一种基于双目视觉的智能激光切边系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于双目视觉的智能激光切边系统及其方法，属于图像处理、视 觉图像处理及机械手激光切割技术领域。
【背景技术】
[0002] 对于毛边较厚或材质较硬的铸造件，目前常用的去毛边方法是机械手激光切割。 常用激光切割方法有示教机械手切割和激光视觉传感。
[0003] 示教机械手切割器是利用机械手的示教器进行切割点的坐标、姿态逐一查找、记 录来实现切割作业。这种方法不仅效率低而且依靠人眼判断切割精度难以得到保证。
[0004] 激光视觉传感具有主动性、非接触、能获取物体的三维信息、精度高等优点。但激 光视觉系统成本较高，运用在切割余量只需保证在3~8_铸件毛坯去边工序来说，完全没 有必要。此外激光传感器对环境要求较高、不能长时间连续作业、工作效率低。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是：提出一种基于双目视觉的智能激光切边系统及其方 法，利用双目视觉获取工件毛坯件的图像信息并与扫描获取的切割轮廓曲线进行匹配，从 实现机械手切割作业。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种基于双目视觉的智能激光切边系统，包括工控机、扫描仪、箱式切割平台，所 述箱式切割平台内安装有机械手、伺服电机、视觉移动平台、照明系统以及CCD双目视觉摄 像机；所述工控机通过伺服电机控制安装在视觉移动平台上的CCD双目视觉摄像机运动， 所述机械手通过设置一个机械手控制柜与工控机连接，所述视觉移动平台通过设置一个视 觉移动平台控制柜与工控机连接；
[0008] 所述照明系统采用机器视觉光源，可调亮度和投射角度，装在箱式切割平台顶部， 保证CCD双目视觉摄像机拍摄到清晰无反光的加工现场图；
[0009] 所述工控机与扫描仪连接，工控机通过扫描仪获得工序图纸信息，提取工序图纸 中轮廓信息与尺寸信息；
[0010] 所述工控机获取和显示C⑶双目视觉摄像机拍摄的视频，用以调整机器视觉光源 来获取清晰的加工现场图像；现场图像与工序图纸的轮廓相匹配获得切割路径，自动控制 驱动机械手完成切割作业。
[0011] 上述箱式切割平台三面封闭，用于防止外部环境光线干扰。
[0012] 一种基于双目视觉的智能激光切边方法，利用上述的系统，其步骤如下：
[0013] (1)、启动工控机，同时启动两个线程；
[0014] (2)、线程1 :对预先放在扫描仪上的切割工序图纸进行扫描，将扫描获得的工序 图片进行图像预处理后，再提取出切割轮廓曲线和尺寸信息，将轮廓曲线离散并排列，获得 一组有序的加工特征点坐标；
[0015] (3)、线程2 :执行加工现场最佳图像的自动获取任务；
[0016] (3a)、首先调整照明系统，确保CCD双目视觉摄像机获取清晰的现场图像；
[0017] (3b)、箱式切割平台表面预先设有提供给图像自动标定的特殊标识标定点，每个 标定点代表机械手坐标系下的一个坐标位置；
[0018] (3c)、通过C⑶双目视觉摄像机获取加工现场单帧图像，包括左目、右目两张图 片，对左目图像进行图像预处理，自动识别左目图像中的标定点，运用Tsai两步法对左目 图像进行自动标定和畸变处理，获得左目图像与机械手坐标系的映射关系；
[0019] (3d)、识别左目图像中工件毛坯的几何中心，根据步骤（3c)的标定结果求解出 CCD双目视觉摄像机中心与工件毛坯的几何中心的相对位置关系；
[0020] (3e)、根据步骤（3d)的相对位置关系，驱动伺服电机带动装载有CCD双目视觉摄 像机的视觉移动平台运动，使得CXD双目视觉摄像机中心运动至工件毛坯中心正上方，获 得加工现场最佳图像；
[0021] (3f)、C⑶双目视觉摄像机机械运动系统是半闭环系统，需要进行重复步骤（3c)， 判断CCD双目视觉摄像机是否运动至工件毛坯中心正上方范围，若是，则进行步骤（3e);若 否，则进行步骤（3d)操作；
[0022] (3g)、通过步骤（3e) C⑶双目视觉摄像机获取加工现场最佳图像，分别是左目、右 目两张图片，分别对两张图片进行图像滤波、增强、识别、标定、畸变处理，从而获得两张图 像像素坐标与机械手坐标系的映射关系；
[0023] (4)、根据步骤（3g)中求出的映射关系将其分别投影至上述左目和右目两张图像 中，工控机自动将工件毛坯外轮廓与切割轮廓曲线进行位置关系进行匹配；
[0024] (5)、根据同一个切割轮廓曲线上的离散点在两张图像中的视差可求解出对应切 割轮廓曲线上平面点的深度信息，即求解出切割轮廓曲线中的特征点在机械手坐标系下的 三维坐标；
[0025] (6)、根据机器人学的运动学方程，由机器人坐标系下的切割点坐标及姿态逆向求 解出机械手各个关节的关节角；
[0026] (7)、对相邻两切割点对应的关节角进行直线插补，编写机械手驱动能够识别的程 序并导入机械手控制柜来进行切割作业。
[0027] 本发明所达到的有益效果：
[0028] 本发明智能化程度较高，操作简便。系统通过扫描仪扫描图纸获得切割轮廓信息 并自动与经图像处理的视觉图像匹配获得切割路径。相比于同类产品的人工提取切割坐标 点和人工标定获得切割路径的方法，本发明的智能化程度更高且对操作人员的技能程度要 求更低。
[0029] 手动标定和人工示教的切割机器人依靠人眼观察来保证切割点的精度，往往精度 不高。本发明利用高精度的CCD双目视觉摄像头、自动调节的视觉移动平台和机器视觉光 源，来保证拍摄到最佳切割现场图片，以达到切割精度在Imm以内。并且系统包含有标定平 台，具有自动标定的功能，免去了人工参与的视觉标定过程，大大提高了智能化程度。
[0030] 相比于需要手动编程或是逐一示教的切割机器人，本发明能根据切割路径和姿态 自动编程，节约了编程和示教的时间，提高了生产效率。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明系统的结构示意图；
[0032] 图2是本发明的方法流程图；
[0033] 图3是扫描仪所描图纸获得的图片；
[0034] 图4是扫描图片经图像处理所得图片；
[0035] 图5是扫描图片经图像处理所得轮廓粗实线的像素示意图；
[0036] 图6是单位像素及其领域8个像素的示意图；
[0037] 图7是经图像处理所得粗实线内外像素轮廓示意图；
[0038] 图8是表面设有标定点的箱式切割平台；
[0039] 图9是标定点的区域划分图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0041] 如图1所示，一种基于双目视觉的智能激光切边系统，包括工控机1、扫描仪2、箱 式切割平台5,箱式切割平台5内安装有机械手10、伺服电机9、视觉移动平台7、照明系统8 以及C⑶双目视觉摄像机6 ;工控机1通过伺服电机9控制安装在视觉移动平台7上的CXD 双目视觉摄像机6运动，机械手10通过设置一个机械手控制柜3与工控机1连接，视觉移 动平台7通过设置一个视觉移动平台控制柜4与工控机1连接；
[0042] 照明系统8采用机器视觉光源，可调亮度和投射角度，装在箱式切割平台5顶部， 保证CCD双目视觉摄像机6拍摄到清晰无反光的加工现场图；
[0043] 工控机1与扫描仪2连接，工控机1通过扫描仪2获得工序图纸信息，提取工序图 纸中轮廓信息与尺寸信息；
[0044] 工控机1获取和显示C⑶双目视觉摄像机6拍摄的视频，用以调整机器视觉光源 来获取清晰的加工现场图像；现场图像与工序图纸的轮廓