CN116030449A - 一种激光切割件的自动分拣方法及自动分拣系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光切割件的自动分拣方法及自动分拣系统，该方法包括：获取用于识别激光切割件的第一信息；根据第一信息，建立激光切割件所属区域的导航地图，并基于导航地图确定激光切割件的搜索策略；导航地图包括：多个依序排列的视觉小区组成的视觉地图；且每一视觉小区为对应图像采集组件视野的区域；根据搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送图像采集指令，并获取图像采集组件返回的第一实时图像；识别第一实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则获取激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。上述方法实现了智能化的自动捡料，且可以灵活捡取各种类型、不同尺寸的激光切割件。

Description

一种激光切割件的自动分拣方法及自动分拣系统
技术领域
本发明涉及视觉识别技术领域，尤其涉及一种激光切割件的自动分拣方法及自动分拣系统。
背景技术
目前，人工捡取金属板材激光切割件费时费力。大臂展捡料机器人捡取金属板材成本较高，且往往只能适用于大型工件。小型捡料机器人本身臂展无法覆盖激光切割机的下料平台，需要辅助移动机构配合机器人移动才能全平台捡料，不利于快速移动、快节拍捡料。
此外，基于激光切割套料定位工件位置的捡料系统，难以处理中小料金属板材(尤其薄板)在下料平台上常见的“工件偏移、漏料、捡料带板、叠压、个别件微连接”等异常情况。因此，需要一种可靠的相对低成本的自动分拣方法，智能化处理上述异常情况，以便能够对中小料(中薄板)金属板材快速分拣。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种激光切割件的自动分拣方法及自动分拣系统，实现低成本的快速分析快节拍捡料的目的。
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
第一方面，本发明实施例提供一种激光切割件的自动分拣方法，所述方法包括：
S10、获取用于识别激光切割件的第一信息；
S20、根据第一信息，建立激光切割件所属区域的导航地图，并基于所述导航地图确定激光切割件的搜索策略；
所述导航地图包括：多个依序排列的视觉小区组成的视觉地图；每一视觉小区具有唯一序号，且每一视觉小区为对应图像采集组件视野的区域；所述搜索策略包括依据视野小区确定搜索的步长和搜索的顺序；
S30、根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送图像采集指令，并根据图像采集组件基于图像采集指令反馈的图像识别所述激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
可选地，所述方法还包括：S30包括：
根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送第一图像采集指令，并获取图像采集组件返回的第一实时图像；
以及，基于第一信息，识别所述第一实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件；
否则，则按照搜索策略和导航地图向图像采集组件发送第N图像采集指令，以使图像采集组件基于第N图像采集指令采集第N实时图像并反馈，基于第一信息，识别所述第N实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件；
否则，重复上述发送第N+1图像采集指令，N大于等于1；若遍历完导航地图，均无激光切割件，则发出报警信号。
可选地，S10包括：
S11、自动分拣数控系统接收用户输入/导入的激光切割件的指定格式工件图（如CAD工件图）、激光切割件的类型；
S12、自动分拣数控系统接收激光切割系统传输的套料文件和/或激光切割坐标信息；
S13、自动分拣数控系统根据指定格式工件图（如CAD工件图）、激光切割件的类型、套料文件和/或激光切割坐标信息，获取作为第一信息的激光切割件的基本信息；所述基本信息包括下述的一种或多种：形状、坐标原点、激光切割件所属板材的板材信息、推测的坐标位置、激光切割件的类型与接料装置的对应关系、轮廓、模型特征、切割区域信息。
可选地，S20包括：
S21、所述自动分拣数控系统根据激光切割件的基本信息，获取激光切割件的捡料区域，所述捡料区域为捡料平台上的某一个区域；
S22、根据捡料区域和图像采集组件的视野尺寸，建立多视觉小区组成的导航地图；
S23、根据所述导航地图中视觉小区的位置信息和视觉小区的尺寸，确定横向移动步长和纵向移动步长、移动路径，得到激光切割件的搜索策略。
可选地，S23包括：
视觉小区的尺寸为90cmx90cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于60cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于70cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为20cm；激光切割件的直径/长为小于等于80cm的工件。
可选地，所述图像采集指令包括：待采集图像区域的中心坐标信息；
S30包括：
对第一实时图像进行二值化处理，并对二值化的图像进行亮度转换和直方图就均衡化，获得中间结果图像；
对中间结果图像进行特征提取，并判断提取的特征的轮廓和第一信息中的激光切割件的轮廓是否匹配；
若匹配，则确定第一实时图像存在激光切割件，激光切割件的类型编号，并根据提取的特征的轮廓的信息，获取作为抓取中心坐标的激光切割件的位置信息。
可选地，所述S30还包括：
切割件拾取组件包括：吸盘阵列时，所述自动分拣数控系统根据提取的特征的轮廓的信息，确定切割件拾取组件中所需要开启的吸嘴阵列组合的信息；以控制吸盘阵列基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
可选地，所述方法还包括：
S40、针对存在激光切割件的实时图像，判断激光切割件是否符合该激光切割件所属类型的质量标准，输出判断结果。
第二方面，本发明实施例还提供一种激光切割件的自动分拣装置，其包括：
人机交互处理模块，用于获取识别激光切割件的第一信息；
数控任务管理模块，用于根据第一信息，建立激光切割件所属区域的导航地图，并基于所述导航地图确定激光切割件的搜索策略；根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送图像采集指令；
所述导航地图包括：多个依序排列的视觉小区组成的视觉地图；每一视觉小区具有唯一序号，且每一视觉小区为对应图像采集组件视野的区域；所述搜索策略包括依据视野小区确定搜索的步长和搜索的顺序；
视觉分析处理模块，用于根据图像采集组件基于图像采集指令反馈的图像识别所述激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
在一种可选的实现方式中，数控任务管理模块，用于根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送第一图像采集指令，
所述视觉分析处理模块，用于获取图像采集组件返回的第一实时图像；基于第一信息，识别所述第一实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息，此时，数控任务管理模块还用于使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件；
在视觉分析处理模块确定所述第一实时图像中不存在激光切割件时，数控任务管理模块，用于按照搜索策略和导航地图向图像采集组件发送第N图像采集指令，以使图像采集组件基于第N图像采集指令采集第N实时图像并反馈；所述视觉分析处理模块，还用于基于第一信息，识别所述第N实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息；
视觉分析处理模块和数控任务管理模块交互实现对导航地图的遍历，若遍历完导航地图，均无激光切割件，则数控任务管理模块发出报警信号。
可选地，人机交互处理模块，具体用于接收用户输入/导入的激光切割件的指定格式工件图、激光切割件的类型；
接收激光切割系统传输的套料文件和/或激光切割坐标信息；
根据指定格式工件图、激光切割件的类型、套料文件和/或激光切割坐标信息，获取作为第一信息的激光切割件的基本信息；所述基本信息包括下述的一种或多种：形状、坐标原点、激光切割件所属板材的板材信息、推测的坐标位置、激光切割件的类型与接料装置的对应关系、轮廓、模型特征、切割区域信息。
可选地，数控任务管理模块，具体用于根据激光切割件的基本信息，获取激光切割件的捡料区域，所述捡料区域为捡料平台上的某一个区域；
根据捡料区域和图像采集组件的视野尺寸，建立多视觉小区组成的导航地图；
根据所述导航地图中视觉小区的位置信息和视觉小区的尺寸，确定横向移动步长和纵向移动步长、移动路径，得到激光切割件的搜索策略。
相应地，视觉小区的尺寸为90cmx90cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于60cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于70cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为20cm；激光切割件的直径/长为小于等于80cm的工件。
可选地，图像采集指令包括：待采集图像区域的中心坐标信息。
可选地，视觉分析处理模块具体用于对第一实时图像进行二值化处理，并对二值化的图像进行亮度转换和直方图就均衡化，获得中间结果图像；
对中间结果图像进行特征提取，并判断提取的特征的轮廓和第一信息中的激光切割件的轮廓是否匹配；
若匹配，则确定第一实时图像存在激光切割件，激光切割件的类型编号，并根据提取的特征的轮廓的信息，获取作为抓取中心坐标的激光切割件的位置信息。
可选地，切割件拾取组件包括吸盘阵列，数控任务管理模块根据提取的特征的轮廓的信息，确定切割件拾取组件中所需要开启的吸嘴阵列组合的信息；以控制吸盘阵列基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
第三方面，本发明实施例还提供一种激光切割件的自动分拣系统，自动分拣系统用于对捡料平台上的激光切割件进行自动分拣，自动分拣系统包括：集成有自动分拣数控系统的工控机、自动控制器、图像采集组件、第一传动结构；第一传动结构用于使图像采集组件移动至捡料平台的指定位置；
所述工控机根据第一信息向所述自动控制器发送一个以上的指令，以使自动控制器根据一个以上的指令控制第一传动结构使所述图像采集组件移动，以实时采集指定位置的图像；
所述工控机中的自动分拣数控系统根据第一信息和实时采集的图像确定激光切割件的位置信息；以使切割件拾取组件根据激光切割件的位置信息拾取所述激光切割件；
所述第一信息为用户输入的信息，或者为激光切割系统传输的信息。
可选地，所述切割件拾取组件安装在第一传动结构上；
或者，所述切割件拾取组件安装在第二传动结构上，所述工控机根据激光切割件的位置信息借助于自动控制器控制第二传动结构移动切割件拾取组件以拾取所述激光切割件。
可选地，自动分拣数控系统执行上述第一方面任一所述的一种激光切割件的自动分拣方法。
可选地，切割件拾取组件的端头包括多个吸嘴的开放式吸盘阵列结构。本实施例中吸盘阵列结构的各吸盘组合实现吸合是可以通过编程方式实现。
可选地，工控机与自动控制器通过Modbus-TCP总线协议交互信息；
自动控制器与第一传动结构通过EtherCAT总线协议交互信息；
自动控制器通过DMCNET总线方式控制切割件拾取组件。
可选地，第一传动结构包括：
位于捡料平台两侧面的Y轴导轨，
横跨捡料平台上方的横梁，设置在横梁上的X轴导轨，
横梁上安装有Z轴丝杠，且Z轴丝杠上固定有切割件拾取组件；
图像采集组件固定在Z轴丝杠上；
所述自动控制器借助于第一传动结构驱动Y轴导轨、X轴导轨和Z轴丝杠在各自的方向上运动。
第四方面，本发明实施例还提供一种激光切割装置，其包括：激光切割系统和上述第三方面任一所述的激光切割件的自动分拣系统；
所述激光切割系统在激光切割件加工完成后，所述激光切割系统将承载激光切割系统的激光切割件的平台移动至自动分拣系统的区域，并作为捡料平台，所述激光切割件的自动分拣系统按照第一方面任一所述的自动分拣方法对捡料平台的激光切割件进行识别并捡取。
另外，本发明实施例还提供一种激光切割件的自动分拣系统的操作方法，自动分拣系统为上述实施例的自动分拣系统；所述操作方法包括：
自动分拣系统获取激光切割件的基本信息，并建立激光切割件所属区域的导航地图，并基于所述导航地图确定激光切割件的搜索策略；
自动分拣系统根据当前视觉小区的坐标位置，获取图像采集组件的相机在当前视觉小区正上方拍照所需要的坐标位置；
自动分拣系统基于相机的坐标位置向自动控制器下发第一动作指令，自动控制器基于第一动作指令控制传动系统将相机送至需要拍照的位置；
自动分拣系统根据环境光和相机参数，控制相机拍照，获取相机拍到的实时图像，并分析实时图像中是否存在符合工件模型特征的激光切割件；所述工件模型特征为激光切割件的基本信息中的特征；
如果存在，获取激光切割件的位置信息，以及切割件拾取组件中对应的吸嘴阵列开启组合、激光切割件的类型；
自动分拣系统基于激光切割件的位置信息，以及切割件拾取组件中对应的吸嘴阵列开启组合、激光切割件的类型向自动控制器下发第二动作指令，自动控制器基于第二动作指令控制传动系统将切割拾取组件落至预捡取高度实现激光切割件的捡取。
进一步地，若不存在激光切割件，则当前视觉小区的搜索捡料任务结束，按照搜索策略准备进行下一个视觉小区的搜索，直至导航地图中所有视觉小区的搜索结束，则全部捡料完成。
本发明实施例的方法将一个较大的区域(需要搜索捡料的区域)，划分为多个视觉小区(近距离观测的相机视野)，逐一拍照搜索分析的方法，使得图像采集组件成本低，且拍照快、传输快、分析快，通过该方法可以避免现有技术中设置大视野高清照片传输慢，无法快速分析的缺陷。
另外，本发明的自动分拣方法可以实现智能化的自动捡料，且可以灵活捡取各种类型、不同小尺寸的激光切割件，可以有效解决现有技术中漏料、捡料叠压等异常情况。
附图说明
图1为本发明实施案例中提供的一种激光切割件的自动分拣系统的示意图；
图2为本发明实施案例中工控机中自动分拣数控系统执行的自动分拣方法的流程示意图；
图3为本发明实施案例中传动结构的示意图；
图4为本发明实施案例中自动捡料方法的流程示意图；
图5A为本发明实施例案例中视觉小区的示意图；
图5B为本发明实施例案例中视觉小区与搜索策略的示意图；
图5C为本发明实施案例中采用搜索策略搜索的过程示意图；
图6为本发明实施例的捡料过程中PLC执行的过程示意图一；
图7为本发明实施例的捡料过程中PLC执行的过程示意图二。
附图标记说明
1、捡料平台；2、左侧Y轴导轨；3、右侧Y轴导轨；4、横梁；5、X轴导轨；6、捡料机头；7、辅助光源；8、相机；9、升降轴。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明提供一种快速分析且快节拍捡料的自动分拣装置及分拣方法。下面对本公开的技术方案做具体介绍。
本发明实施例提供一种激光切割装置，该激光切割装置可包括：激光切割系统和下述实施例中的激光切割件的自动分拣系统；
所述激光切割系统在激光切割件加工完成后，所述激光切割系统将承载激光切割系统的激光切割件的平台移动至自动分拣系统的区域，将其作为捡料平台，所述激光切割件的自动分拣系统按照下述任意实施例所述的自动分拣方法识别并捡取激光切割件。
激光切割系统可为现有的激光切割系统，本实施例未对激光切割系统进行任何的改进。
在激光切割系统的切割加工完成后，加工后的工件移动到后台面区域后，在后台面区域执行本发明实施例的自动分拣方法。在实际应用中，前台面的切割加工和后台面的自动分拣工序是相互不干扰，可并行工作。
另外，激光切割件的自动分拣系统中的工控机和激光切割系统的工控机可为独立的两个设备，也可为一个设备。下述实施例中以独立的两个设备进行说明。
下述任意实施例中提及的“待捡取工件”、“加工后的工件”、“工件”、“激光切割件”为同一个含义。
下述实施例提及的“用户”、“操作人员”均为同一含义。下述实施例中的伺服驱动组件即为传动结构/传动系统。
实施例一
如图1所示，本实施例中借助于激光切割件的自动分拣系统实现对后台面区域即捡料区域的待捡取工件进行捡取。本实施例的自动分拣系统的自动化控制器（如PLC，可编程逻辑控制器）与单独的控制装置如数控设备连接，该数控设备内集成有自动分拣数控系统，该自动分拣数控系统能够根据下述的“套料/激光切割坐标信息”推算“捡料区域”，并将“捡料区域”划分为多个“视觉小区”并自动编号，从而为“建立导航地图、规划搜索路径”提供了依据。
在具体实现过程中，激光切割加工完毕后，执行“交换平台”动作，将待捡取工件移动至后台面区域。此时，前台面切割加工与后台面工件分拣，实现并行工作。
本发明实施例的一种激光切割件的自动分拣系统，包括：集成有自动分拣数控系统的工控机、自动控制器（如PLC）、图像采集组件、第一伺服驱动组件；第一伺服驱动组件用于驱动图像采集组件至指定位置；
其中，工控机根据第一信息向所述自动控制器发送一个以上的指令，以使自动控制器根据一个以上的指令控制第一传动结构（如第一伺服驱动组件）使所述图像采集组件移动，以实时采集指定区域的图像；
工控机中集成的自动分拣数控系统根据第一信息和实时采集的图像确定激光切割件的位置信息；以使切割件拾取组件根据激光切割件的位置信息拾取所述激光切割件。
图1中所示的图像采集组件可包括光源感应结构和低成本小视野的工业相机。
上述的第一信息为用户输入和/或激光切割系统传输的信息，第一信息可为激光切割件的基本信息，其包括：下述的一种或多种：形状、坐标原点、激光切割件所属板材的板材信息、推测的坐标位置、激光切割件的类型与接料装置的对应关系、轮廓、模型特征、切割区域信息等。本实施例中激光切割系统传输的信息可为激光切割系统切割中计算后的准确信息。
通常，切割件拾取组件安装在第一伺服驱动组件上，便于自动控制器实现一体化控制和操作。在其他实施例中，切割件拾取组件还可安装在第二伺服驱动组件上，所述工控机根据激光切割件的位置信息控制第二伺服驱动组件驱动切割件拾取组件拾取所述激光切割件。上述均可自主选择，其均可较好的实现对小工件的智能化拾取。本实施例的切割件拾取组件可包括阀岛、通过阀岛控制的多可开启和关闭的吸嘴阵列组成的开放式吸盘阵列。该开放式吸盘阵列中吸合组合是可以通过编程控制的。
在一种具体的实现方式中，可将切割件拾取组件的端头设置为开放式吸盘阵列结构，在确定激光切割件的位置信息后，可确定移动式吸盘阵列结构中所使用的吸盘的序号，此时可以控制该些序号的吸嘴打开，并移动至激光切割件的位置信息实现吸附式拾取，进而移动至对应的接料装置。
在实际应用中，本实施例的工控机与自动控制器通过Modbus-TCP总线协议交互信息；自动控制器与第一伺服驱动组件通过EtherCAT总线协议交互信息；自动控制器通过DMCNET总线方式控制切割件拾取组件。该处的第一伺服驱动组件可为第一传动结构。
为更好的具体化上述自动分拣系统的结构，对第一伺服驱动组件及其相关配合的组件进行详细说明，例如图3所示，自动分拣系统的捡料平台1的两侧设置有导轨（如图3中的左侧Y轴导轨2和右侧Y轴导轨3），以及捡料平台1的上方设置有导轨（如图3所示的设置在横梁4上的X轴导轨5）。具体地，捡料平台1两侧面安装有Y轴导轨，捡料平台1上方设置有横跨的横梁4，以及设置在横梁4上的X轴导轨，横梁上还安装有Z轴丝杠（图3中示出的是借助于X轴与Z轴的辅助配合组件6实现Z轴升降的升降轴9，均属于Z轴丝杠的组件），且Z轴丝杠上固定有切割件拾取组件；图像采集组件（如相机8）固定在Z轴丝杠上；进而自动控制器借助于第一伺服驱动组件驱动Y轴导轨、X轴导轨和Z轴丝杠在各自的方向上运动。
通过X轴、Y轴、Z轴导轨/丝杠的运动，可实现图像采集装置、切割拾取组件在X轴、Y轴、Z轴三个方向的自由移动。本实施例的图像采集装置上还配合有辅助光源7，用以在相机8采集过程中提供光照。
本实施例中的“小工件”可为视觉小区能够完全覆盖其轮廓的工件，同时工业相机的视野是可以完全覆盖小工件的工业轮廓，本实施例中工业相机为低成本的小视野的相机，其能够实现信息传输快，且识别快，实现了低成本的便携式捡料。
实施例二
工控机中集成的自动分拣数控系统可为计算机程序实现的软件部分，其可以实现下述实施例的激光切割件的自动分拣方法，在实现过程中其和自动控制器进行配合，以有效合理的获取所需的实时图像，进而确定激光切割件的位置信息，由此，基于激光切割件的位置信息确定切割拾取组件的偏移坐标信息，使得上述自动控制器可控制切割拾取组件移动以便快速拾取激光切割件，进而放置在对应的接料装置中。
如图2所示，本实施例的激光切割件的自动分拣方法可包括下述的步骤：
S10、获取用于识别激光切割件的第一信息；所述第一信息包括：形状、坐标原点、激光切割件所属板材的板材信息、切割参数信息、推测的坐标位置、激光切割件的类型与接料装置的对应关系。该处第一信息中的部分信息是用户输入的，部分信息是激光切割系统传输的信息。
举例来说，S10包括S11至S13的子步骤：
S11、自动分拣数控系统接收用户输入/导入的激光切割件的CAD工件图、待加工板材的基本参数、激光切割件的类型；
S12、自动分拣数控系统接收激光切割系统传输的套料文件和/或激光切割坐标信息；
S13、自动分拣数控系统根据CAD工件图、激光切割件的类型、套料文件和/或激光切割坐标信息，获取作为第一信息的激光切割件的基本信息。
当然，在激光切割件的类型为多种类型，且接料装置为多个时，自动分拣数控系统还用于接收用户输入的激光切割件的类型与接料装置的对应关系；由此，便于最后切割拾取组件拾取激光切割件之后移动至对应的接料装置中。
S20、根据第一信息，建立激光切割件所属区域的导航地图，并基于所述导航地图确定激光切割件的搜索策略；
所述导航地图包括：多个依序排列的视觉小区组成的视觉地图；每一视觉小区具有唯一序号，且每一视觉小区为对应图像采集组件视野的区域；
所述搜索策略包括依据视野小区确定搜索的步长和搜索的顺序。
举例来说，S20包括S21至S23的子步骤：
S21、所述自动分拣数控系统根据切割参数信息，获取激光切割件的捡料区域，所述捡料区域为捡料平台上的某一个区域；
S22、根据捡料区域和图像采集组件的视野尺寸，建立多视觉小区组成的导航地图；
S23、根据所述导航地图中视觉小区的位置信息和视觉小区的尺寸，确定横向移动步长和纵向移动步长，得到激光切割件的搜索策略。
例如，视觉小区的尺寸为90cmx90cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于60cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于70cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为20cm；激光切割件的直径/长为小于等于80cm的工件。
上述仅为举例方式，在其他实施例中，视觉小区的尺寸、横向移动步长、纵向移动步长等均可依据实际工件的尺寸调整，本实施例不对其限定，其工件尺寸和上述不对应的也都可以根据需要调整，均在本申请的范围内。
S30、根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送图像采集指令，并根据图像采集组件基于图像采集指令反馈的图像识别所述激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
举例来说，可根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送第一图像采集指令，并获取图像采集组件返回的第一实时图像；
以及，基于第一信息，识别所述第一实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件；
否则，则按照搜索策略和导航地图向图像采集组件发送第N图像采集指令，以使图像采集组件基于第N图像采集指令采集第N实时图像并反馈，基于第一信息，识别所述第N实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件；
否则，重复上述发送第N+1图像采集指令，N大于等于1；若遍历完导航地图，均无激光切割件，则发出报警信号。
另外，基于第一信息，识别所述第一实时图像中是否存在激光切割件，可具体包括：
对第一实时图像进行二值化处理，并对二值化的图像进行亮度转换和直方图就均衡化，获得中间结果图像；
对中间结果图像进行特征提取，并判断提取的特征的轮廓和第一信息中的激光切割件的轮廓是否匹配；
若匹配，则确定第一实时图像存在激光切割件，激光切割件的类型编号，并根据提取的特征的轮廓的信息，获取作为抓取中心坐标的激光切割件的位置信息。
进一步地，在切割件拾取组件包括：吸盘阵列时，根据提取的特征的轮廓的信息，确定切割件拾取组件中所需要开启的吸嘴阵列组合的信息；以控制吸盘阵列基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
现有技术中存在的大视野(照片能覆盖捡料台面)相机拍照的方式，应用于金属薄板细缝切割轮廓识别时，受观测距离、分辨率、视野角度的限制，识别难度极大。即使是价格极为昂贵的高清相机，也难以用一张或较少的几张照片看清楚整个捡料台面上的所有细节。本实施例中采用低成本小视野的工业相机可逐个区域识别，其可移动式识别，不受观测距离、分辨率和视野角度的限制，保证了识别准确率，同时传输快，保证了识别的速度。
因此，上述实施例的方法可实现将一个较大的区域(需要搜索捡料的区域)，划分为多个“视觉小区”(近距离观测的相机视野)，逐一拍照搜索分析的方法，即降低了成本，且快速有效的实现工件的识别和捡取。
实施例三
自动分拣系统的软件部分主要包括：运行于工控机上的自动分拣数控系统，以及运行于PLC中的实时控制程序。这里的自动分拣数控系统和激光切割系统是独立的系统。
如图4所示，本实施例的自动分拣数控系统可包括：人机交互处理模块、数控任务管理模块、视觉分析处理模块。另外，自动分拣数控系统还可包括本地参数数据库，用于存储用户输入的信息或者激光切割系统传输的信息等。该处的模块是和上述的方法对应的，本实施例中从模块的角度更详细的对本实施例的方案进行说明。
针对人机交互处理模块，本实施例的人机交互处理模块可包括：状态显示与控制主界面、自动回参/寻零页面、参数配置页面、工件类型与接料装置配对页面、报警信息提示页面等。
其中，状态显示与控制主界面上有X轴、Y轴、Z轴坐标位置数据、CAD工件图导入按钮/工件添加按钮、启动与停止控制按钮等。通过状态显示与控制主界面的按钮，用户可实现加载套料文件与加工坐标系信息，使得视觉分析处理模块计算工件在捡料平台上的放置范围，以便视觉分析处理模块规划工件搜索路径。例如，用户可点击工件添加按钮，增添CAD工件图，数控任务管理模块可根据自动类型编号，匹配接料装置编号。此外，在控制柜面板上，也有一些控制按钮，属于人机交互处理部分，其根据实际需要设置，本实施例不对其限制。
自动分拣数控系统每次上电启动之后，需要操作人员控制执行常规的回零搜索，寻找参考点，建立坐标系。每一次正式捡料之前，需要操作人员将本次加工工件的CAD图形(工件轮廓图)与“套料/激光切割坐标”信息，以及板材材质与厚度参数，预先加载到自动分拣数控系统。本次加工工件的CAD图形(工件轮廓图)与“套料/激光切割坐标”信息，以及板材材质与厚度参数也可以通过激光切割系统传输至自动分拣数控系统。
在实际中，操作人员还可在“工件类型与接料装置配对页面”设定每一种需要捡取的工件(按种类编号)所对应的接料装置(按接料装置编号)，即输入激光切割件的类型与接料装置的对应关系，即可设定不同工件所对应的接料装置编号。每个接料装置编号对应一个接料位置区域的坐标位置。
作为数控内核的数控任务管理模块，其负责捡料任务的总体规划与管理。具体包括如下：任务创建之初，根据“套料/激光切割坐标”信息，获取工件在检料平台上的放置范围(即捡料区域)，建立用于视觉搜索的导航地图，规划工件搜索路径。在捡料任务执行过程中，与PLC通讯交互，根据需要向PLC下发当前需要的动作指令或指令组；根据需要向图像采集组件下发拍照搜索指令，借助于拍照的图像获取工件抓取点坐标、工件类型、吸嘴编号等信息。
数控任务管理模块根据套料/激光切割坐标信息，获取工件在检料平台上的放置范围(即捡料区域)，建立用于视觉搜索的导航地图，规划工件搜索路径。
数控任务管理模块加载用户或激光切割机提供的加工区域信息，推算已切割完毕的工件主要存在于整个平台的哪一片区域即捡料区域。计算该片区域占据了捡料平台上的哪些“视野小区”。
结合图5A至图5C对视觉小区、导航地图进行说明。
如图5A所示，数控任务管理模块将整个捡料平台分成X1Y1-X8Y6共48个“视觉小区”；根据激光切割系统传输的信息（如套料/激光切割坐标），得知工件放置范围(图5A中黑色区域)，经计算，需X4Y3-X8Y6共20个“视觉小区”，完全覆盖工件放置区域。即X4Y3-X8Y6共20个“视觉小区”需要搜索工件。数控任务管理模块将需要搜索捡料的“视野小区”在总的捡料路径之中自动编号(如图5A所示的N1-N20)，以便实际捡料过程总是按“视野小区”的编号逐一搜索并捡料。
人机交互处理模块中接收工件类型编号与接料装置编号的对应关系且上述“视野小区”确定后，可根据工件类型确定搜索策略。
在实际捡料中，存在工件“跨界”在相邻的两个甚至多个“视觉小区”之间，如图5B所示，工件跨在N2、N3、N6、N7四个“视觉小区”之间。故，实际搜索过程总是“交错重叠”的扫描小区，即搜索策略中的横向移动步长和纵向移动步长可小于视觉小区的宽度和长度。在实际应用中，通过遍历方式可扫描到工件，实际中存在多次扫描的过程。
依照上述原理，假设每个“视野小区”的图像范围是90cmx90cm，那么，每次步距30cm进行移动搜索扫描，可以确保将最大60cmx60cm的工件搜索到。
假设每个“视野小区”的图像范围是100cmx100cm，那么，每次步距30cm进行移动搜索扫描，可以确保将最大70cmx70cm的工件搜索到。
假设每个“视野小区”的图像范围是100cmx100cm，那么，每次步距20cm进行移动搜索扫描，可以确保将最大80cmx80cm的工件搜索到。
即，最大工件的捡取与“视野小区”的图像范围和最小移动步距有关。在人机交互处理模块，可以人工自由配置设定搜索策略，也可以通过数控任务管理模块借助于工件轮廓信息和视野小区的尺寸，确定搜索策略。上述搜索策略和导航地图中视觉小区的配置方法，增强了系统捡料大小的灵活性。
在无其它系统报警信号的情况下，数控任务管理模块随时可以响应用户的操作，启动捡料。
针对视觉分析处理模块，本实施例中可将视觉分析处理模块简称为视觉模块，该视觉模块对应的硬件部分主要是智能光源系统和机器视觉使用的工业相机。
智能光源系统负责自动探测环境光强度，根据环境光强度调整辅助光源的光强度。工业相机负责自动调整焦距，拍摄数字图像，并将数字图像传送给数控任务管理模块。
上述的智能光源系统和工业相机可组成图像采集组件，其可以安装在前述的Z轴丝杠上，或者通过单独的伺服驱动组件安装驱动。通常，为节省成本和结构简化，其可以安装在Z轴丝杠的固定区域，由第一伺服驱动组件用于驱动图像采集组件。
视觉模块主要用于负责控制拍照，接收图像信息，并分析处理，利用机器视觉技术在图像中搜索并确定工件的位置信息，进而计算切割件拾取组件捡取工件所需要的“偏移坐标”以及吸取工件所需要的“吸嘴阵列开启组合”。
上述视觉模块处理过程中，先进行数字图像处理，例如图像二值化、亮度变换、灰度直方图与直方图均衡化处理。接着进行基于卷积运算的特征提取，提取边、角、区域等特征，分析图像内的轮廓特征是否与已经建立的(工件轮廓图)数学模型高度匹配，按“匹配度”判断是否为工件轮廓。
在确定属于工件轮廓时，即识别出工件时，根据轮廓内与轮廓外色差特征，区分待捡取工件与已被捡取工件剩下的镂空区域，确定工件的具体坐标位置。最后，根据工件特点与吸嘴阵列特点，决策吸取工件所需要的“吸嘴阵列开启组合”及偏移坐标，向数控任务管理模块反馈分析结果。
具体地，视觉模块根据CAD工件图、吸盘阵列特征参数、吸嘴的开关信号、图像信息进行分析处理；其输出结果包括：是否存在工件，若存在工件，输出结果还包括：工件类型编号、工件抓取点中心坐标、吸嘴阵列开启组合方式等。
在其他实施例中，视觉模块还可用于根据CAD工件图(轮廓图)、工件材料与厚度参数，估算该工件的质量。
自动分拣数控系统采用了划分“视觉小区”的策略，使用精度相对普通的工业相机就能“看清楚”金属薄板细缝切割轮廓，大大降低了视觉方案的硬件成本与识别成功率。
此外，相对近距离、小视野的图像数据，利于视觉图像快速传输、快速分析，从而利于快节拍捡料。
由于划分“视觉小区”的策略，以及加载并分析“套料/激光切割坐标信息”，也为数控系统自动构建“导航地图”，规划搜索策略，建立了切实可行的数控依据。
自动分拣系统的接料装置具有开放式，可由用户相对自由的设定接料装置的位置以及接料装置尺寸大小，提高了该装置对不同用户、不同激光切割机的适用性。例如，用户设定的“接料装置”，可以是一个铁桶，可以是一个倾斜的台面，也可以是流水线传送带的起始端等，提高了布置的灵活性。
实施例四
基于一种实际结构的激光切割机的自动分拣系统，例如，集成有自动分拣数控系统的工控机、PLC、图像采集组件、第一伺服驱动组件、切割件拾取组件；切割件拾取组件的端头设置为开放式吸盘阵列结构，
第一伺服驱动组件用于驱动图像采集组件至指定位置，以及驱动切割件拾取组件至拾取位置实现工件的拾取。工控机与PLC通过Modbus-TCP总线协议交互信息；PLC与第一伺服驱动组件通过EtherCAT总线协议交互信息；PLC通过DMCNET总线方式控制切割件拾取组件。
第一伺服驱动组件的具体结构和配合组件参见图3所示。本实施例提供该自动分拣系统的操作方法，如图6所示。
在工控机上电启动后，需要对自动分拣系统进行初始化，在初始化之后执行下述的第一步和第二步。本实施例的初始化可具体包括：操作人员控制执行常规的回零搜索，寻找参考点，建立坐标系。
在具体实现过程中，若接收待捡取工件的接料装置为多个，如按照类型编号时，则可在初始化中设定待捡取工件的类型，每一类型对应的接料装置的编号等信息，即预先输入待捡取工件的类型与接料装置的编号之间的对应关系。通常，每个接料装置编号对应一个接料位置区域坐标位置，即该处的对应关系可为类型与归属的坐标位置的对应关系，进而PLC根据拾取指令进行待捡取工件的拾取之后按照对应关系放置所属的接料位置。
第一步任务规划阶段
1.1加载工件图，建立工件模型。
用户/激光切割机系统向自动分拣系统提供“工件轮廓图”即(CAD工件图)，以及“套料/激光切割坐标”信息。自动分拣系统的视觉模块根据“工件轮廓图”的特征，建立用于视觉识别的“工件模型”。
1.2工件与接料装置配对。
用户需将每种“工件编号”(对应“工件模型”)与“接料装置编号”(对应“接料装置坐标位置”)进行匹配。即确定该“工件”需要放入哪一个“接料装置”。
1.3建立导航地图，规划搜索策略及搜索路径。
自动分拣系统根据“套料/激光切割坐标”信息，建立用于视觉搜索的“导航地图”。即将需要整个需要检料的区域，划分为N个需要视觉搜索的“视觉小区”即(相机拍照的视野区域)，并自动编号，准备逐一进行搜索捡料。
第二步：具体捡料方法
对N个“视觉小区”逐一进行搜索捡料的具体方法：
2.1计算拍照时相机的坐标位置
首先，自动分拣系统根据当前“视觉小区”的坐标位置，推算相机在“视觉小区”正上方拍照所需要的坐标位置。
2.2执行相机到位
自动分拣系统向PLC下发动作指令，由PLC以及传动系统即第一伺服驱动组件负责将相机送至需要拍照的位置(如抬起机械手至平移高度)。
2.3拍照分析并反馈搜索结果。
相机到位后，自动分拣系统负责光源控制、聚焦微调、拍照控制，获取相机拍到的图像信息，并分析图像中是否存在符合“工件模型”特征的“工件”。
如果存在“工件”(不止一种可任选其一)，计算最佳的工件抓取位置，以及抓取工件所需要的吸嘴阵列开启组合，并将抓取位置、吸嘴阵列开启组合、工件类型信息反馈至自动分拣系统。
如果不存在“工件”，则反馈“不存在工件”信息至自动分拣系统，本“视觉小区”的“搜索捡料子任务”结束，如图7所示的捡料子任务的流程。
2.4执行“机械手到位”。
如果存在工件，自动分拣系统向PLC下发动作指令，由PLC以及第一伺服驱动组件负责执行“机械手”到位，包括在X轴、Y轴方向上将切割拾取组件送至捡取点上方，以及Z轴方向上将切割拾取组件落至预捡取高度。此过程，X轴、Y轴、Z轴，可以联动执行。
2.5执行“下探-吸料-预抬起”动作组
2.5.1下探：PLC负责在Z轴方向上，控制切割拾取组件从“预捡取高度”慢速下探至“捡料高度”。
2.5.2吸料：自动分拣系统根据视觉模块提供的“吸嘴阵列开启组合”控制吸嘴吸气，令切割拾取组件吸合板材。(吸合过程中，可通过探测吸合气压，判断工件是否被“正常吸合”)。
2.5.3预抬起：自动分拣系统向PLC下发动作指令，由PLC负责在Z轴方向上，控制切割拾取组件从“捡料高度”慢速上抬至“预抬起高度”。
2.6执行“放料到位”。
PLC负责将工件送至相应的“接料装置”上方，并停在放料高度。此过程，“工件”在X轴、Y轴方向上从“捡取点位置”运动至“接料装置”正上方，在Z轴方向上先上抬(行程够远则最高上抬至平移高度)，再下落至“放料高度”。
2.7执行“释放工件”，结束本工件的捡取任务。
自动分拣系统控制吸嘴停止吸气，从而释放工件。
2.8重复上述搜索捡料。
根据“拍照偏移位置”，回到2.2步骤，循环上述，直至视觉搜索结果为“不存在工件”，则本“视觉小区”的“搜索捡料子任务”结束，“搜索捡料子任务”序号加1，准备进行下一个“视觉小区”的搜索任务。
如果视觉搜索结果为“不存在工件”，且本“视觉小区”是最后一个(第N个)，则全部捡料任务完成。
另外，如图7所述，PLC对上述“放料到位动作组”执行过程中实时进行“掉料检测”。如果PLC检测到发生了“掉料”事件，则自动停止当前动作，标记掉料位置，通知自动捡料系统的数据任务管理模块，触发“掉料捡取”插补任务。
应当注意的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (14)

1.一种激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，所述方法包括：
S10、获取用于识别激光切割件的第一信息；
S20、根据第一信息，建立激光切割件所属区域的导航地图，并基于所述导航地图确定激光切割件的搜索策略；
所述导航地图包括：多个依序排列的视觉小区组成的视觉地图；每一视觉小区具有唯一序号，且每一视觉小区为对应图像采集组件视野的区域；所述搜索策略包括依据视野小区确定搜索的步长和搜索的顺序；
S30、根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送图像采集指令，并根据图像采集组件基于图像采集指令反馈的图像识别所述激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
2.根据权利要求1所述的激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，所述方法还包括：S30包括：
根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送第一图像采集指令，并获取图像采集组件返回的第一实时图像；
以及，基于第一信息，识别所述第一实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件；
否则，则按照搜索策略和导航地图向图像采集组件发送第N图像采集指令，以使图像采集组件基于第N图像采集指令采集第N实时图像并反馈，基于第一信息，识别所述第N实时图像中是否存在激光切割件，若存在，则识别激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件；
否则，重复上述发送第N+1图像采集指令，N大于等于1；若遍历完导航地图，均无激光切割件，则发出报警信号。
3.根据权利要求1或2所述的激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，S10包括：
S11、自动分拣数控系统接收用户输入/导入的激光切割件的指定格式工件图、激光切割件的类型；
S12、自动分拣数控系统接收激光切割系统传输的套料文件和/或激光切割坐标信息；
S13、自动分拣数控系统根据指定格式工件图、激光切割件的类型、套料文件和/或激光切割坐标信息，获取作为第一信息的激光切割件的基本信息；所述基本信息包括下述的一种或多种：形状、坐标原点、激光切割件所属板材的板材信息、推测的坐标位置、激光切割件的类型与接料装置的对应关系、轮廓、模型特征、切割区域信息。
4.根据权利要求3所述的激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，S20包括：
S21、所述自动分拣数控系统根据激光切割件的基本信息，获取激光切割件的捡料区域，所述捡料区域为捡料平台上的某一个区域；
S22、根据捡料区域和图像采集组件的视野尺寸，建立多视觉小区组成的导航地图；
S23、根据所述导航地图中视觉小区的位置信息和视觉小区的尺寸，确定横向移动步长和纵向移动步长、移动路径，得到激光切割件的搜索策略。
5.根据权利要求4所述的激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，S23包括：
视觉小区的尺寸为90cmx90cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于60cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为30cm；激光切割件的直径/长为小于等于70cm的工件；
视觉小区的尺寸为100cmx100cm，横向移动步长和纵向移动步长均为20cm；激光切割件的直径/长为小于等于80cm的工件。
6.根据权利要求2所述的激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，
每一图像采集指令包括：待采集图像区域的中心坐标信息；
或者，S30包括：
对第一实时图像进行二值化处理，并对二值化的图像进行亮度转换和直方图就均衡化，获得中间结果图像；
对中间结果图像进行特征提取，并判断提取的特征的轮廓和第一信息中的激光切割件的轮廓是否匹配；
若匹配，则确定第一实时图像存在激光切割件，激光切割件的类型编号，并根据提取的特征的轮廓的信息，获取作为抓取中心坐标的激光切割件的位置信息。
7.根据权利要求6所述的激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，所述S30还包括：
切割件拾取组件包括：吸盘阵列时，根据提取的特征的轮廓的信息，确定切割件拾取组件中所需要开启的吸嘴阵列组合的信息；以控制吸盘阵列基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
8.根据权利要求3所述的激光切割件的自动分拣方法，其特征在于，所述方法还包括：
S40、针对存在激光切割件的实时图像，判断激光切割件是否符合该激光切割件所属类型的质量标准，输出判断结果。
9.一种激光切割件的自动分拣装置，其特征在于，包括：
人机交互处理模块，用于获取识别激光切割件的第一信息；
数控任务管理模块，用于根据第一信息，建立激光切割件所属区域的导航地图，并基于所述导航地图确定激光切割件的搜索策略；根据所述搜索策略和导航地图，向图像采集组件发送图像采集指令；
所述导航地图包括：多个依序排列的视觉小区组成的视觉地图；每一视觉小区具有唯一序号，且每一视觉小区为对应图像采集组件视野的区域；所述搜索策略包括依据视野小区确定搜索的步长和搜索的顺序；
视觉分析处理模块，用于根据图像采集组件基于图像采集指令反馈的图像识别所述激光切割件的位置信息，以使切割件拾取组件基于所述激光切割件的位置信息分拣所述激光切割件。
10.一种激光切割件的自动分拣系统，其特征在于，自动分拣系统用于对捡料平台上的激光切割件进行自动分拣，自动分拣系统包括：集成有自动分拣数控系统的工控机、自动控制器、图像采集组件、第一传动结构；第一传动结构用于使图像采集组件移动至捡料平台的指定位置；
所述工控机根据第一信息向所述自动控制器发送一个以上的指令，以使自动控制器根据一个以上的指令控制第一传动结构使所述图像采集组件移动，以实时采集指定位置的图像；
所述工控机中的自动分拣数控系统根据第一信息和实时采集的图像确定激光切割件的位置信息；以使切割件拾取组件根据激光切割件的位置信息拾取所述激光切割件；
所述第一信息为用户输入的信息，或者为激光切割系统传输的信息。
11.根据权利要求10所述的激光切割件的自动分拣系统，其特征在于，自动分拣数控系统执行上述权利要求1至8任一所述的一种激光切割件的自动分拣方法。
12.根据权利要求11所述的激光切割件的自动分拣系统，其特征在于，切割件拾取组件的端头包括多个吸嘴的开放式吸盘阵列结构。
13.根据权利要求10所述的激光切割件的自动分拣系统，其特征在于，工控机与自动控制器通过Modbus-TCP总线协议交互信息；
自动控制器与第一传动结构通过EtherCAT总线协议交互信息；
自动控制器通过DMCNET总线方式控制切割件拾取组件。
14.一种激光切割装置，其特征在于，包括：激光切割系统和上述权利要求10至13任一所述的激光切割件的自动分拣系统；
所述激光切割系统在激光切割件加工完成后，所述激光切割系统将承载激光切割系统的激光切割件的平台移动至自动分拣系统的区域，并作为捡料平台，所述激光切割件的自动分拣系统按照权利要求1至8任一所述激光切割件的自动分拣方法对捡料平台的激光切割件进行识别并捡取。
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