本發(fā)明涉及機器視覺，具體涉及一種基于機器視覺的追剪控制系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、激光切割是應用最為廣泛的激光加工技術之一，隨著智能制造對制造業(yè)影響力的與日俱增，工業(yè)界迫切需要開發(fā)更高效、更智能化的激光切割數控系統(tǒng)，開發(fā)一款基于視覺識別的切割系統(tǒng)是激光切割實現(xiàn)智能化的重要途徑，目前機器視覺技術被廣泛地應用到各行各業(yè)中，在工業(yè)控制領域的運用尤為突出，中國是工業(yè)制造大國，利用視覺技術來提供工業(yè)生產效率、提高加工精度、降低生產成本，這些無疑將推動整個國家制造業(yè)的生產水平。

2、目前基于機器視覺的追剪控制系統(tǒng)，還存在以下問題：

3、(1)切割系統(tǒng)由于物理屬性導致啟停狀態(tài)時，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性不足會降低系統(tǒng)的使用壽命以及導致切割精度的降低；

4、(2)切割過程中需要對待切割工件進行圖像識別，由于圖像識別目標時數據處理不當導致切割效率不高。

5、(3)對于一個復雜的待切割工件的輪廓而言，意味著需要頻繁地啟停，這樣會導致切割控制系統(tǒng)的運行出現(xiàn)故障，無法規(guī)避驅動設備由于慣性帶來的過沖和失步現(xiàn)象。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于機器視覺的追剪控制系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術中對于現(xiàn)有技術中切割精度低、由于圖像識別目標時數據處理不當導致切割效率不高、以及無法規(guī)避驅動設備由于慣性帶來的過沖和失步現(xiàn)象的技術問題。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明具體提供下述技術方案：

3、本發(fā)明的第一個方面，提供了一種基于機器視覺的追剪控制方法，包括以下步驟：

4、通過視覺相機對剪切區(qū)域進行實時識別獲取剪切區(qū)域像素信息，采用輪廓擬合算法對所述剪切區(qū)域像素信息進行插補，獲取對應剪切區(qū)域的邊界輪廓像素數據；

5、對所述邊界輪廓像素數據通過閾值剪切算法進行輪廓提取，通過邊緣檢測獲取邊緣點坐標信息，對所述邊緣點坐標信息計算邊緣點中心通過曲線擬合建立輪廓切割曲線圖；

6、根據所述輪廓切割曲線圖搭建對應剪切區(qū)域的控制系統(tǒng)，通過控制器的各類控制指令，對剪切區(qū)域進行切割操作。

7、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，通過視覺相機對剪切區(qū)域進行實時識別獲取剪切區(qū)域像素信息，包括：

8、對所述視覺相機獲取的目標圖像進行預處理，建立所述目標圖像成像平面上的圖像像素坐標系，將所述圖像像素坐標系映射成二維數組矩陣；

9、將所述二維數組矩陣以時間序列l(wèi)篩選奇數個像素點作為像素點中間區(qū)域，將所述像素點中間區(qū)域作為滑動窗口；

10、在所述滑動窗口內實時計算圖像像素值并進行排序，取所述圖像像素值中位數作為新像素值，在滑動窗口實時移動時，將所述新像素值替換噪聲點像素值，并更新所述二維數組矩陣，獲取剪切區(qū)域像素信息。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，采用輪廓擬合算法對所述剪切區(qū)域像素信息進行插補，獲取對應剪切區(qū)域的邊界輪廓像素數據，包括：

12、對所述剪切區(qū)域像素信息采用機器視覺軟件halcon中創(chuàng)建直角矩形算子gen_rectangle1生成需要剪切處理的矩形區(qū)域，通過圖像顯示算子dev_display實時顯示所述矩形區(qū)域；

13、對所述矩形區(qū)域采用縮小圖像域算子reduce_domain實時縮減所述圖像像素坐標系目標區(qū)域的定義域，獲取所述目標區(qū)域中邊界輪廓坐標信息；

14、對所述邊界輪廓坐標信息建立灰度圖像直方圖，利用類間最大方差作為閾值，對邊界輪廓進行插補，具體為：

15、根據所述邊界輪廓坐標信息對目標區(qū)域的灰度圖設定灰度存在等級，范圍為(0，a)，像素數量為n，用ni表示灰度等級為i的像素數量；

16、將所述界輪廓坐標信息橫軸分割成c2、c3兩類，所述c2表示灰度值范圍為0至t，c3表示灰度值范圍為t+1至a，計算圖像的灰度總均值；

17、根據所述灰度總均值計算c2、c3兩類的類間最大方差，將其作為閾值，將灰度值低于閾值的像素點按序替換，獲取邊界輪廓像素數據。

18、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，對所述邊界輪廓像素數據通過閾值剪切算法進行輪廓提取，包括：

19、將所述邊界輪廓像素數據作為目標像素，在所述目標像素周圍設置p1至p8共八個包圍像素點，將所述八個包圍像素點作為目標像素的鄰域像素點；

20、在所述八個包圍像素點內隨機選取一個像素點作為起始像素點，按行開始從左至右逐列掃描，當所述起始像素點坐標與目標像素點重合時，記錄所述目標像素點的坐標，將所述起始像素點坐標與目標像素點坐標連接在一起，對應所述起始像素點繼續(xù)前進；

21、所述起始像素點遍歷時采用逆時針方向進行，對目標像素的鄰域挨個檢測，當再次遍歷至起始像素時表示檢測完成，輪廓檢測結束，獲取輪廓的實時跟蹤數據。

22、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，通過邊緣檢測獲取邊緣點坐標信息，對所述邊緣點坐標信息計算邊緣點中心通過曲線擬合建立輪廓切割曲線圖，包括：

23、對實時的輪廓跟蹤數據逐行遍歷直至圖像的第一個非零像素點，將所述非零像素點作為起點并記錄坐標，逆時針依次搜索所述非零像素點的鄰域像素點，將所述非零像素點作為當前時刻的像素坐標點，記錄坐標，并將其他非零像素點置零；

24、對所述輪廓跟蹤數據重復搜索、記錄坐標以及置零像素點的過程，直至搜索到下一非零點鄰域內無非零像素點為止，將當前的所述下一非零點作為孤點；

25、判斷所述孤點是否為起點，若為起點，則輪廓曲線為閉合曲線，結束搜索，閉合連接軌跡的連續(xù)像素坐標序列；

26、若不是起點，則輪廓曲線為非閉合曲線，將所述孤點作為新的起點，再次遍歷實時的輪廓跟蹤數據，直至下一非零點為孤點為止，結束搜索，連接軌跡的連續(xù)像素坐標序列；

27、將所述連續(xù)像素坐標序列通過直線擬合，獲取輪廓切割曲線圖。

28、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，根據所述輪廓切割曲線圖搭建對應剪切區(qū)域的控制系統(tǒng)，通過控制器的各類控制指令，對剪切區(qū)域進行切割操作，包括：

29、將所示輪廓切割曲線圖中的輪廓的圖像像素數據通過串口發(fā)送至控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)接收到所述圖像像素數據進行臨時存儲，對所述圖像像素數據進行分析后對切割設備進行速度規(guī)劃；

30、所述切割設備通過伺服電機控制各軸進給量，通過線性插補算法在所述切割設備中進行插補，通過將圖像像素的坐標序列分割成n份，利用n條短線逼近輪廓曲線；

31、根據所述圖像像素數據判斷是否到達切割終點，實時終止切割。

32、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述線性插補算法通過時間分割對所述圖像像素數據進行插補，包括：

33、將所述圖像像素的坐標序列以1毫秒的時間單位分割成n份，連接n段短線輪廓，將所述短線輪廓的起點設為o點，終點設為q(xq，yq)點，獲取oq兩點直線連線與x軸之間的夾角α；

34、根據所述切割設備的切割輪廓速度v和插補周期t，計算得到輪廓步長s；

35、計算在一個插補周期內所述切割設備在x和y軸方向上的進給量δx，δy，其表達式為：

36、

37、根據所述進給量δx，δy設置所述伺服電機在x和y軸方向上電機步長，在單個插補周期內，設定在x和y軸方向上電機需要走的步數。

38、本發(fā)明的第二個方面，基于權利要求1-7所述的一種基于機器視覺的追剪控制方法的系統(tǒng)，包括：

39、數據采集模塊，通過視覺相機采集待切割工件圖像信息，對所述圖像信息進行數據處理，獲取待切割工件的輪廓數據；

40、數據分析模塊，對所述輪廓數據進行提取，對輪廓數據進行實時插補，分析輪廓數據的精度；

41、控制系統(tǒng)，對所述切割設備進行實時控制，并實時監(jiān)測伺服電機加減速，通過控制器的各種運動指令實時調整切割設備在x、y軸上的運動同步性；

42、人機交互模塊，用于對切割設備進行實時監(jiān)控，隨時根據需求設置參數，實時顯示切割效果

43、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較具有如下有益效果：

44、本發(fā)明通過圖像灰度化、濾波等處理，實現(xiàn)對待切割區(qū)域邊界輪廓的提取，通過優(yōu)化輪廓擬合算法，降低圖像信息中的冗余像素信息，達到減少運算量提高效率的目的。

45、通過控制切割設備的進給量可以實現(xiàn)啟停過程平穩(wěn)而流暢的進行，不但可以實現(xiàn)加工精度的需求還能不損傷系統(tǒng)的使用壽命，采用時間分割插補算法，可以提高系統(tǒng)切割的效率也能幫助精度的提升。