一种平雕雕刻机及其视觉识别方法与流程

本发明属于工艺品雕刻技术领域，具体涉及一种平雕雕刻机及其视觉识别方法。

背景技术：

目前，雕刻机在工艺品雕刻行业中得到了广泛的应用，目前市场上小型雕刻机大多针对平雕设计，在目前现有小型雕刻机中，只能机械的完成运动刀轨及下刀深度，然而由于被雕材料的平面达不到完全平整，严重影响了雕刻的加工质量，制约了雕刻精度和成品的美观度。此为现有技术的不足之处。

因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供设计一种平雕雕刻机及其视觉识别方法，以解决上述技术问题，是非常有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种平雕雕刻机及其视觉识别方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：

一种平雕雕刻机，包括底座、立柱I以及工作台，所述的立柱I和工作台安装于底座上；其特征在于：该雕刻机还包括X向进给单元、Z向进给单元以及Y向进给单元，X向进给单元设置于立柱I上，Z向进给单元设置于X向进给单元上，Y向进给单元设置于底座上；Z向进给单元上还设置有视觉识别单元。

优选地，所述的X向进给单元包括X向进给驱动电机，X向进给驱动电机连接有X向丝杆螺母机构，X向丝杆螺母机构连接有X向工作板，X向工作板上设置有X向滑块，所述X向滑块与设置在立柱I上的X向滑轨配合；X向工作板连接所述的Z向进给单元。

优选地，所述的Z向进给单元包括立柱II，立柱II上设置有Z向进给驱动电机，Z向进给驱动电机通过Z向丝杆螺母机构连接有Z向工作板，Z向工作板上设置的Z向滑块与立柱II上设置的Z向滑轨相配合； Z向丝杆螺母机构通过联轴器连接Z向进给驱动电机；Z向工作板上设置有机头，机头上固定设置有铰链和Z向进给驱动电机，所述的视觉识别单元设置于铰链上，Z向进给驱动电机的输出轴连接有刀具。

优选地，所述的Y向进给单元包括设置于底座上的Y向滑轨，以及与所述Y向滑轨相配合的Y向滑块，所述的Y向滑块上设置工作台。

优选地，所述的视觉识别单元为视觉识别摄像头。

本发明还给出该平雕雕刻机的视觉识别方法，包括以下步骤：

步骤1）：视觉识别单元采集机头最底部至工件切入表面的距离；

步骤2）：摄像头采用黑白摄像头，获取的图像存储为8位256阶的灰度图，刀具的颜色与主轴底部、工件及刀具周边的背景色有明显的区分，本实施类中刀具的颜色为银白色，主轴底部、工件及刀具周边背景色选择为黑色或灰色，通过手动调节摄像头获取的图像的中心位置位于刀具上，从而获取刀具在摄像头获取图像中的颜色值；

步骤3）：步骤2）获取的8位256阶的灰度图由二维像素点构成，每个像素的颜色由颜色值确定，所用的存储结构为正整形的二位数组。

优选地，所述的步骤3）中，摄像头视场的大小为800*600，所用的二维数组为A[800][600],每个数组单元中存放的值为0-255，首先初始H=400、L=300，读取视场中心,点A[H][L]的颜色值Y，然后读取像素点A[H][L-1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于预设阈值＆，继续向左读取A[H][L-2]取颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向左读取，记录当前像素点的列坐标L0；读取像素点A[H][L+1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆，继续向右读取A[H][L+2]颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向右读取，记录当前像素点的列坐标L1，若L1-L0大于5此行有有效行；运用同样的搜寻方法向上判断A[H+1]是否为有效行，如有效依次上相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最大有效行的行号H1；向下判断A[H-1]是否为有效行，如有效依次下相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最小有效行的行号H0；H1-H0+1即为刀具在视场垂直方向所占的像素行数。

优选地，所述的预设阈值＆为20。

本发明的有益效果在于，视觉识别单元安装在Z向进给单元上，以保持其与刀头相对静止，自动识别被雕平面的凹凸程度并检测被雕点与刀尖的距离从而时时控制下刀深度，使完成刀轨智能化，采用视觉识别系统的设计，有效的解决了由被雕平面凹凸程度所造成的质量差的问题，提高了雕刻精度和成品的美观度，同时使操作更加的方便宜人。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1是本发明提供的一种平雕雕刻机的结构示意图。

图2是视觉识别单元采集机头最底部至工件切入表面的距离。

图3是视觉识别原理图。

图4是摄像头获取图像中的颜色值。

图5是像素的颜色由颜色值确定。

图6是进给方向图。

其中，1-底座，2-立柱I，3-工作台，7-视觉识别单元，4.1-X向进给驱动电机，4.2-X向丝杆螺母机构，4.3-X向工作板，4.4-X向滑块，4.5-X向滑轨，5.1-立柱II，5.2-Z向进给驱动电机，5.3-Z向丝杆螺母机构，5.4-Z向工作板，5.5-Z向滑块，5.6-Z向滑轨，5.7-联轴器，5.8-机头，5.9-铰链，5.10-主轴驱动电机，5.11-刀具，6.1-Y向滑轨，6.2-Y向滑块。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。

如图1所示，本发明提供的一种平雕雕刻机，包括底座1、立柱I 2以及工作台3，所述的立柱I 2和工作台3安装于底座1上；该雕刻机还包括X向进给单元、Z向进给单元以及Y向进给单元，X向进给单元设置于立柱I上，Z向进给单元设置于X向进给单元上，Y向进给单元设置于底座上；Z向进给单元上还设置有视觉识别单元。

本实施例中，所述的X向进给单元包括X向进给驱动电机4.1，X向进给驱动电机连接有X向丝杆螺母机构4.2，X向丝杆螺母机构连接有X向工作板4.3，X向工作板上设置有X向滑块4.4，所述X向滑块与设置在立柱I上的X向滑轨4.5配合；X向工作板4.3连接所述的Z向进给单元。

所述的Z向进给单元包括立柱II 5.1，立柱II上设置有Z向进给驱动电机5.2，Z向进给驱动电机通过Z向丝杆螺母机构5.3连接有Z向工作板5.4，Z向工作板上设置的Z向滑块5.5与立柱II上设置的Z向滑轨5.6相配合； Z向丝杆螺母机构5.3通过联轴器5.7连接Z向进给驱动电机；Z向工作板5.4上设置有机头5.8，机头上固定设置有铰链5.9和主轴驱动电机5.10，所述的视觉识别单元设置于铰链5.9上，主轴驱动电机的输出轴连接有刀具5.11。

所述的Y向进给单元包括设置于底座上的Y向滑轨6.1，以及与所述Y向滑轨相配合的Y向滑块6.2，所述的Y向滑块上设置工作台。

所述的视觉识别单元7为视觉识别摄像头。

本实施例还给出该平雕雕刻机的视觉识别方法，包括以下步骤：

步骤1）：视觉识别单元采集机头最底部至工件切入表面的距离；

步骤2）：摄像头采用黑白摄像头，获取的图像存储为8位256阶的灰度图，刀具的颜色与主轴底部、工件及刀具周边的背景色有明显的区分，本实施类中刀具的颜色为银白色，主轴底部、工件及刀具周边背景色选择为黑色或灰色，通过手动调节摄像头获取的图像的中心位置位于刀具上，从而获取刀具在摄像头获取图像中的颜色值；

步骤3）：步骤2）获取的8位256阶的灰度图由二维像素点构成，每个像素的颜色由颜色值确定，所用的存储结构为正整形的二位数组。

本实施例中，所述的步骤3）中，摄像头视场的大小为800*600，所用的二维数组为A[800][600],每个数组单元中存放的值为0-255，首先初始H=400、L=300，读取视场中心,点A[H][L]的颜色值Y，然后读取像素点A[H][L-1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于预设阈值＆，继续向左读取A[H][L-2]取颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向左读取，记录当前像素点的列坐标L0；读取像素点A[H][L+1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆，继续向右读取A[H][L+2]颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向右读取，记录当前像素点的列坐标L1，若L1-L0大于5此行有有效行；运用同样的搜寻方法向上判断A[H+1]是否为有效行，如有效依次上相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最大有效行的行号H1；向下判断A[H-1]是否为有效行，如有效依次下相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最小有效行的行号H0；H1-H0+1即为刀具在视场垂直方向所占的像素行数。

本实施例中，所述的预设阈值＆为20。

本技术方案,通过视觉识别单元采集到机头最底部至工件切入表面的距离，如图2所示切入前已知刀具长度L，待刀具切入工件后,视觉识别单元跟踪采集机头最底部至工件切入表面的距离b，刀具总长度L减去b即可计算出下刀深度a，根据下刀深度a调整Z向进给，达到雕刻深度随工件表面起伏变化而起伏变化的效果。

其中视觉识别原理如图3所示，由于摄像头与刀具的相对位置固定不变，刀具图像在摄像头获取的视场中的位置相对不变，通过颜色识别获取刀具在视场垂直方向所占的像素行数，可在未切削时获得刀具的总长L，在切削时的机头最底部至工件切入表面的距离b。

本实施例中颜色识别的具体实现方法如下，摄像头采用黑白摄像头，获取的图像存储为8位256阶的灰度图，刀具的颜色与主轴底部、工件及刀具周边的背景色有明显的区分，本实施类中刀具的颜色为银白色，主轴底部、工件及刀具周边背景色选择为黑色或灰色，通过手动调节摄像头获取的图像的中心位置位于刀具上，从而获取刀具在摄像头获取图像中的颜色值，如图4所示。

本实施例中获取的8位256阶的灰度图,图片由二维像素点构成，每个像素的颜色由颜色值确定（如图5），所用的存储结构为正整形的二位数组，如视场的大小为800*600，所用的二维数组为A[800][600],每个数组单元中存放的值为0-255，首先初始H=400、L=300，读取视场中心,点A[H][L]的颜色值Y，然后读取像素点A[H][L-1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆（＆为预设阈值，实施例中设为20），继续向左读取A[H][L-2]取颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向左读取，记录当前像素点的列坐标L0；读取像素点A[H][L+1]的颜色值Y0，如Y0-Y的绝对值小于＆，继续向右读取A[H][L+2]颜色值，直至读取的颜色值Y0-Y的绝对值大于＆时停止向右读取，记录当前像素点的列坐标L1，若L1-L0大于5此行有有效行。运用同样的搜寻方法向上判断A[H+1]是否为有效行，如有效依次上相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最大有效行的行号H1；向下判断A[H-1]是否为有效行，如有效依次下相搜寻，出现无效行时停止搜寻，记录最小有效行的行号H0。H1-H0+1即为刀具在视场垂直方向所占的像素行数。

本实施类中中刀具Y向进给方向须为图6所示方向N，来保证视觉识别单元能获取的刀具图像的刀尖部分被遮掩。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。