一种基于双头异步视觉定位飞行加工的方法与系统与流程

本发明涉及飞行加工技术领域，特别涉及一种基于双头异步视觉定位飞行加工的方法。本发明还涉及一种基于双头异步视觉定位飞行加工的系统。

背景技术：

目前，针对飞行加工领域来说，主要采用如下两种技术：

其一是采用双头异步切割摄像系统，也即在设备上架设有单反相机，通过单反相机对材料进行视觉定位，然后再采用双运动系统独立切加工的方式，这种方式的优势是，单反相机的成本比线阵相机的成本要低。劣势是，对机台的幅面会有限制，当机台幅面越大时，相机需要架设很高，这就会造成摄像定位的精度大大降低，无法满足高精度定位的大幅面加工的需求。

其二是采用线阵相机，也即机台架设有一个或多个线阵相机的设备，这些设备的工作方式是启动送料时，开始获取材料的图像，当材料输送到机台的幅面长度时，这时再停止送料和图像获取，当图像获取完成之后，送料机构是固定不动的。优势是，没有加工幅面的限制，当幅面比较大的情况下，可以采用多个线阵相机的拼接方案；劣势是，在加工过程中工作平台必须要是固定不动的，加工卷料的效率上还是没有发挥到最佳。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于双头异步视觉定位飞行加工的方法，该方法可以实现材料在匀速送料的同时，实现边定位边加工，极大提高了卷料的加工效率。本发明的另一目的是提供一种基于双头异步视觉定位飞行加工的系统。

为实现上述目的，本发明提供一种基于双头异步视觉定位飞行加工的方法，包括：

将待加工材料放置于依次经过图像采集区域、缓存区与加工区域的送料平台上；

利用线阵相机采集位于图像采集区域内待加工材料的图像信息；

将所述图像信息与预设的图形进行匹对，得到加工区域内的加工轨迹；

当待加工材料进入加工区域后，根据所述加工轨迹并利用两个独立运行的加工装置进行加工。

优选地，所述当待加工材料进入加工区域后，根据所述加工轨迹并利用两个独立运行的加工装置进行加工的步骤包括：

当加工沿图像采集区域、缓存区与加工区域方向的x轴直线时，

在加速时间段内，如果加工装置在加速过程中的移动距离s1≥送料平台在加速过程中的移动距离su1，则加工装置向加速方向移动s1-su1的距离；如果所述移动距离s1＜所述移动距离su1，则加工装置向送料平台的方向移动su1-s1的距离；

在减速时间段内，如果加工装置在减速过程中的移动距离s3≥送料平台在减速过程中的移动距离su2，则加工装置向加速方向移动s3-su2的距离；如果所述移动距离s3＜所述移动距离su2，则加工装置向送料平台的方向移动su2-s3的距离；

在匀速时间段内，如果加工装置在匀速过程中的移动距离s2≥送料平台在匀速过程中的移动距离su3，则加工装置向加速方向移动s2-su3的距离；如果所述移动距离s2＜所述移动距离su3，则加工装置向送料平台的方向移动su3-s2的距离；

其中，送料平台的速度为uvel，加工装置的初始速度为v0，拐角速度为v1，目标速度为v2，加工加速度为acc，x轴直线的长度为dist1；

则加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移动距离su1＝uvel×t1；

则减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移动距离su2＝uvel×t2；

则所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，匀速时间t3＝s2/v2，所述移动距离su3＝uvel×t3。

优选地，所述当待加工材料进入加工区域后，根据所述加工轨迹并利用两个独立运行的加工装置进行加工的步骤包括：

当加工垂直于图像采集区域方向的y轴直线时，y轴直线的长度为dist2；

在加速时间段内，加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，

在减速时间段内，减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，

在匀速时间段内，所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，所述匀速时间t3＝s2/v2，则加工所述y轴直线的总时间为t＝t1+t2+t3；

根据所述长度dist2与所述送料平台的总移动距离uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y轴直线的轨迹。

优选地，所述根据所述加工轨迹并利用两个独立运行的加工装置进行加工的步骤包括：通过获取所述送料平台电机轴的脉冲频率控制所述送料平台的运行速度，或通过获取与所述送料平台相连的外部编码器控制所述送料平台的运行速度。

优选地，所述将所述图像信息与预设的图形进行匹对，得到加工区域内的加工轨迹的步骤与所述当待加工材料进入加工区域后，根据所述加工轨迹并利用两个独立运行的加工装置进行加工的步骤之间还包括检测所述待加工材料是否进入所述加工区域。

本发明还提供一种基于双头异步视觉定位飞行加工的系统，包括：

放料装置：用于将待加工材料放置于依次经过图像采集区域、缓存区与加工区域的送料平台上；

线阵相机：用于采集位于图像采集区域内待加工材料的图像信息；

计算模块：用于将所述图像信息与预设的图形进行匹对，得到加工区域内的加工轨迹；

两个加工装置：分别用于当待加工材料进入加工区域后，根据所述加工轨迹进行独立加工。

优选地，两个所述加工装置均包括x轴直线模块：用于，

当加工沿图像采集区域、缓存区与加工区域方向的x轴直线时，

在加速时间段内，如果加工装置在加速过程中的移动距离s1≥送料平台在加速过程中的移动距离su1，则加工装置向加速方向移动s1-su1的距离；如果所述移动距离s1＜所述移动距离su1，则加工装置向送料平台的方向移动su1-s1的距离；

在减速时间段内，如果加工装置在减速过程中的移动距离s3≥送料平台在减速过程中的移动距离su2，则加工装置向加速方向移动s3-su2的距离；如果所述移动距离s3＜所述移动距离su2，则加工装置向送料平台的方向移动su2-s3的距离；

在匀速时间段内，如果加工装置在匀速过程中的移动距离s2≥送料平台在匀速过程中的移动距离su3，则加工装置向加速方向移动s2-su3的距离；如果所述移动距离s2＜所述移动距离su3，则加工装置向送料平台的方向移动su3-s2的距离；

其中，送料平台的速度为uvel，加工装置的初始速度为v0，拐角速度为v1，目标速度为v2，加工加速度为acc，x轴直线的长度为dist1；

则加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移动距离su1＝uvel×t1；

则减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移动距离su2＝uvel×t2；

则所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，匀速时间t3＝s2/v2，所述移动距离su3＝uvel×t3。

优选地，两个所述加工装置均包括y轴直线模块：用于，

当加工垂直于图像采集区域方向的y轴直线时，y轴直线的长度为dist2；

在加速时间段内，加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，

在减速时间段内，减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，

在匀速时间段内，所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，所述匀速时间t3＝s2/v2，则加工所述y轴直线的总时间为t＝t1+t2+t3；

根据所述长度dist2与所述送料平台的总移动距离uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y轴直线的轨迹。

优选地，所述加工装置还包括：

第一控制模块：用于通过获取所述送料平台电机轴的脉冲频率控制所述送料平台的运行速度，或

第二控制模块：用于通过获取与所述送料平台相连的外部编码器控制所述送料平台的运行速度。

优选地，所述计算模块与所述加工装置之间还包括：

检测模块：用于检测所述待加工材料是否进入所述加工区域。

相对于上述背景技术，本发明提供的一种基于双头异步视觉定位飞行加工的方法，待加工材料放置于送料平台上，送料平台依次经过图像采集区域、缓存区与加工区域，且送料平台持续进给，无停顿；当待加工材料处于图像采集区域内，利用线阵相机采集待加工材料的图像信息，也即确定待加工材料的位置；利用图像信息与预设的图形进行匹对，得到加工区域内的加工轨迹；也即，通过处于图像采集区域内的待加工材料的位置得出当待加工材料进入加工区域后加工装置的运动坐标；当待加工材料进入加工区域后，两个独立运行的加工装置根据加工轨迹进行加工；在上述过程中，送料平台带动待加工材料持续运行，实现材料在匀速送料的同时，实现边定位边加工，极大提高了卷料的加工效率；并且该加工方法不会受到加工幅面的限制，利用单个或多个线阵相机的图像拼接即可完成大幅面视觉定位操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的基于双头异步视觉定位飞行加工的方法的流程图；

图2为图1中送料平台的移动方向的示意图；

图3为利用图1的方法所加工的矩形图形的示意图；

图4为加工图3中的矩形图形的轨迹2的示意图；

图5为本发明实施例所提供的基于双头异步视觉定位飞行加工的系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明实施例所提供的基于双头异步视觉定位飞行加工的方法的流程图；图2为图1中送料平台的移动方向的示意图；图3为利用图1的方法所加工的矩形图形的示意图；图4为加工图3中的矩形图形的轨迹2的示意图；图5为本发明实施例所提供的基于双头异步视觉定位飞行加工的系统的结构框图。

本发明提提供一种基于双头异步视觉定位飞行加工的方法，如说明书附图1所述，主要包括：

s1、将待加工材料放置于依次经过图像采集区域、缓存区与加工区域的送料平台上；

s2、利用线阵相机采集位于图像采集区域内待加工材料的图像信息；

s3、将所述图像信息与预设的图形进行匹对，得到加工区域内的加工轨迹；

s4、当待加工材料进入加工区域后，根据所述加工轨迹并利用两个独立运行的加工装置进行加工。

如说明书附图2所示，机台由右向左依次为图像采集区域、缓存区与加工区域，待加工材料放置于送料平台上，送料平台带动待加工材料依次经过图像采集区域、缓存区与加工区域；也即，待加工材料在送料平台的作用下依次经过图像采集区域、缓存区与加工区域；并且送料平台与待加工材料持续进给，中间无停顿。

线阵相机布置于图像采集区域内，线阵相机的个数可以通过待加工材料的幅面而定；当待加工材料在送料平台的带动下进入图像采集区域内时，线阵相机对待加工材料进行图像信息的采集，确定待加工材料的位置坐标；也即步骤s2的作用为：确定处于图像采集区域内的待加工材料的位置坐标，而该位置坐标为待加工材料在图像采集区域内的位置坐标。

在步骤s3中，根据图像信息也即待加工材料在图像采集区域内的位置坐标与预设的图形进行匹对，其中预设的图形是指需要对待加工材料进行加工的目标图形，匹对后得到加工区域内的加工轨迹；也即，根据待加工材料在图像采集区域内的位置坐标得到当待加工材料进入至加工区域后，加工装置所需进行的加工轨迹，而该加工轨迹即为加工区域内的加工轨迹。其中，预设的图形可以是一个工作幅面，也可以是几米或者是几十米长的图形。

在步骤s4中，待加工材料进入加工区域后，根据上述加工轨迹并利用两个独立运行的加工装置进行加工；通过两个独立运行的加工装置对处于加工区域内的待加工材料进行加工，实现材料在匀速送料的同时，实现边定位边加工，极大提高了卷料的加工效率。

需要说明的是，在图像采集区域内架设一个或者多个线阵相机以及线性光源，当待加工材料进入到该区域后开始进行材料的图像采集；针对图像采集区域与加工区域之间的缓存区，主要是为了能够在图像采集区域与加工区域之间设定一定的距离，便于将图像的数据采集多些，从而获取待加工材料的图形或者将导入的矢量图形与对应的图像的特征进行匹配确定好位置；也即准确获取待加工材料所处图像采集区域内的位置。在加工区域内，设有两个独立加工装置，即两个独立的xy运动坐标系来对进入的待加工材料进行边送料边加工。

在上述步骤s4中，通过获取送料平台电机轴的脉冲频率控制所述送料平台的运行速度，或通过获取与送料平台相连的外部编码器控制所述送料平台的运行速度；也即，实现送料平台的匀速运动的控制有两种控制方式：

第一种是由控制器中的其中一个电机轴(下面简称为u轴)来控制，这时就不需要外接编码器去获取流水线的速度，而是控制器本来可以获取当前u轴对应的脉冲频率从而可以获取到当前流水线的速度值uvel。

第二种则是有外部控制器(如：plc等)来控制，这时要获取流水线的速度就需要借用外部编码器来实现，将编码器的反馈信号接入系统中，这时也能够获取流水线的速度值uvel。

本发明的基于双头异步视觉定位飞行加工的实现方式即为：

假设线阵相机采集图像的位置处跟加工区域内的边界位置的偏移量为l，如说明书附图2所示；

将待加工材料匀速送入到线阵相机的图像采集区域内，可以通过现有软件启动待加工材料的图像采集，这时线阵相机将数据反馈到机台pc上，由于线阵相机与加工区域还有一定的缓存距离l，这个距离主要是为了更多的采集材料上的数据，这样可以让切割区域内的停止时间不会过长，所以l的距离需要根据加工区域内的加工时间来进行设计。

启动图像采集后，当送料平台移动到或者接近l值时，这时软件开始针对现有采集到的图像进行摄像匹配，将匹配后的图形数据与图像中的开始匹对，这样材料进入到加工区域时，开始进行飞行加工。

由于加工区域在加工的同时，送料机构也在不断往前输送，当加工区域完成了第一个l(也可能会小于l)的图形数据时，这时说明第二个l的数据也已经采集到，这时系统再针对第二个l的图像数据进行识别并将矢量图与图像上的位置进行匹对，然后匹对后的矢量图形的坐标与当前送料轴移动的长度l2进行比较，计算出第二个l值实际进入到加工区域内的坐标值。然后再采用双头异步飞行加工的方式进行处理加工。而后以上流程持续循环。

针对上述步骤s3中，本发明给出以下实施例：

假设需要加工如说明书附图3所示的矩形，u轴为送料平台的运行方向，四条待加工曲线分别为1、2、3和4；送料平台的速度为uvel，加工装置的初始速度为v0，拐角速度为v1，目标速度为v2，加工加速度为acc，x轴直线的长度为dist1；针对曲线1的加工，也即针对沿图像采集区域、缓存区与加工区域方向的x轴直线的加工；

在加速时间段内，如果加工装置在加速过程中的移动距离s1≥送料平台在加速过程中的移动距离su1，则加工装置向加速方向移动s1-su1的距离；如果所述移动距离s1＜所述移动距离su1，则加工装置向送料平台的方向移动su1-s1的距离；

在减速时间段内，如果加工装置在减速过程中的移动距离s3≥送料平台在减速过程中的移动距离su2，则加工装置向加速方向移动s3-su2的距离；如果所述移动距离s3＜所述移动距离su2，则加工装置向送料平台的方向移动su2-s3的距离；

在匀速时间段内，如果加工装置在匀速过程中的移动距离s2≥送料平台在匀速过程中的移动距离su3，则加工装置向加速方向移动s2-su3的距离；如果所述移动距离s2＜所述移动距离su3，则加工装置向送料平台的方向移动su3-s2的距离；

而上述加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移动距离su1＝uvel×t1；

则减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移动距离su2＝uvel×t2；

则所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，匀速时间t3＝s2/v2，所述移动距离su3＝uvel×t3。

其中，针对近似情况，可以忽略在加速时间段与减速时间段内的情形，仅仅考虑在匀速时间段内的情形；而拐角速度v1的设置可以参考现有技术中激光加工的设置方式。

针对曲线2的加工，也即加工垂直于图像采集区域方向的y轴直线时，假设y轴直线的长度为dist2，而对于曲线2的加工需要加工装置在x轴与y轴方向上同时运动，即需要利用xy轴的插补运动；

在加速时间段内，加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，

在减速时间段内，减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，

在匀速时间段内，所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，所述匀速时间t3＝s2/v2，则加工所述y轴直线的总时间为t＝t1+t2+t3；

根据所述长度dist2与所述送料平台的总移动距离uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y轴直线的轨迹，如说明书附图4所示。

曲线3与曲线4的加工方式与上述类似，本发明不再赘述。

在上述步骤s3与步骤s4之间还包括检测待加工材料是否进入所述加工区域。也即，在启动加工时，这时送料平台开始转动，同时在加工区域内增加传感装置检测待加工材料是否开始进入加工区域，当材料进入到加工区域之后，这时两个独立的加工装置开始跟随着送料平台的速度进行加工图形的加工。

下面对本发明实施例提供的基于双头异步视觉定位飞行加工的系统进行介绍，下文描述的装置与上文所述的方法可以相互对照。

本发明提供的基于双头异步视觉定位飞行加工的系统，包括：

放料装置100：用于将待加工材料放置于依次经过图像采集区域、缓存区与加工区域的送料平台上；

线阵相机200：用于采集位于图像采集区域内待加工材料的图像信息；

计算模块300：用于将所述图像信息与预设的图形进行匹对，得到加工区域内的加工轨迹；

两个加工装置400：分别用于当待加工材料进入加工区域后，根据所述加工轨迹进行独立加工。

优选地，两个所述加工装置均包括x轴直线模块：用于，

当加工沿图像采集区域、缓存区与加工区域方向的x轴直线时，

在加速时间段内，如果加工装置在加速过程中的移动距离s1≥送料平台在加速过程中的移动距离su1，则加工装置向加速方向移动s1-su1的距离；如果所述移动距离s1＜所述移动距离su1，则加工装置向送料平台的方向移动su1-s1的距离；

在减速时间段内，如果加工装置在减速过程中的移动距离s3≥送料平台在减速过程中的移动距离su2，则加工装置向加速方向移动s3-su2的距离；如果所述移动距离s3＜所述移动距离su2，则加工装置向送料平台的方向移动su2-s3的距离；

在匀速时间段内，如果加工装置在匀速过程中的移动距离s2≥送料平台在匀速过程中的移动距离su3，则加工装置向加速方向移动s2-su3的距离；如果所述移动距离s2＜所述移动距离su3，则加工装置向送料平台的方向移动su3-s2的距离；

其中，送料平台的速度为uvel，加工装置的初始速度为v0，拐角速度为v1，目标速度为v2，加工加速度为acc，x轴直线的长度为dist1；

则加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移动距离su1＝uvel×t1；

则减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移动距离su2＝uvel×t2；

则所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，匀速时间t3＝s2/v2，所述移动距离su3＝uvel×t3。

优选地，两个所述加工装置均包括y轴直线模块：用于，

当加工垂直于图像采集区域方向的y轴直线时，y轴直线的长度为dist2；

在加速时间段内，加速时间t1＝(v2-v0)/acc，所述移动距离s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，

在减速时间段内，减速时间t2＝(v2-v1)/acc，所述移动距离s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，

在匀速时间段内，所述移动距离s2＝dist1-s1-s3，所述匀速时间t3＝s2/v2，则加工所述y轴直线的总时间为t＝t1+t2+t3；

根据所述长度dist2与所述送料平台的总移动距离uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y轴直线的轨迹。

优选地，所述加工装置还包括：

第一控制模块：用于通过获取所述送料平台电机轴的脉冲频率控制所述送料平台的运行速度，或

第二控制模块：用于通过获取与所述送料平台相连的外部编码器控制所述送料平台的运行速度。

优选地，所述计算模块与所述加工装置之间还包括：

检测模块：用于检测所述待加工材料是否进入所述加工区域。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的基于双头异步视觉定位飞行加工的方法与系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。