CN115056074A - 一种基于机器视觉的钢管端部余料加工装置 - Google Patents

Abstract

本发涉及钢管加工领域，尤其涉及一种基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，包括打磨装置，第一图像采集装置和包括用于存储预先设置的钢管余料加工目标图像的图像存储单元，由图像存储单元和第一图像采集装置连接的用以对钢管余料加工目标图像和钢管余量加工端图像进行分析的图像分析单元，与图像分析单元、第一图像采集装置以及打磨装置连接的，用以控制图像采集角度和控制打磨装置完成钢管余料打磨加工的自动化控制单元，以及获取输入钢管硬度参数的数据获取单元组成的数据处理模块，数据处理模块可通过图像分析单元分析余料端加工目标图像生成加工打磨轨迹，在加工过程中对打磨转速进行调控，提高了钢管余料加工过程中的精度。

Description

一种基于机器视觉的钢管端部余料加工装置

技术领域

本发涉及钢管加工领域，尤其涉及一种基于机器视觉的钢管端部余料加工装置。

背景技术

随着工程机械等领域对钢管的更高要求，高精度、高性能冷拔钢管开始大量应用。采用常规方法对钢管进行冷拔时，由于冷拔时需对钢管的一端部分用夹钳进行固定，此段钢管在冷拔后尺寸就会产生变化，而且形状还会改变，此段材料将作为废料进行切除，造成一定的料损。特别是已经锯切至目标长度的钢管，若发现尺寸或形状问题需要修复，由于钢管无余量可以损耗，往往需要改制成较短的长度或其他规格，进而造成了一定损失。

中国专利公开号：CN108356098A公开了一种不锈钢管端部加工设备，包括用于对不锈钢管两端进行整形的整形机，用于对不锈钢管两端进行去毛刺的去毛刺机，以及用于把整形后的不锈钢管从整形机转运到去毛刺机的转运机；所述整形机包括第一机架、移动储料装置、自动送料装置、整形装置；所述去毛刺机包括第二机架、第一传输带、打磨机；所述转运机能够把不锈钢管从移动储料装置转运到第一传输带上。虽然该实施例提供的不锈钢管端部加工设备整形和去毛刺效果好，但是其中要用途还是解决的是用于对不锈钢管两端进行去毛刺处理，对于钢管端部精准整形的效果仍然有待提高。

由此可见，所述钢管端部加工装置，存在以下问题：

1、在对钢管端部进行成型加工过程中，加工精度不高导致成品端部成型合格率降低。

2、在对钢管端部进行成型加工过程中，在尺寸或形状不合格需要修复时，由于钢管无余量可以损耗，进而增大了余料产生的比例。

发明内容

为此，本发明提供一种基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，用以克服现有技术中对钢管端部成形加工精确度低，且在成形加工精确不达标时没有修复空间余量，增大了余料产生风险的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，包括：

打磨装置，其设置在所述钢管支架的一侧，该打磨装置用以对所述待加工钢管余料进行打磨加工；

第一图像采集装置，其安装在打磨装置的上部端面，该第一图像采集装置用以采集钢管余料加工端图像；

数据处理模块，其包括用于存储预先设置的钢管余料加工目标图像的图像存储单元，与图像存储单元和第一图像采集装置连接的用以对钢管余料加工目标图像和钢管余量加工端图像进行分析的图像分析单元，与图像分析单元、第一图像采集装置以及打磨装置连接的，用以控制图像采集角度和控制打磨装置完成钢管余料打磨加工的自动化控制单元，以及获取输入钢管硬度参数的数据获取单元；

数据处理模块通过所述图像分析单元以钢管余料加工目标图像的中心点为坐标原点，构建钢管余料加工目标图像的三维坐标系，并通过该三维坐标系确定钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai（xi，yi，zi），在确定余料加工打磨轨迹坐标后，自动化控制单元控制打磨装置完成钢管余料加工打磨工作，设定i=1～n。

进一步地，所述图像分析单元通过所述数据获取单元获取待加工钢管余料的钢管硬度D，并与预设钢管硬度进行对比，确定钢管余料加工的难度等级，

其中所述数据处理模块设置第一预设钢管硬度D1、第二预设钢管硬度D2、第一钢管余料加工难度等级S1、第二钢管余料加工难度等级S2、第三钢管余料加工难度等级S3，其中D1＜D2，设定S1＜S2＜S3，

若D＜D1，所述图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S1；

若D1≤D＜D2，所述图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S2；

若D2≤D，所述图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S3。

进一步地，所述自动化控制单元预设有打磨转速V1，在对钢管余料进行打磨加工前，根据所述钢管余料加工难度等级判断是否对打磨转速V1进行调整；

其中所述自动化控制单元设置第一打磨转速调节系数R1和第二打磨转速调节系数R2，设定1.2＜R1＜R2＜1.6，

若钢管余料加工难度等级为S1，所述自动化控制单元判定不对所述打磨转速进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S2，所述自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R1对所述打磨转速进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S3，所述自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R2对所述打磨转速进行调整；

若所述自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对所述打磨转速进行调整时，设定j=1，2，所述自动化控制单元将调整后的打磨转速设置为V2，设定V2=V1×Rj。

进一步地，所述自动化控制单元设有预打磨轨迹调节系数Q1，在所述钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai（xi，yi，zi）的基础上，确定钢管余料加工预打磨轨迹坐标，在确定钢管余料加工预打磨轨迹坐标前，所述自动化控制单元根据所述钢管余料加工的难度等级确定是否对预打磨轨迹调节系数进行修正，

其中所述自动化控制单元设置第一修正系数K1，第一修正系数K2，设定0.4＜K2＜K1＜0.6，

若钢管余料加工难度等级为S1，所述自动化控制单元确定不对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S2，所述自动化控制单元确定以第一修正系数K1对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S3，所述自动化控制单元确定以第二修正系数K2对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若所述自动化控制单元选取第e个修正系数Ke对预设打磨轨迹调节系数进行调整时，设定e=1，2，所述自动化控制单元将调整后的预打磨轨迹调节系数设置为Q2，设定Q2=Q1×Ke。

进一步地，所述自动化控制单元在确定完成所述预打磨轨迹调节系数修正后，计算钢管余料加工预打磨轨迹坐标Pbi，设定Pbi为（xi×Qf，yi×Qf，zi×Qf），其中z=1或2，并以Pbi作为打磨轨迹对所述钢管余料加工端进行预打磨，在所述自动化控制单元确定钢管余料加工预打磨完成后，通过所述图像分析单元获取钢管余料加工端进行预打磨后的三维坐标Pci（x´i，y´i，z´i），并通过钢管余料加工端预打磨后的三维坐标与所述钢管余料加工预打磨轨迹坐标进行对比，确定钢管余料加工端进行预打磨是否存在偏差。

进一步地，所述自动化控制单元在确定钢管余料加工端进行预打磨是否存在偏差时，计算预打磨平均偏差量Pw，通过与预设预打磨平均偏差量进行对比，确定预打磨是否存在偏差，其中设置预打磨平均偏差量为Pw0，设定

；

若Pw≤Pw0，所述自动化控制单元判定钢管余料加工端进行预打磨时不存在偏差；

若Pw＞Pw0，所述自动化控制单元判定钢管余料加工端进行预打磨时存在偏差。

进一步地，所述自动化控制单元在判定钢管余料加工端进行预打磨存在偏差时，获取钢管余料加工端进行预打磨轨迹坐标中z轴最大偏差距离，

设定Zmax=MAX{Pci（z´）-Pbi（z×Qf）}，通过z轴最大偏距离与预设z轴最大偏距离进行对比，确定是否对打磨转速V2进行调整，

其中所述自动化控制单元设置第一预设z轴偏差距离Z1，第二预设z轴偏差距离Z2，设定Z1＜Z2，

若Zmax＜Z1，所述自动化控制单元判定不对打磨转速进行调整；

若Z1≤Zmax＜Z2，所述自动化控制单元判定通过所述第一打磨转速调节系数R1对打磨转速进行调整；

若Z2≤Zmax，所述自动化控制单元判定通过所述第二打磨转速调节系数R2对打磨转速进行调整;

若所述自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对所述打磨转速进行调整时，所述自动化控制单元将调整后的打磨转速设置为V3，设定V3=V2×Rj。

进一步地，所述自动化控制单元在确定完成对所述钢管余料加工端的预打磨后，以所述钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai作为正式打磨轨迹对所述钢管余料加工端进行正式打磨，在正式打磨进程中，所述自动化控制单元实时获取当前打磨位置坐标与确定的所述打磨轨迹坐标Pai中z轴偏差距离Zm，并根据偏差距离实时调整打磨转速，

若Zm＜Z1，所述自动化控制单元判定不对打磨转速进行调整；

若Z1≤Zm＜Z2，所述自动化控制单元判定通过所述第一打磨转速调节系数R1对打磨转速进行调整；

若Zm≥Z2，所述自动化控制单元判定通过所述第二打磨转速调节系数R2对打磨转速V3进行调整;

若所述自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对所述打磨转速进行调整时，所述自动化控制单元将调整后的打磨转速设定为V4=V3×Rj。

进一步地，还包括第二图像采集装置，其安装在所述钢管余料非加工端一侧对角位置，所述图像分析单元可通过该图像采集装置获取钢管余料的整体图像，从而分析得出钢管余料的长度H。

进一步地，所述自动化控制单元还连接有钢管支架驱动机构，自动化控制单元可根据所述钢管余料的长度H通过钢管支架驱动机构调整所述钢管支架的前后位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置所具有的图像分析单元，可通过钢管余料加工目标图像的中心点作为坐标原点构建余料加工目标图像的三维坐标系，并通过三维坐标系确定余料加工打磨轨迹，在确定余料加工打磨轨迹坐标后，自动化控制单元控制打磨装置完成钢管余料加工打磨工作，提高了余料加工过程中的成形精度。

进一步地，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置所提供的数据处理模块的数据分析单元通过所述数据获取单元获取待加工钢管余料的钢管硬度，并通过预设的钢管硬度进行对比，确定钢管余料加工的难度等级，为余料加工过程中的参数调节提供了基础依据。

进一步地，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置所提供的数据处理模块的自动化控制单元通过确定的余料加工难度等级对预设的打磨转速进行调整，使打磨转头在打磨过程中处在最佳的工作状态，提高了打磨加工的工作效率。

进一步地，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置的数据处理模块的自动化控制单元设置有预打磨轨迹调整系数，通过预打磨调整系数可在余料加工打磨轨迹的基础上调整一个较为宽泛的预加工打磨轨迹范围，使自动化控制单元通过预打磨的过程可验证加工参数设置的正确性，以及加工打磨过程中的精度。

进一步地，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置所提供的数据处理模块的自动化控制单元通过确定的余料加工难度等级，对预打磨调整系数进行调整，从而优化了预打磨的宽泛度，在保证需要修复时，钢管有余量可以损耗的同时，提高了预打磨的工作效率。

进一步地，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置所提供的数据处理模块的自动化控制单元，在判断预打磨完成时，计算获取预打磨平均偏差量，通过与预设的预打磨平均偏差量进行对比，确定预打磨是否存在偏差，在确定存在偏差时，通过确定z轴在加工过程中的最大偏差距离对打磨速度进行再次调整，通过预打磨后的参数调整，进一步保证了正式打磨时各参数匹配的最优状态。

进一步地，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置所提供的数据处理模块的自动化控制单元在正式打磨时，以确定余料加工打磨轨迹作为正式打磨的打磨轨迹，以最终调整完毕的打磨转速作为正式打磨的转速，使自动化控制单元对钢管余料进行正式加工打磨，在打磨过程中，通过获取z轴的偏差距离确定是否对打磨速度进行实时调整，进一步提高了正式打磨的加工精度。

进一步地，本发明提供的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置所提供的数据处理模块还可通过图像分析模块获取钢管余料的长度，并通过该长度使自动化控制单元调整钢管支架的前后位置，使钢管端部余料加工装置适用于 任何长度的余料加工管材，提高了钢管余料长度的加工范围。

附图说明

图1为本发明所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置左视图下的结构示意图；

图2为本发明所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置右视图下的结构示意图；

图3为本发明所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置的数据处理模块的连接关系示意图；

图4为本发明所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置的图像分析单元构建钢管余料加工目标图像的三维坐标系示意图。

各图标号中：1-打磨装置支架、2-第一图像采集装置、3-z轴方向调整机构、4-打磨头、5-钢管、6-钢管旋转驱动转轮、7-钢管支架、8-导轨驱动装置、9-第二图像采集装置、10-底座、11-磨头x，y轴方向调整机构。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限 定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-4所示，图1为本发明实施例的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置左视图下的结构示意图；图2为本发明实施例的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置右视图下的结构示意图；图3为本发明实施例的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置的数据处理模块的连接关系示意图；图4为本发明实施例的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置的图像分析单元构建钢管余料加工目标图像的三维坐标系示意图。

本发明实施例基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，包括：

打磨装置，其设置在钢管支架的一侧，该打磨装置用以对待加工钢管余料进行打磨加工；

第一图像采集装置，其安装在打磨装置的上部端面，该第一图像采集装置用以采集钢管余料加工端图像；

数据处理模块，其包括用于存储预先设置的钢管余料加工目标图像的图像存储单元，与图像存储单元和第一图像采集装置连接的用以对钢管余料加工目标图像和钢管余量加工端图像进行分析的图像分析单元，与图像分析单元、第一图像采集装置以及打磨装置连接的，用以控制图像采集角度和控制打磨装置完成钢管余料打磨加工的自动化控制单元，以及获取输入钢管硬度参数的数据获取单元；

数据处理模块通过图像分析单元以钢管余料加工目标图像的中心点为坐标原点，构建钢管余料加工目标图像的三维坐标系，并通过该三维坐标系确定钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai（xi，yi，zi），在确定余料加工打磨轨迹坐标后，自动化控制单元控制打磨装置完成钢管余料加工打磨工作，设定i=1～n。

具体而言，图像分析单元通过数据获取单元获取待加工钢管余料的钢管硬度D，并与预设钢管硬度进行对比，确定钢管余料加工的难度等级，

其中数据处理模块设置第一预设钢管硬度D1、第二预设钢管硬度D2、第一钢管余料加工难度等级S1、第二钢管余料加工难度等级S2、第三钢管余料加工难度等级S3，其中D1＜D2，设定S1＜S2＜S3，

若D＜D1，图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S1；

若D1≤D＜D2，图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S2；

若D2≤D，图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S3。

具体而言，自动化控制单元预设有打磨转速V1，在对钢管余料进行打磨加工前，根据钢管余料加工难度等级判断是否对打磨转速V1进行调整；

其中自动化控制单元设置第一打磨转速调节系数R1和第二打磨转速调节系数R2，设定1.2＜R1＜R2＜1.6，

若钢管余料加工难度等级为S1，自动化控制单元判定不对打磨转速进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S2，自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R1对打磨转速进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S3，自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R2对打磨转速进行调整；

若自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对打磨转速进行调整时，设定j=1，2，自动化控制单元将调整后的打磨转速设置为V2，设定V2=V1×Rj。

具体而言，自动化控制单元设有预打磨轨迹调节系数Q1，在钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai（xi，yi，zi）的基础上，确定钢管余料加工预打磨轨迹坐标，在确定钢管余料加工预打磨轨迹坐标前，自动化控制单元根据钢管余料加工的难度等级确定是否对预打磨轨迹调节系数进行修正，

其中自动化控制单元设置第一修正系数K1，第一修正系数K2，设定0.4＜K2＜K1＜0.6，

若钢管余料加工难度等级为S1，自动化控制单元确定不对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S2，自动化控制单元确定以第一修正系数K1对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S3，自动化控制单元确定以第二修正系数K2对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若自动化控制单元选取第e个修正系数Ke对预设打磨轨迹调节系数进行调整时，设定e=1，2，自动化控制单元将调整后的预打磨轨迹调节系数设置为Q2，设定Q2=Q1×Ke。

具体而言，自动化控制单元在确定完成预打磨轨迹调节系数修正后，计算钢管余料加工预打磨轨迹坐标Pbi，设定Pbi为（xi×Qf，yi×Qf，zi×Qf），其中z=1或2，并以Pbi作为打磨轨迹对钢管余料加工端进行预打磨，在自动化控制单元确定钢管余料加工预打磨完成后，通过图像分析单元获取钢管余料加工端进行预打磨后的三维坐标Pci（x´i，y´i，z´i），并通过钢管余料加工端进行预打磨后的三维坐标与钢管余料加工预打磨轨迹坐标进行对比，确定钢管余料加工端进行预打磨是否存在偏差。

具体而言，自动化控制单元在确定钢管余料加工端进行预打磨是否存在偏差时，计算预打磨平均偏差量Pw，通过与预设预打磨平均偏差量进行对比，确定预打磨是否存在偏差，其中设置预打磨平均偏差量为Pw0，设定

；

若Pw≤Pw0，自动化控制单元判定钢管余料加工端进行预打磨时不存在偏差；

若Pw＞Pw0，自动化控制单元判定钢管余料加工端进行预打磨时存在偏差。

具体而言，自动化控制单元在判定钢管余料加工端进行预打磨存在偏差时，获取钢管余料加工端进行预打磨轨迹坐标中z轴最大偏差距离，

设定Zmax=MAX{Pci（z´）-Pbi（z×Qf）}，通过z轴最大偏距离与预设z轴最大偏距离进行对比，确定是否对打磨转速V2进行调整，

其中自动化控制单元设置第一预设z轴偏差距离Z1，第二预设z轴偏差距离Z2，设定Z1＜Z2，

若Zmax＜Z1，自动化控制单元判定不对打磨转速进行调整；

若Z1≤Zmax＜Z2，自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R1对打磨转速进行调整；

若Z2≤Zmax，自动化控制单元判定通过第二打磨转速调节系数R2对打磨转速进行调整;

若自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对打磨转速进行调整时，自动化控制单元将调整后的打磨转速设置为V3，设定V3=V2×Rj。

具体而言，自动化控制单元在确定完成对钢管余料加工端的预打磨后，以钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai作为正式打磨轨迹对钢管余料加工端进行正式打磨，在正式打磨进程中，自动化控制单元实时获取当前打磨位置坐标与确定的打磨轨迹坐标Pai中z轴偏差距离Zm，并根据偏差距离实时调整打磨转速，

若Zm＜Z1，自动化控制单元判定不对打磨转速进行调整；

若Z1≤Zm＜Z2，自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R1对打磨转速进行调整；

若Zm≥Z2，自动化控制单元判定通过第二打磨转速调节系数R2对打磨转速V3进行调整;

若自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对打磨转速进行调整时，自动化控制单元将调整后的打磨转速设定为V4=V3×Rj。

具体而言，还包括第二图像采集装置，其安装在钢管余料非加工端一侧对角位置，图像分析单元可通过该图像采集装置获取钢管余料的整体图像，从而分析得出钢管余料的长度H。

具体而言，自动化控制单元还连接有钢管支架驱动机构，自动化控制单元可根据钢管余料的长度H通过钢管支架驱动机构调整钢管支架的前后位置。

本发明实施例所提供的钢管余料加工打磨装置的结构包括，底座10，底座10的一端垂直连接有打磨装置支架1，打磨装置支架1的内侧安装有打磨装置，打磨装置包括x，y轴方向调整机构11，x，y轴方向调整机构11驱动连接有z轴方向调整机构3，z轴方向调整机构3连接打磨头4，打磨装置支架1的顶端还安装连接有第一图像采集装置2；

底座10的上表面设置有导轨驱动装置8，导轨驱动装置8驱动连接钢管支架7，钢管支架7的上表面设置有钢管旋转驱动转轮6，钢管5放置在钢管支架7上，打磨装置支架1的斜对角位置安装有第二图像采集装置9，底座10内设置有数据处理模块。

在准备对钢管余料进行加工时，将钢管余料加工的目标图像通过数据处理模块存入图像存储单元，同时工程技术人员通过数据输入端输入当前钢管余料的钢管硬度；

在准备开始对钢管余料进行加工时，将钢管余料放置在钢管支架7上，数据处理模块通过钢管硬度确定钢管余料的加工难度等级，第二图像采集装置9获取放置在钢管支架上的钢管余料图像，数据处理模块通过图形分析单元获取钢管余料的长度H，并通过该长度确定钢管支架7的合适位置，使自动化控制单元对钢管支架7的位置进行调整，此时钢管余料的加工端与打磨装置的位置相当，数据处理模块确定开始对钢管余料进行加工；

在数据处理模块确定进行钢管余料加工时，第一图像采集装置获取钢管余料的加工端图像，在数据处理模块通过图像分析单元获取加工打磨轨迹Pai（xi，yi，zi）时，根据钢管余料加工难度等级计算获取预打磨轨迹Pbi，设定Pbi为（x×Qf，y×Qf，z×Qf），并以Pbi作为打磨轨迹，以调整后的转速作为打磨转速使自动化控制单元开始进行预打磨工作，在确定预打磨工作结束时，第一图像采集装置获取钢管余料的加工端完成预打磨的图像，数据处理模块通过图像分析单元获取预打磨的偏差距离，从而确定预打磨是否存在偏差，如果存在偏差，则根据预打磨过程中z轴的最大偏差值对打磨转速进行二次调整，调整完成后，使自动化控制单元以Pai（xi，yi，zi）为打磨轨迹进行钢管余料的正式打磨；

在对钢管余料进行正式打磨时，数据处理模块通过图像分析单元实时获取加工过程中的z轴偏差距离，并通过偏差距离实时对打磨头转速进行调整，直至钢管余料加工正式打磨结束。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，包括用于放置待加工钢管余料的钢管支架，其特征在于，还包括：

打磨装置，其设置在所述钢管支架的一侧，该打磨装置用以对所述待加工钢管余料进行打磨加工；

第一图像采集装置，其安装在打磨装置的上部端面，该第一图像采集装置用以采集钢管余料加工端图像；

数据处理模块，其包括用于存储预先设置的钢管余料加工目标图像的图像存储单元，与图像存储单元和第一图像采集装置连接的用以对钢管余料加工目标图像和钢管余量加工端图像进行分析的图像分析单元，与图像分析单元、第一图像采集装置以及打磨装置连接的，用以控制图像采集角度和控制打磨装置完成钢管余料打磨加工的自动化控制单元，以及获取输入钢管硬度参数的数据获取单元；

数据处理模块通过所述图像分析单元以钢管余料加工目标图像的中心点为坐标原点，构建钢管余料加工目标图像的三维坐标系，并通过该三维坐标系确定钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai（xi，yi，zi），在确定余料加工打磨轨迹坐标后，自动化控制单元控制打磨装置完成钢管余料加工打磨工作，设定i=1～n。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述图像分析单元通过所述数据获取单元获取待加工钢管余料的钢管硬度D，并与预设钢管硬度进行对比，确定钢管余料加工的难度等级，

其中所述数据处理模块设置第一预设钢管硬度D1、第二预设钢管硬度D2、第一钢管余料加工难度等级S1、第二钢管余料加工难度等级S2、第三钢管余料加工难度等级S3，其中D1＜D2，设定S1＜S2＜S3，

若D＜D1，所述图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S1；

若D1≤D＜D2，所述图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S2；

若D2≤D，所述图像分析单元判定钢管余料加工难度等级为S3。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述自动化控制单元预设有打磨转速V1，在对钢管余料进行打磨加工前，根据所述钢管余料加工难度等级判断是否对打磨转速V1进行调整；

其中所述自动化控制单元设置第一打磨转速调节系数R1和第二打磨转速调节系数R2，设定1.2＜R1＜R2＜1.6，

若钢管余料加工难度等级为S1，所述自动化控制单元判定不对所述打磨转速进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S2，所述自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R1对所述打磨转速进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S3，所述自动化控制单元判定通过第一打磨转速调节系数R2对所述打磨转速进行调整；

若所述自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对所述打磨转速进行调整时，设定j=1，2，所述自动化控制单元将调整后的打磨转速设置为V2，设定V2=V1×Rj。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述自动化控制单元设有预打磨轨迹调节系数Q1，在所述钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai（xi，yi，zi）的基础上，确定钢管余料加工预打磨轨迹坐标，在确定钢管余料加工预打磨轨迹坐标前，所述自动化控制单元根据所述钢管余料加工的难度等级确定是否对预打磨轨迹调节系数进行修正，

其中所述自动化控制单元设置第一修正系数K1，第一修正系数K2，设定0.4＜K2＜K1＜0.6，

若钢管余料加工难度等级为S1，所述自动化控制单元确定不对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S2，所述自动化控制单元确定以第一修正系数K1对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若钢管余料加工难度等级为S3，所述自动化控制单元确定以第二修正系数K2对预打磨轨迹调节系数进行调整；

若所述自动化控制单元选取第e个修正系数Ke对预设打磨轨迹调节系数进行调整时，设定e=1，2，所述自动化控制单元将调整后的预打磨轨迹调节系数设置为Q2，设定Q2=Q1×Ke。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述自动化控制单元在确定完成所述预打磨轨迹调节系数修正后，计算钢管余料加工预打磨轨迹坐标Pbi，设定Pbi为（xi×Qf，yi×Qf，zi×Qf），其中f=1或2，并以Pbi作为打磨轨迹对所述钢管余料加工端进行预打磨，在所述自动化控制单元确定钢管余料加工预打磨完成后，通过所述图像分析单元获取钢管余料加工端进行预打磨后的三维坐标Pci（x´i，y´i，z´i），并通过钢管余料加工端预打磨后的三维坐标与所述钢管余料加工预打磨轨迹坐标进行对比，确定钢管余料加工端进行预打磨是否存在偏差。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述自动化控制单元在确定钢管余料加工端进行预打磨是否存在偏差时，计算预打磨平均偏差量Pw，通过与预设预打磨平均偏差量进行对比，确定预打磨是否存在偏差，其中设置预打磨平均偏差量为Pw0，设定

；

若Pw≤Pw0，所述自动化控制单元判定钢管余料加工端进行预打磨时不存在偏差；

若Pw＞Pw0，所述自动化控制单元判定钢管余料加工端进行预打磨时存在偏差。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述自动化控制单元在判定钢管余料加工端进行预打磨存在偏差时，获取钢管余料加工端进行预打磨轨迹坐标中z轴最大偏差距离，

设定Zmax=MAX{Pci（z´）-Pbi（z×Qf）}，通过z轴最大偏距离与预设z轴最大偏差距离进行对比，确定是否对打磨转速V2进行调整，

其中所述自动化控制单元设置第一预设z轴最大偏差距离Z1，第二预设z轴最大偏差距离Z2，设定Z1＜Z2，

若Zmax＜Z1，所述自动化控制单元判定不对打磨转速进行调整；

若Z1≤Zmax＜Z2，所述自动化控制单元判定通过所述第一打磨转速调节系数R1对打磨转速进行调整；

若Z2≤Zmax，所述自动化控制单元判定通过所述第二打磨转速调节系数R2对打磨转速进行调整;

若所述自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对所述打磨转速V2进行调整时，所述自动化控制单元将调整后的打磨转速设置为V3，设定V3=V2×Rj。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述自动化控制单元在确定完成对所述钢管余料加工端的预打磨后，以所述钢管余料加工打磨轨迹坐标Pai作为正式打磨轨迹对所述钢管余料加工端进行正式打磨，在正式打磨进程中，所述自动化控制单元实时获取当前打磨位置坐标与确定的所述打磨轨迹坐标Pai中z轴偏差距离Zm，并根据偏差距离实时调整打磨转速，

若Zm＜Z1，所述自动化控制单元判定不对打磨转速进行调整；

若Z1≤Zm＜Z2，所述自动化控制单元判定通过所述第一打磨转速调节系数R1对打磨转速进行调整；

若Zm≥Z2，所述自动化控制单元判定通过所述第二打磨转速调节系数R2对打磨转速V3进行调整;

若所述自动化控制单元选取第j打磨转速调节系数Rj对所述打磨转速进行调整时，所述自动化控制单元将调整后的打磨转速设定为V4=V3×Rj。

9.根据权利要求8所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，还包括第二图像采集装置，其安装在所述钢管余料非加工端一侧对角位置，所述图像分析单元可通过该图像采集装置获取钢管余料的整体图像，从而分析得出钢管余料的长度H。

10.根据权利要求9所述的基于机器视觉的钢管端部余料加工装置，其特征在于，所述自动化控制单元还连接有钢管支架驱动机构，自动化控制单元可根据所述钢管余料的长度H通过钢管支架驱动机构调整所述钢管支架的前后位置。

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