一種基于視覺(jué)控制的磨邊裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于自動(dòng)化磨邊技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于視覺(jué)控制的磨邊裝置 及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 餐盤作為生活中的常用器具，其在生產(chǎn)過(guò)程中需進(jìn)行磨邊處理。目前，餐盤磨邊處 理方法主要分為兩類:人工手動(dòng)磨邊和自動(dòng)化磨邊，其中自動(dòng)化磨邊處理由于自動(dòng)化程度 高、效率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中自動(dòng)化磨邊處理的方案大部分用于玻璃制品的磨邊，其主要可以歸納 為以下幾類：
[0004] 1)通過(guò)靠模(也稱靠模仿形機(jī))控制被磨削產(chǎn)品形狀:利用產(chǎn)品模板定位，磨削異 形玻璃各邊，在靠模仿形機(jī)中，工件旋轉(zhuǎn)軸使用三相交流電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)夾緊在該 軸上的工件旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)靠模機(jī)構(gòu)與作直線運(yùn)動(dòng)的磨頭進(jìn)給軸之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)磨頭對(duì) 工件周邊的磨削加工。該靠模加工方式在加工產(chǎn)品前需要制作專門的產(chǎn)品模板，當(dāng)生產(chǎn)品 種較多時(shí)，模板制作與管理費(fèi)用高、更換費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0005] 2)基于恒力矩自適應(yīng)磨邊或者模糊PID控制磨邊速度：即PID參數(shù)Kp、Ti和Td在線 自整定的模糊PID控制方法。而該方法只能加工部分特定外形特征的工件，對(duì)于外形較小且 長(zhǎng)寬比較大的制品來(lái)說(shuō)，難以在拐角處實(shí)現(xiàn)快速、及時(shí)的跟蹤，從而導(dǎo)致磨邊不夠均勻或者 磨不到，故該類磨邊方法及裝置難以滿足復(fù)雜多樣的異形邊制品的磨邊要求，而對(duì)于外形 較大的制品，雖能滿足磨邊精度上的要求，但耗時(shí)較長(zhǎng)、磨邊效率低。
[0006] 3)采用AUTOCAD繪制被加工制品的圖形以DXF文件格式的形式保存，然后將CAD坐 標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成工件坐標(biāo)系下，最終生成G代碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)控磨邊。但該方法對(duì)被加工制 品的裝夾定位有很高要求，須保持準(zhǔn)確的坐標(biāo)定位，然而復(fù)雜嚴(yán)格的定位會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn) 生很大的制約，該方法不適合大批量生產(chǎn)。
[0007] 4)利用固定安裝在一起的磨邊機(jī)構(gòu)和相機(jī)，實(shí)現(xiàn)玻璃產(chǎn)品的磨邊：例如， CN201520216408.2公開(kāi)的一種自動(dòng)化的玻璃磨邊加工中心，其通過(guò)紅外線發(fā)射器發(fā)射紅外 線到工件上，并利用掃描器感應(yīng)工件輪廓上的紅外線定位點(diǎn)，以此生成加工輪廓并獲得加 工軌跡，主軸機(jī)構(gòu)根據(jù)加工軌跡進(jìn)行加工;再如，CN201420470616.0公開(kāi)的一種顯示玻璃基 板磨邊機(jī)，其通過(guò)視覺(jué)影像攫取鏡頭攫取玻璃基板上的定位點(diǎn)，根據(jù)攫取定位點(diǎn)的坐標(biāo)編 制加工磨邊的基準(zhǔn)路線，砂輪和承載治具沿加工基準(zhǔn)路線進(jìn)行磨邊工作。然而，上述磨邊方 法相機(jī)和磨邊設(shè)備裝配在一起，磨邊時(shí)產(chǎn)生的粉末狀飛肩，在長(zhǎng)期積累下會(huì)黏附在相機(jī)的 鏡頭表面，嚴(yán)重影響成像的質(zhì)量，而且粉塵也會(huì)對(duì)相機(jī)產(chǎn)生很大的損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于視覺(jué)控制的磨邊裝 置及方法，其中采用視覺(jué)控制的方式，實(shí)現(xiàn)餐具盤邊緣的自動(dòng)化磨削，以去除因固化成型產(chǎn) 生的邊緣毛刺，且利用視覺(jué)控制單元實(shí)現(xiàn)餐具輪廓圖像的高精度獲取，并利用磨邊單元實(shí) 現(xiàn)餐具邊緣的高精度磨削，其中視覺(jué)控制單元與磨邊單元位于不同的加工工位，相對(duì)獨(dú)立 設(shè)計(jì)，可有效提高工業(yè)相機(jī)的使用壽命和使用精度，可解決現(xiàn)有技術(shù)存在的磨邊時(shí)產(chǎn)生的 粉末狀飛肩影響相機(jī)圖像采集以及對(duì)相機(jī)造成的損壞，可有效保證磨邊精度及質(zhì)量。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種基于視覺(jué)控制的磨邊裝置， 該裝置包括傳送單元、視覺(jué)控制單元和磨邊單元，所述視覺(jué)控制單元和磨邊單元設(shè)置在所 述傳送單元的上方，并分別位于磨削等待工位和磨削工位，其中：
[0010] 所述傳送單元用于傳送待磨邊的工件；
[0011]所述視覺(jué)控制單元包括圖像采集模塊、圖像處理模塊和LED照明模塊，所述圖像采 集模塊用于采集待磨邊工件的圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)傳送至圖像處理模塊中，所述圖像 處理模炔基于所述圖像數(shù)據(jù)獲得反映工件邊緣的輪廓特征，并根據(jù)輪廓特征獲得數(shù)控系統(tǒng) 加工用G代碼，所述LED照明模塊安裝于所述圖像采集模塊的上方，并為其提供照明；
[0012 ]所述磨邊單元在控制系統(tǒng)的控制下根據(jù)所述G代碼對(duì)待磨邊工件進(jìn)行磨邊。
[0013] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述傳送單元優(yōu)選為同步齒形帶，所述圖像采集模塊優(yōu)選為 CMOS相機(jī)，所述圖像采集模塊的一側(cè)設(shè)有防塵單元。
[0014] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述CMOS相機(jī)鏡頭的具體參數(shù)如下:焦距f?為6mm-9.6mm，視場(chǎng) 角為46.4°-67.5°，光圈值F〈4.74。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述CMOS相機(jī)的圖像傳感器的革巴面尺寸為6 ? 4mm X 4 ? 8mm，并 且其鏡頭的成像尺寸也為6.4mm X 4.8mm;所述CMOS相機(jī)距離所述待磨邊工件的距離為 500mm-600mm〇
[0016] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述工件為餐盤，所述LED照明裝置采用LED陣列光源，該光源 為發(fā)射波長(zhǎng)為860nm的近紅外光。
[0017] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述磨邊單元包括機(jī)架、夾持與動(dòng)力機(jī)構(gòu)和磨邊機(jī)構(gòu)，其中所 述夾持與動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)于所述機(jī)架的中部，其用于夾持待磨削的工件，并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn);所述 磨邊機(jī)構(gòu)為兩組，其安裝在所述機(jī)架上，并對(duì)稱分布在所述夾持與動(dòng)力機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，以對(duì)所 述工件的邊緣進(jìn)行磨邊。
[0018] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述磨邊機(jī)構(gòu)包括進(jìn)給電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和磨頭，所述磨頭在所 述進(jìn)給電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。
[0019] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于視覺(jué)控制的磨邊方法，該方法包括如下 步驟：
[0020] 將待磨邊的工件傳送至磨削等待工位；
[0021] 利用位于磨削等待工位上方的視覺(jué)控制單元，采集工件的圖像數(shù)據(jù)，并基于所述 圖像數(shù)據(jù)獲得反映工件邊緣的輪廓特征，然后根據(jù)輪廓特征導(dǎo)出數(shù)控系統(tǒng)加工用G代碼；
[0022] 將待磨邊的工件由磨削等待工位傳送至磨削工位，根據(jù)所述G代碼對(duì)待磨邊工件 進(jìn)行磨邊。
[0023] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述基于圖像數(shù)據(jù)獲得反映工件邊緣的輪廓特征具體包括： [0024]將圖像劃分為背景和輪廓目標(biāo)兩個(gè)區(qū)域，獲取使背景與輪廓目標(biāo)的類間灰度方差 為最大時(shí)的灰度值作為最佳分割閾值t;
[0025]令圖像中灰度值:小于或等于t的像素的新灰度值為0,大于t的像素的新灰度值 為1，分割得到二值函數(shù)圖像：FC^i) = [卜5 ^ y ;利用二值函數(shù)圖像提取二值圖像輪 (1 ; (jl)jJ> L 廓。
[0026] 作為進(jìn)一步優(yōu)選的，獲取使背景與輪廓目標(biāo)的類間灰度方差最大的灰度值作為最 佳分割閾值t具體包括：
[0027] 設(shè)圖像的灰度級(jí)為L(zhǎng)級(jí)，背景出現(xiàn)的概率為PA，輪廓目標(biāo)出現(xiàn)的概率為PB，背景區(qū)域 的平均灰度值為《a，輪廓目標(biāo)區(qū)域的平均灰度值為co B，則：
[0028] PA = Pi，PB =舊][)丨=1 -Pa;
[0029] (a)a = S!=() iPi/PA，⑴B=出/Pb ;
[0030] 圖像灰度的平均值則為：
[0031] (i)Q = PA,〇jA +. PB:mB = SteJ'iPi;:
[0032] 背景區(qū)域與輪廓目標(biāo)區(qū)域的類間灰度方差〇2為：
[0033] o2 =Pa( o a_〇o)2+Pb( 〇『〇 〇)2;
[0034]求得圖像中使得上述類間灰度方差〇2為最大時(shí)的灰度值即為最佳分割閾值t。
[0035] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：
[0036] 1.在本發(fā)明中，采用視覺(jué)控制的方式，實(shí)現(xiàn)餐具盤邊緣的自動(dòng)化磨削，以去除因固 化成型產(chǎn)生的邊緣毛刺，其中視覺(jué)控制單元與磨邊單元位于不同的加工工位，兩者相對(duì)獨(dú) 立設(shè)計(jì)，與現(xiàn)有的磨削裝置相比，具有提高工業(yè)相機(jī)的使用壽命和使用精度的作用，可解決 現(xiàn)有技術(shù)存在的磨削工件產(chǎn)生的飛肩、粉塵進(jìn)入圖像采集模塊即相機(jī)內(nèi)部，對(duì)相機(jī)造成損 害，或者落在相機(jī)屏幕上，影響拍攝精度等問(wèn)題;且可克服靠模方式下模板制作費(fèi)用高，更 換模板麻煩的問(wèn)題，克服傳統(tǒng)磨邊設(shè)備不能在保證磨削精度的前提