条板”、“纵向条板”、“块”、“条板坏区”、“块坏区”、“条板带排版”、“三阶段切割”等仅是为了便于描述本发明和简化描述，不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种石材切割机器人自由排版切割方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）图像采集与校正：控制切割机器人到达预先设定的拍照位置，利用相机获取石板图像，对原始图像进行校正，计算正视图，提取石板轮廓，在线实时完成石板的测量和定位；

（2）排版区域与初始点选择：根据石板轮廓确定排版范围和排版起始点；

（3）读取订单：读取待加工的订单，完成订单解析，按照石板材料、安装位置、规格尺寸、石板厚度信息进行分类和排序；

（4）排版模式选择：选择横向排版或纵向排版；

（5）设置坏区：若石料有不可用区域便可设置新建该区域为条块坏区，排版时自动跳过；

（6）排版方案优化：比较当前排版结果是否优于前一次排版结果，记录最优的排版结果，返回步骤二执行；

（7）排版结束：排版方案遍历完毕，获取最终排版结果，排版结束；

（8）石板贴标：切割前对每一个规格进行自动贴标，条形码、二维码，标签内容包括长宽尺寸、位置编码信息；

（9）自动切割：采用“三阶段刀路切割法”完成自动切割，切割过程中由吸盘自动完成石板移动，切割过程中对切割路线实现跟踪显示，实时统计并记录切割完成信息，完全自动化、可视化；

（10）信息统计：更新订单信息、记录排版切割信息，使生产过程可回溯。

2.根据权利要求1所述的石材切割机器人自由排版切割方法，其特征在于：步骤（1）中，若石板轮廓有局部边缘识别不准，进行轮廓修正，若无法正常获取轮廓时，则通过人工辅助确定石板的轮廓。

3.根据权利要求1所述的石材切割机器人自由排版切割方法，其特征在于：步骤（2）中以石板轮廓的最大内接矩形的左上角点为基准，进行排版，最大内接矩形与轮廓的间隙区域再次利用最大内接矩形选取起始点排版，依次迭代，最终获取最优排版结果。

4.根据权利要求1所述的石材切割机器人自由排版切割方法，其特征在于：所述的步骤（5）坏区依位置划分，包括条板间的坏区和条板内的坏区。

5.根据权利要求1所述的石材切割机器人自由排版切割方法，其特征在于：所述的步骤（5）坏区以形状划分，包括矩形坏区、圆形坏区、多边形坏区和线状坏区。

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