一种基于Mark点定位功能切割PVC板的方法与流程
本发明属于高精度数控设备自动化技术领域，涉及一种在雕铣机中结合机器视觉和mark点辅助定位的方法，使得在进行pvc板切割时，能有效提高切割准确度的方法。
背景技术：
雕铣机是当前国内各大工厂企业中广泛应用的数控机床的一种，它具有小刀具、大功率、主轴高速以及能够加工较大硬度材料的优势，弥补了裁床和雕刻机的不足之处。它的出现使得加工高硬度材料的生产成本大大降低，提高了雕铣产业自动化的水平，减少了人工工作的环节。用户还可以通过参数调整，适应不同的生产需求，提高成品的质量。
当前国内各型号的雕铣机都是通过事先固定位置来切割pvc材料来得到成品。每次校正位置的时候都需要现场工作的人员将pvc材料对准事先设定的切割原点并且做好路径的规划。然而由于工作人员的水平不一以及pvc材料的厚度不同，导致同一切割程序文件切割出来的成品也良莠不济，并最终影响雕铣机的实用性和良品率。
技术实现要素：
为了克服现有雕铣机定位方式的效率低、耗时长、误差大以及过多的人工干预的不足，本发明提出一种基于mark点定位功能切割pvc板的方法。
为实现上述目的，本发明采取了以下的技术方案：
一种基于mark点定位功能切割pvc板的方法，包括以下步骤：
1)首先，将工业相机安装到雕铣机主轴附近的位置，通过相机偏置对刀的功能计算出相机与主轴的相对偏移xs和ys；在已知切割文件程序的坐标与实际工作坐标系的比例p1:1，通过当前高度相机的mark点成像计算出相机坐标系与切割文件程序中的转换比例为p2:1，其中相机坐标系的最大范围为(xc,yc)；
2)其次，雕铣机根据切割程序文件制定寻找mark点的策略；
3)根据步骤2)里面的寻找mark点的策略，通过工业相机分别得到4对mark点中心坐标(xi,yi)以及控制板找到mark点时反馈的当前主轴坐标为(xci,yci)，其中i＝1,2,3,4；根据步骤1)中的参数，将当前相机坐标系的坐标转换到切割程序文件的坐标系当中，步骤如下：
xi2f＝xci×p1-(xi-0.5×xc)×p2+xs，其中i＝1,2,3,4；
yi2f＝yci×p1-(yi-0.5×yc)×p2+ys，其中i＝1,2,3,4；
4)将步骤3)中转换好后的4个mark点坐标与切割程序文件坐标系中的mark点中心坐标进行比较，如果没有发生偏移说明pvc材料位置正常，如果存在偏移，则对pvc材料进行位置的校正，校正算法如下：设
①xi'：切割程序文件坐标系中第i个mark点中心的x轴坐标，其中i＝1,2,3,4；
yi'：切割程序文件坐标系中第i个mark点中心的y轴坐标，其中i＝1,2,3,4；
②θ角：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间旋转的角度；
θi角：第i组切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间旋转的角度，其中i＝1,2,3,4；
③xoffset：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间x轴的偏移量；
yoffset：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间y轴的偏移量；
④xpi：切割程序文件坐标系中图案的x轴坐标，其中i＝1,...,n；ypi：切割程序文件坐标系中图案的y轴坐标，其中i＝1,...,n；
xcorrecti：校正后转换回工作坐标系的图案x轴坐标，其中i＝1,...,n；ycorrecti：校正后转换回工作坐标系的图案y轴坐标，其中i＝1,...,n；
a：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间的旋转矩阵；
b：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间的平移矩阵；
①建立旋转矩阵的模型：
②建立平移矩阵的模型：
③建立程序中与工作坐标系转换到程序中的mark点之间的关系：
④利用其中任意三组3组mark点的对应关系(最多有4组解)，建立方程组：
利用上述方程组计算的到pvc板的旋转角度θ角：
⑤利用步骤④中得到的θ角，可以计算得到pvc板的位置x轴和y轴的偏移距离：
⑥为了增强算法的鲁棒性以及减少偶然误差带来的精度损失，采取在多对对应关系组求解值中取均值的方式，计算得旋转角θ角和偏移距离xoffset，yoffset：
⑦基于步骤⑥所得的结果，计算得到校正转换回工作坐标系的pvc板图案坐标：
(xcorrecti,ycorrexti)即为校正后的工作台上切割图案位置，其中i＝1,...,n。
本发明的技术构思为：第一步，将工业相机安装到雕铣机主轴附近的位置，通过相机偏置对刀的功能计算出相机与主轴的相对偏移。在已知切割文件程序的坐标与实际工作坐标系的比例，通过当前高度相机的mark点成像计算出相机坐标系与切割文件程序中的转换比例；第二步，雕铣机根据切割程序文件制定寻找mark点的策略；第三步，通过第二步中的寻找mark点策略，通过工业相机分别得到4对mark点中心坐标以及控制板找到mark点时反馈的当前主轴坐标，将当前相机坐标系的坐标根据佛滚石转换到切割程序文件的坐标系当中；第四步，将转换好后的4个mark点坐标与切割程序文件坐标系中的mark点中心坐标进行比较，如果没有发生偏移说明pvc材料位置正常，如果存在偏移，则对pvc材料进行位置的校正。
本发明的有益效果表现为：提高了机器的运行效率，减少了人为干预的情况。2、不会受pvc板的大小、厚度以及偏移等因素影响切割的精度与质量。3、相较于传统的mark点定位的解决方案，上述方案鲁棒性强，遇到偶然状况之下可以将误差导致的精度损失降到最小。
附图说明
图1为工业相机在雕铣机主轴侧的安装图示。
图2为雕铣机工作台面的解剖图。
图3为工业相机坐标系的图示。
图4为mark点的寻找策略图示。
图5为工作坐标系的偏置pvc板图案转换到切割程序文件坐标系后和原文件的比较图示。
图6为本发明的算法流程图。
其中101-工业相机组件；102-雕铣机主轴；
201-工作台坐标系；202-工业相机坐标系；203-工业相机x轴偏置；204-工业相机y轴偏置；
301-mark点圆心坐标；302-工业相机坐标系中心坐标；303-工业相机坐标系。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
参照图1～图6，一种基于mark点定位功能切割pvc板的方法，包括以下步骤：
1)首先，如图1所示将工业相机安装到雕铣机主轴附近的位置，如图2所示通过相机偏置对刀的功能计算出相机与主轴的相对偏移xs和ys。在已知切割文件程序的坐标与实际工作坐标系的比例p1:1，通过当前高度相机的mark点成像计算出相机坐标系与切割文件程序中的转换比例为p2:1，其中如图3所示相机坐标系的最大范围为(xc,yc)。
2)其次，雕铣机根据切割程序文件制定寻找mark点的策略如图4所示。
3)根据步骤2)里面的寻找mark点的策略，通过工业相机分别得到4对mark点中心坐标(xi,yi)以及控制板找到mark点时反馈的当前主轴坐标为(xci,yci)，其中i＝1,2,3,4。根据步骤1)中的参数，如图5所示将当前相机坐标系的坐标转换到切割程序文件的坐标系当中，步骤如下：
xi2f＝xci×p1-(xi-0.5×xc)×p2+xs，其中i＝1,2,3,4；
yi2f＝yci×p1-(yi-0.5×yc)×p2+ys，其中i＝1,2,3,4；
4)将步骤3)中的得到转换好后的4个mark点坐标与切割程序文件坐标系中的mark点中心坐标进行比较，如果没有发生偏移说明pvc材料位置正常，如果存在偏移，则对pvc材料进行位置的校正，校正算法如下：设
xi'：切割程序文件坐标系中第i个mark点中心的x轴坐标，其中i＝1,2,3,4；
yi'：切割程序文件坐标系中第i个mark点中心的y轴坐标，其中i＝1,2,3,4；
θ角：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间旋转的角度；
θi角：第i组切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间旋转的角度，其中i＝1,2,3,4；
xoffset：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间x轴的偏移量；
yoffset：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间y轴的偏移量；
xpi：切割程序文件坐标系中图案的x轴坐标，其中i＝1,...,n；ypi：切割程序文件坐标系中图案的y轴坐标，其中i＝1,...,n；
xcorrecti：校正后转换回工作坐标系的图案x轴坐标，其中i＝1,...,n；ycorrecti：校正后转换回工作坐标系的图案y轴坐标，其中i＝1,...,n；
a：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间的旋转矩阵；
b：切割程序文件中的图案与从工作坐标系转换到切割文件坐标系中图案旋转之间的平移矩阵；
①建立旋转矩阵的模型：
②建立平移矩阵的模型：
③建立程序中与工作坐标系转换到程序中的mark点之间的关系：
④利用其中任意三组3组mark点的对应关系(最多有4组解)，建立方程组：
利用上述方程组计算的到pvc板的旋转角度θ角：
⑤利用步骤④中得到的θ角，可以计算得到pvc板的位置x轴和y轴的偏移距离：
⑥为了增强算法的鲁棒性以及减少偶然误差带来的精度损失，采取在多对对应关系组求解值中取均值的方式，计算得旋转角θ角和偏移距离xoffset，yoffset：
⑦基于步骤⑥所得的结果，计算得到校正转换回工作坐标系的pvc板图案坐标：
(xcorrecti,ycorrexti)即为校正后的工作台上切割图案位置，其中i＝1,...,n。
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