一種基于雙目視覺的智能激光切邊系統及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于雙目視覺的智能激光切邊系統及其方法，屬于圖像處理、視 覺圖像處理及機械手激光切割技術領域。
【背景技術】
[0002] 對于毛邊較厚或材質較硬的鑄造件，目前常用的去毛邊方法是機械手激光切割。 常用激光切割方法有示教機械手切割和激光視覺傳感。
[0003] 示教機械手切割器是利用機械手的示教器進行切割點的坐標、姿態逐一查找、記 錄來實現切割作業。這種方法不僅效率低而且依靠人眼判斷切割精度難以得到保證。
[0004] 激光視覺傳感具有主動性、非接觸、能獲取物體的三維信息、精度高等優點。但激 光視覺系統成本較高，運用在切割余量只需保證在3~8_鑄件毛坯去邊工序來說，完全沒 有必要。此外激光傳感器對環境要求較高、不能長時間連續作業、工作效率低。

【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是：提出一種基于雙目視覺的智能激光切邊系統及其方 法，利用雙目視覺獲取工件毛坯件的圖像信息并與掃描獲取的切割輪廓曲線進行匹配，從 實現機械手切割作業。
[0006] 本發明的技術方案如下：
[0007] -種基于雙目視覺的智能激光切邊系統，包括工控機、掃描儀、箱式切割平臺，所 述箱式切割平臺內安裝有機械手、伺服電機、視覺移動平臺、照明系統以及CCD雙目視覺攝 像機；所述工控機通過伺服電機控制安裝在視覺移動平臺上的CCD雙目視覺攝像機運動， 所述機械手通過設置一個機械手控制柜與工控機連接，所述視覺移動平臺通過設置一個視 覺移動平臺控制柜與工控機連接；
[0008] 所述照明系統采用機器視覺光源，可調亮度和投射角度，裝在箱式切割平臺頂部， 保證CCD雙目視覺攝像機拍攝到清晰無反光的加工現場圖；
[0009] 所述工控機與掃描儀連接，工控機通過掃描儀獲得工序圖紙信息，提取工序圖紙 中輪廓信息與尺寸信息；
[0010] 所述工控機獲取和顯示C⑶雙目視覺攝像機拍攝的視頻，用以調整機器視覺光源 來獲取清晰的加工現場圖像；現場圖像與工序圖紙的輪廓相匹配獲得切割路徑，自動控制 驅動機械手完成切割作業。
[0011] 上述箱式切割平臺三面封閉，用于防止外部環境光線干擾。
[0012] 一種基于雙目視覺的智能激光切邊方法，利用上述的系統，其步驟如下：
[0013] (1)、啟動工控機，同時啟動兩個線程；
[0014] (2)、線程1 :對預先放在掃描儀上的切割工序圖紙進行掃描，將掃描獲得的工序 圖片進行圖像預處理后，再提取出切割輪廓曲線和尺寸信息，將輪廓曲線離散并排列，獲得 一組有序的加工特征點坐標；
[0015] (3)、線程2 :執行加工現場最佳圖像的自動獲取任務；
[0016] (3a)、首先調整照明系統，確保CCD雙目視覺攝像機獲取清晰的現場圖像；
[0017] (3b)、箱式切割平臺表面預先設有提供給圖像自動標定的特殊標識標定點，每個 標定點代表機械手坐標系下的一個坐標位置；
[0018] (3c)、通過C⑶雙目視覺攝像機獲取加工現場單幀圖像，包括左目、右目兩張圖 片，對左目圖像進行圖像預處理，自動識別左目圖像中的標定點，運用Tsai兩步法對左目 圖像進行自動標定和畸變處理，獲得左目圖像與機械手坐標系的映射關系；
[0019] (3d)、識別左目圖像中工件毛坯的幾何中心，根據步驟（3c)的標定結果求解出 CCD雙目視覺攝像機中心與工件毛坯的幾何中心的相對位置關系；
[0020] (3e)、根據步驟（3d)的相對位置關系，驅動伺服電機帶動裝載有CCD雙目視覺攝 像機的視覺移動平臺運動，使得CXD雙目視覺攝像機中心運動至工件毛坯中心正上方，獲 得加工現場最佳圖像；
[0021] (3f)、C⑶雙目視覺攝像機機械運動系統是半閉環系統，需要進行重復步驟（3c)， 判斷CCD雙目視覺攝像機是否運動至工件毛坯中心正上方范圍，若是，則進行步驟（3e);若 否，則進行步驟（3d)操作；
[0022] (3g)、通過步驟（3e) C⑶雙目視覺攝像機獲取加工現場最佳圖像，分別是左目、右 目兩張圖片，分別對兩張圖片進行圖像濾波、增強、識別、標定、畸變處理，從而獲得兩張圖 像像素坐標與機械手坐標系的映射關系；
[0023] (4)、根據步驟（3g)中求出的映射關系將其分別投影至上述左目和右目兩張圖像 中，工控機自動將工件毛坯外輪廓與切割輪廓曲線進行位置關系進行匹配；
[0024] (5)、根據同一個切割輪廓曲線上的離散點在兩張圖像中的視差可求解出對應切 割輪廓曲線上平面點的深度信息，即求解出切割輪廓曲線中的特征點在機械手坐標系下的 三維坐標；
[0025] (6)、根據機器人學的運動學方程，由機器人坐標系下的切割點坐標及姿態逆向求 解出機械手各個關節的關節角；
[0026] (7)、對相鄰兩切割點對應的關節角進行直線插補，編寫機械手驅動能夠識別的程 序并導入機械手控制柜來進行切割作業。
[0027] 本發明所達到的有益效果：
[0028] 本發明智能化程度較高，操作簡便。系統通過掃描儀掃描圖紙獲得切割輪廓信息 并自動與經圖像處理的視覺圖像匹配獲得切割路徑。相比于同類產品的人工提取切割坐標 點和人工標定獲得切割路徑的方法，本發明的智能化程度更高且對操作人員的技能程度要 求更低。
[0029] 手動標定和人工示教的切割機器人依靠人眼觀察來保證切割點的精度，往往精度 不高。本發明利用高精度的CCD雙目視覺攝像頭、自動調節的視覺移動平臺和機器視覺光 源，來保證拍攝到最佳切割現場圖片，以達到切割精度在Imm以內。并且系統包含有標定平 臺，具有自動標定的功能，免去了人工參與的視覺標定過程，大大提高了智能化程度。
[0030] 相比于需要手動編程或是逐一示教的切割機器人，本發明能根據切割路徑和姿態 自動編程，節約了編程和示教的時間，提高了生產效率。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明系統的結構示意圖；
[0032] 圖2是本發明的方法流程圖；
[0033] 圖3是掃描儀所描圖紙獲得的圖片；
[0034] 圖4是掃描圖片經圖像處理所得圖片；
[0035] 圖5是掃描圖片經圖像處理所得輪廓粗實線的像素示意圖；
[0036] 圖6是單位像素及其領域8個像素的示意圖；
[0037] 圖7是經圖像處理所得粗實線內外像素輪廓示意圖；
[0038] 圖8是表面設有標定點的箱式切割平臺；
[0039] 圖9是標定點的區域劃分圖。
【具體實施方式】
[0040] 下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明 的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0041] 如圖1所示，一種基于雙目視覺的智能激光切邊系統，包括工控機1、掃描儀2、箱 式切割平臺5,箱式切割平臺5內安裝有機械手10、伺服電機9、視覺移動平臺7、照明系統8 以及C⑶雙目視覺攝像機6 ;工控機1通過伺服電機9控制安裝在視覺移動平臺7上的CXD 雙目視覺攝像機6運動，機械手10通過設置一個機械手控制柜3與工控機1連接，視覺移 動平臺7通過設置一個視覺移動平臺控制柜4與工控機1連接；
[0042] 照明系統8采用機器視覺光源，可調亮度和投射角度，裝在箱式切割平臺5頂部， 保證CCD雙目視覺攝像機6拍攝到清晰無反光的加工現場圖；
[0043] 工控機1與掃描儀2連接，工控機1通過掃描儀2獲得工序圖紙信息，提取工序圖 紙中輪廓信息與尺寸信息；
[0044] 工控機1獲取和顯示C⑶雙目視覺攝像機6拍攝的視頻，用以調整機器視覺光源 來獲取清晰的加工現場圖像；現場圖像與工序圖紙的輪廓