CN113878592B - 基于激光寻位的工件切割方法、装置及切割机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于激光寻位的工件切割方法、装置及切割机器人，所述方法包括：从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；基于各目标扫描点位，在工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在工件上对应的寻位点坐标；基于各寻位点坐标，生成重构图像；基于重构图像，以及工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于切割点坐标对工件进行切割。本发明不仅可以免去人工示教的过程，提高切割的效率，而且可以避免切割产生的火花与飞溅造成的干扰，提高激光寻位的精度。此外，本发明还可以根据工件的轮廓细节信息准确确定切割点坐标，进而提高切割的精度。

Description

基于激光寻位的工件切割方法、装置及切割机器人

技术领域

本发明涉及激光寻位加工技术领域，尤其涉及一种基于激光寻位的工件切割方法、装置及切割机器人。

背景技术

目前，在对工件进行切割时，如对工件进行坡口加工时，多采用人工示教和接触式寻位的方式来对工件进行切割，但在接触寻位切割时，对复杂的异形工件人工示教点位太多，耗时久，出错率较高，而且该方法对工件表面洁净度和上料位置误差要求较高，存在撞切割枪风险。此外，边扫描边切割的过程中产生的火光与飞溅对激光寻位干扰太大，容易造成寻位数据处理错误，造成切割报废的问题。

发明内容

本发明提供一种基于激光寻位的工件切割方法、装置及切割机器人，用以解决现有技术中对复杂的异形工件切割效率较低且出错率较高的缺陷。

本发明提供一种基于激光寻位的工件切割方法，包括：

从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；

基于各目标扫描点位，在所述工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在所述工件上对应的寻位点坐标；

基于各寻位点坐标，生成重构图像；

基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于所述切割点坐标对所述工件进行切割。

根据本发明提供的一种基于激光寻位的工件切割方法，所述基于各寻位点坐标，生成重构图像，包括：

基于各寻位点的排列顺序，从各寻位点中确定一个寻位点作为所述当前寻位点的配对点，并将所述当前寻位点与所述配对点连线，得到重构线；

基于各寻位点坐标，确定重构坐标系，并确定所述重构坐标系下每相邻两个重构线的交点坐标；

基于各交点坐标，生成所述重构图像。

根据本发明提供的一种基于激光寻位的工件切割方法，所述基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，包括：

在所述重构图像与所述轮廓模板匹配成功后，获取所述轮廓模板在所述重构坐标系下的各轮廓点坐标；

对所述轮廓模板进行分割，以分割点对应的轮廓点坐标作为所述切割点坐标。

根据本发明提供的一种基于激光寻位的工件切割方法，所述在所述工件上进行激光寻位，包括：

对激光轮廓传感器进行手眼标定后，通过所述激光轮廓传感器在所述工件上进行激光寻位。

根据本发明提供的一种基于激光寻位的工件切割方法，所述基于所述切割点坐标对所述工件进行切割，包括：

基于所述切割点坐标，确定切割位姿，并将所述切割位姿发送至切割机器人的执行机构，以使所述执行机构对所述工件进行切割。

本发明还提供一种基于激光寻位的工件切割装置，包括：

确定单元，用于从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；

寻位单元，用于基于各目标扫描点位，在所述工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在所述工件上对应的寻位点坐标；

生成单元，用于基于各寻位点坐标，生成重构图像；

切割单元，用于基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于所述切割点坐标对所述工件进行切割。

本发明还提供一种切割机器人，包括：如上所述的基于激光寻位的工件切割装置。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述基于激光寻位的工件切割方法的步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于激光寻位的工件切割方法的步骤。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于激光寻位的工件切割方法的步骤。

本发明提供的基于激光寻位的工件切割方法、装置及切割机器人，利用工程图纸自动生成多个目标扫描点位，从而可以免去人工示教的过程，提高切割的效率。基于工程图纸确定的目标扫描点位在工件上进行激光寻位，而不需要在切割前进行接触寻位，且本发明是先进行激光扫描寻位后再进行切割，从而可以避免切割产生的火花与飞溅造成的干扰，提高激光寻位的精度。此外，本发明实施例基于重构图像，以及工件的轮廓模板，确定切割点坐标，由于轮廓模板能够准确表征工件轮廓细节信息，从而可以根据工件的轮廓细节信息准确确定切割点坐标，进而提高切割的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于激光寻位的工件切割方法的流程示意图；

图2是本发明提供的又一基于激光寻位的工件切割方法的流程示意图；

图3是本发明提供的重构图像生成方法的流程示意图；

图4是本发明提供的切割点确定方法的流程示意图；

图5是本发明提供的基于激光寻位的工件切割装置的结构示意图；

图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，在对工件进行切割时，如对工件进行坡口加工时，多采用人工示教和接触式寻位的方式来对工件进行切割，但在接触寻位切割时，对于复杂的异形工件人工示教点位太多，耗时久，出错率较高，而且该方法对工件表面洁净度和上料位置误差要求较高，存在撞切割枪风险。此外，边激光扫描寻位边切割过程中产生的火光与飞溅对激光寻位干扰太大，容易造成寻位数据处理错误，造成切割报废的问题。

对此，本发明提供一种基于激光寻位的工件切割方法。图1是本发明提供的基于激光寻位的工件切割方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤110、从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位。

此处，工件指待切割的工件，该工件既可以为形状规则的工件，也可以为形状复杂的异形工件，本发明实施例对此不作具体限定。工件的工程图纸用于表征工件的外形尺寸信息，工程图纸可以为工件的CAD图纸，如dwg文件、dxf文件、dwt文件、dwf文件等。

在获取工件的工程图纸后，可以将工程图纸进行坐标映射，然后利用工程图纸自动生成多个目标扫描点位，从而可以免去人工示教的过程，提高切割的效率。其中，目标扫描点位可以指工程图纸中对应的工件的轮廓点，从而后续可以通过激光轮廓传感器从工件上精确寻位到对应的目标扫描点位。

步骤120、基于各目标扫描点位，在工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在工件上对应的寻位点坐标。

具体地，由于工件置于切割工作台上后，可能无法保证精确放置在切割区域内，例如工件的中心原本应与切割区域的中心重合，但由于放置误差，工件的中心相较于切割区域的中心发生了偏移，此时若以工程图纸中的坐标进行切割，则可能会存在误差导致误切割。

因此，在工程图纸上确定目标扫描点位后，可以通过激光轮廓传感器在工件上进行激光寻位，从而得到各目标扫描点位在工件上对应的寻位点以及寻位点坐标，从而可以在工件存在放置偏差时，能够精确获取工件的寻位点坐标。

需要说明的是，相较于一边激光扫描一边切割时易受切割过程中产生的火花与飞溅影响造成寻位数据错误，本发明实施例基于各目标扫描点位在工件上进行激光寻位，也即本发明实施例不是在切割过程中进行接触寻位，而是通过工程图纸确定的目标扫描点进行激光寻位后，再做相应数据处理后进行切割，从而可以避免切割产生的火花与飞溅造成的干扰，提高激光寻位的精度。

步骤130、基于各寻位点坐标，生成重构图像。

具体地，在得到各寻位点坐标后，可以将各寻位点进行连线，得到重构图像，也可以将各寻位点进行配对，并将配对的两个寻位点进行连线，然后以连线的交点确定重构图像。

需要说明的是，由于各寻位点坐标用于表征工件的实际位置，因此基于各寻位点坐标生成的重构图像，也包含有工件的实际位置信息。

步骤140、基于重构图像，以及工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于切割点坐标对工件进行切割。

具体地，由于重构图像是基于各寻位点坐标得到的，因此重构图像可能存在无法准确表征工件轮廓细节信息的部分。例如，若重构图像是对各寻位点进行连线得到的，那么对于工件中存在弧线的部分，重构图像中是以直线进行表示的。

因此，为了进一步提高工件切割的精度，本发明实施例结合了能够准确表征工件轮廓细节信息的轮廓模板确定切割点坐标，例如可以将重构图像与工件的轮廓模板进行匹配，在匹配重合后，对工件的轮廓模板进行切割，得到切割点，然后通过重构图像对应的坐标系可以确定切割点对应的坐标，即切割点坐标，从而能够准确基于切割点坐标对工件进行切割。可以理解的是，在对工件进行切割时，可以采用等离子切割方式，也可以采用激光切割方式，本发明实施例对此不作具体限定

如图2所示，基于工程图纸自动生成目标扫描点，然后基于目标扫描点进行激光寻位，在成功获取寻位点坐标后，得到重构图像，并在重构图像与轮廓模板匹配成功后，进行轮廓分割，得到切割点坐标。

本发明实施例提供的基于激光寻位的工件切割方法，利用工程图纸自动生成多个目标扫描点位，从而可以免去人工示教的过程，提高切割的效率。基于工程图纸确定的目标扫描点位在工件上进行激光寻位，而不需要在切割过程中进行激光扫描寻位，且本发明实施例是先进行激光扫描寻位后再进行切割，从而可以避免工件切割过程中产生的火花与飞溅造成的干扰，提高激光寻位的精度。此外，本发明实施例基于重构图像，以及工件的轮廓模板，确定切割点坐标，由于轮廓模板能够准确表征工件轮廓细节信息，从而可以根据工件的轮廓细节信息准确确定切割点坐标，进而提高切割的精度。

基于上述实施例，基于各寻位点坐标，生成重构图像，包括：

基于各寻位点的排列顺序，从各寻位点中确定一个寻位点作为当前寻位点的配对点，并将当前寻位点与配对点连线，得到重构线；

基于各寻位点坐标，确定重构坐标系，并确定重构坐标系下每相邻两个重构线的交点坐标；

基于各交点坐标，生成重构图像。

具体地，当前寻位点位工件的轮廓点，在生成重构图像时，需要确定当前寻位点对应的配对点，而该配对点是基于各寻位点的排列顺序从各寻位点中选取的一个寻位点。在确定配对点后，将当前寻位点与配对点连线，得到重构线。

在得到所有重构线后，确定每相邻两个重构线的交点坐标，并将每相邻两个交点连线，得到重构图像。需要说明的是，由于各寻位点坐标用于表征工件的实际位置，因此基于各寻位点坐标生成的重构图像，也包含有工件的实际位置信息。

例如，若存在①②③④⑤⑥按顺序排列的六个寻位点，则①的配对点为②，③的配对点为④，⑤的配对点为⑥，从而可以基于①②连线与③④连线的交点、③④连线与⑤⑥连线的交点以及⑤⑥连线与①②连线的交点，确定重构图像。

基于上述任一实施例，基于重构图像，以及工件的轮廓模板，确定切割点坐标，包括：

在重构图像与轮廓模板匹配成功后，获取轮廓模板在重构坐标系下的各轮廓点坐标；

对轮廓模板进行分割，以分割点对应的轮廓点坐标作为切割点坐标。

具体地，在生成重构图像后，可以将重构图像与轮廓模板进行匹配，使得重构图像中的各直线与轮廓模板中对应的直线重合。可选地，可以首先将重构图像与轮廓模板进行模糊匹配后，再进行精准匹配，直至重构图像中的轮廓与轮廓模板中的轮廓重合。

如图3所示，在得到所有寻位点坐标后，按顺序依次连成重构线，得到交点，并生成重构图像，然后先将重构图像中的一个直角边与轮廓模板中对应的直角边重合(即模糊匹配)，在此基础上，调整重构图像或轮廓模板的方向(精准匹配)，使得重构图像中的各直线与轮廓模板中对应的直线重合，确定轮廓模板中各轮廓点在重构坐标系下的位置。

如图4所示，在重构图像与轮廓模板匹配成功后，获取轮廓模板在重构坐标系下的各轮廓点坐标，对轮廓模板进行分割，如将轮廓模板分割为多个弧线和多个直线，得到交点和特征点坐标值，以分割点对应的轮廓点坐标作为切割点坐标。

基于上述任一实施例，在工件上进行激光寻位，包括：

对激光轮廓传感器进行手眼标定后，通过激光轮廓传感器在工件上进行激光寻位。

需要说明的是，传统方法中进行激光寻位时是通过图像识别定位寻位点，此种方法对工件表面的洁净度要求较高，若工件表面存在杂质，则会影响图像识别的结果。

因此，本发明实施例在对激光轮廓传感器进行手眼标定后，通过激光轮廓传感器在工件上进行定位，从而在工件表面存在杂质时仍可以精确进行激光寻位，进而提高切割的精度。

基于上述任一实施例，基于切割点坐标对工件进行切割，包括：

基于切割点坐标，确定切割位姿，并将切割位姿发送至切割机器人的执行机构，以使执行机构对工件进行切割。

具体地，在获取切割点坐标后，可以对切割点坐标进行位姿转换(如偏移)，得到切割位姿，从而切割机器人的执行机构在获取切割位姿后，可以对工件进行切割。

下面对本发明提供的工件切割装置进行描述，下文描述的基于激光寻位的工件切割装置与上文描述的基于激光寻位的工件切割方法可相互对应参照。

基于上述任一实施例，本发明提供一种基于激光寻位的工件切割装置，如图5所示，该装置包括：

确定单元510，用于从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；

寻位单元520，用于基于各目标扫描点位，在工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在工件上对应的寻位点坐标；

生成单元530，用于基于各寻位点坐标，生成重构图像；

切割单元540，用于基于重构图像，以及工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于切割点坐标对工件进行切割。

基于上述任一实施例，所述生成单元530，包括：

配对单元，用于基于各寻位点的排列顺序，从各寻位点中确定一个寻位点作为所述当前寻位点的配对点，并将所述当前寻位点与所述配对点连线，得到重构线；

重构单元，用于基于各寻位点坐标，确定重构坐标系，并确定所述重构坐标系下每相邻两个重构线的交点坐标；

生成子单元单元，用于基于各交点坐标，生成所述重构图像。

基于上述任一实施例，所述切割单元540，包括：

获取单元，用于在所述重构图像与所述轮廓模板匹配成功后，获取所述轮廓模板在所述重构坐标系下的各轮廓点坐标；

分割单元，用于对所述轮廓模板进行分割，以分割点对应的轮廓点坐标作为所述切割点坐标。

基于上述任一实施例，所述寻位单元520，用于：

对激光轮廓传感器进行手眼标定后，通过所述激光轮廓传感器在所述工件上进行激光寻位。

基于上述任一实施例，所述切割单元540，用于：

基于所述切割点坐标，确定切割位姿，并将所述切割位姿发送至切割机器人的执行机构，以使所述执行机构对所述工件进行切割。

基于上述任一实施例，本发明提供一种切割机器人，包括：如上任一实施例所述的工件切割装置。

具体地，本发明实施例利用工程图纸自动生成多个目标扫描点位，从而可以免去人工示教的过程，提高切割的效率。基于工程图纸确定的目标扫描点位在工件上进行激光寻位，而不需要在工件切割过程中进行寻位，从而可以避免切割产生的火花与飞溅造成的干扰，提高激光寻位的精度。此外，本发明实施例基于重构图像，以及工件的轮廓模板，确定切割点坐标，由于轮廓模板能够准确表征工件轮廓细节信息，从而可以根据工件的轮廓细节信息准确确定切割点坐标，进而提高切割的精度。

图6是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行基于激光寻位的工件切割方法，该方法包括：从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；基于各目标扫描点位，在所述工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在所述工件上对应的寻位点坐标；基于各寻位点坐标，生成重构图像；基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于所述切割点坐标对所述工件进行切割。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于激光寻位的工件切割方法，该方法包括：从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；基于各目标扫描点位，在所述工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在所述工件上对应的寻位点坐标；基于各寻位点坐标，生成重构图像；基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于所述切割点坐标对所述工件进行切割。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的基于激光寻位的工件切割方法，该方法包括：从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；基于各目标扫描点位，在所述工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在所述工件上对应的寻位点坐标；基于各寻位点坐标，生成重构图像；基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于所述切割点坐标对所述工件进行切割。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于激光寻位的工件切割方法，其特征在于，包括：

从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；

基于各目标扫描点位，在所述工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在所述工件上对应的寻位点坐标；

基于各寻位点坐标，生成重构图像；

基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于所述切割点坐标对所述工件进行切割；

所述基于各寻位点坐标，生成重构图像，包括：

基于各寻位点的排列顺序，从各寻位点中确定一个寻位点作为当前寻位点的配对点，并将所述当前寻位点与所述配对点连线，得到重构线；

基于各寻位点坐标，确定重构坐标系，并确定所述重构坐标系下每相邻两个重构线的交点坐标；

基于各交点坐标，生成所述重构图像。

2.根据权利要求1所述的基于激光寻位的工件切割方法，其特征在于，所述基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，包括：

在所述重构图像与所述轮廓模板匹配成功后，获取所述轮廓模板在所述重构坐标系下的各轮廓点坐标；

对所述轮廓模板进行分割，以分割点对应的轮廓点坐标作为所述切割点坐标。

3.根据权利要求1至2任一项所述的基于激光寻位的工件切割方法，其特征在于，所述在所述工件上进行激光寻位，包括：

对激光轮廓传感器进行手眼标定后，通过所述激光轮廓传感器在所述工件上进行激光寻位。

4.根据权利要求1至2任一项所述的基于激光寻位的工件切割方法，其特征在于，所述基于所述切割点坐标对所述工件进行切割，包括：

基于所述切割点坐标，确定切割位姿，并将所述切割位姿发送至切割机器人的执行机构，以使所述执行机构对所述工件进行切割。

5.一种基于激光寻位的工件切割装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于从工件的工程图纸上确定多个目标扫描点位；

寻位单元，用于基于各目标扫描点位，在所述工件上进行激光寻位，确定各目标扫描点位在所述工件上对应的寻位点坐标；

生成单元，用于基于各寻位点坐标，生成重构图像；

切割单元，用于基于所述重构图像，以及所述工件的轮廓模板，确定切割点坐标，并基于所述切割点坐标对所述工件进行切割；

所述生成单元，包括：

配对单元，用于基于各寻位点的排列顺序，从各寻位点中确定一个寻位点作为当前寻位点的配对点，并将所述当前寻位点与所述配对点连线，得到重构线；

重构单元，用于基于各寻位点坐标，确定重构坐标系，并确定所述重构坐标系下每相邻两个重构线的交点坐标；

生成子单元，用于基于各交点坐标，生成所述重构图像。

6.一种切割机器人，其特征在于，包括：如权利要求5所述的基于激光寻位的工件切割装置。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述基于激光寻位的工件切割方法的步骤。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述基于激光寻位的工件切割方法的步骤。

9.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述基于激光寻位的工件切割方法的步骤。

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