一種基于視覺(jué)的頂層折彎板材定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于視覺(jué)的頂層折彎板材定位方法，其屬于自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 目前，隨著金屬鈑金制品在汽車、電器柜、家電、機(jī)床等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，需求量 大，折彎精度要求高，因此自動(dòng)化折彎技術(shù)的發(fā)展是必然趨勢(shì)。折彎?rùn)C(jī)器人由于相對(duì)傳統(tǒng)人 工折彎具有質(zhì)量穩(wěn)定，效率較高的優(yōu)點(diǎn)，正在逐步取代人工折彎。折彎?rùn)C(jī)器人是一種在折彎 過(guò)程中完成自動(dòng)上下料，折彎板料定位，折彎過(guò)程中板料的跟隨等任務(wù)的裝備，它在應(yīng)用過(guò) 程中對(duì)于待折板料的定位精度要求高，而目前待折板料都采用機(jī)械定位方式，即在一個(gè)傾 斜的定位臺(tái)加若干定位元件對(duì)板材進(jìn)行定位。該種定位方式容易實(shí)現(xiàn)，成本低，但是也存在 諸多不足：第一，取料站上的板材數(shù)量多，采用機(jī)械定位，定位臺(tái)無(wú)法同時(shí)定位多張板材，因 而機(jī)器人每次只能抓取取料站上的頂層板材并放到定位臺(tái)上定位后再次抓取板材開(kāi)始折 彎，造成輔助定位時(shí)間長(zhǎng)，效率低，特別是大批量生產(chǎn)時(shí)更加突出。第二，對(duì)于不同形狀或大 小的折彎板料，采用的定位臺(tái)也不同，因此通用性低。第三，定位機(jī)構(gòu)相對(duì)于折彎?rùn)C(jī)器人是 相對(duì)獨(dú)立的裝置，兩者的相對(duì)位置可能會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)需要花費(fèi)時(shí)間重新示教折彎?rùn)C(jī)器 人，否則會(huì)直接影響折彎精度。
[0003] 針對(duì)上述問(wèn)題，本專利開(kāi)發(fā)出基于視覺(jué)傳感技術(shù)的自動(dòng)化板材定位方式來(lái)取代當(dāng) 前的機(jī)械定位方式，實(shí)現(xiàn)多層板材的定位，提高待折板材的定位精度，縮短折彎?rùn)C(jī)器人抓取 時(shí)間，進(jìn)一步提尚自動(dòng)化折彎的效率。
[0004] 視覺(jué)傳感技術(shù)借助視覺(jué)傳感器可以獲取周圍物體的視覺(jué)信息，而且由于圖像處理 的速度快和識(shí)別的精度高，視覺(jué)傳感技術(shù)逐漸被應(yīng)用于制造業(yè)中，例如工件形狀識(shí)別，表面 質(zhì)量檢測(cè)、焊縫識(shí)別等。但是把視覺(jué)傳感應(yīng)用于折彎板材方面的研宄和應(yīng)用卻不多見(jiàn)，目 前，在可見(jiàn)的報(bào)道中，文獻(xiàn)"甄棟志，基于機(jī)器視覺(jué)的折彎?rùn)C(jī)器人目標(biāo)識(shí)別及抓取研宄[碩 士學(xué)位論文]，揚(yáng)州，揚(yáng)州大學(xué)，2013"把相機(jī)安裝在折彎?rùn)C(jī)器人上，對(duì)折彎板材的識(shí)別進(jìn)行 了研宄，但是處理過(guò)程中需要利用ROI區(qū)域設(shè)置從多層板材中檢測(cè)出頂層板材的邊界輪 廓，不能自動(dòng)篩選出頂層板材的邊界輪廓，因而不能滿足實(shí)際生產(chǎn)自動(dòng)化的要求，而且該文 中沒(méi)有給出具體定位過(guò)程。文獻(xiàn)"金鈺飛，開(kāi)放式折彎?rùn)C(jī)器人控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[碩士學(xué)位論 文]，南京，南京航空航天大學(xué)，2014"重點(diǎn)分析了多層板材特征信息獲取的各個(gè)過(guò)程，也沒(méi) 有進(jìn)行后續(xù)的板材的定位計(jì)算。
[0005] 因此，確有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和生產(chǎn)需要，本發(fā)明提供一種基于視覺(jué)的頂層折彎板材定位 方法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)從取料站上的多層板材中識(shí)別頂層板材的位置，從而解決在機(jī)器人輔助折 彎中自動(dòng)定位板材的技術(shù)問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于視覺(jué)的頂層折彎板材定位方法，自動(dòng)從取料 站上多層板材中識(shí)別頂層板材的位置，其包括如下步驟：
[0008] 1)、圖像采集：用垂直安裝于取料站上方的CCD攝像機(jī)拍攝堆在取料站上多層板 材的圖像；
[0009] 2)、板材區(qū)域提?。豪瞄撝捣指畲致蕴崛“宀膮^(qū)域，然后利用先腐蝕后膨脹去掉 分割后圖像中的噪聲區(qū)域，并把結(jié)果圖片作為掩膜，作用于原始采集的圖像，從采集的圖像 中提取多層板材的區(qū)域；
[0010] 3)、邊緣提取及篩選：利用中值濾波對(duì)提取的板材區(qū)域進(jìn)行平滑，然后利用Canny 算子提取圖像中所有板材的邊緣，并根據(jù)提取邊緣的長(zhǎng)度，過(guò)濾掉過(guò)短的噪聲邊緣，最后對(duì) 圖像的下半部分進(jìn)行從左到右的逐行掃描，得到頂層折彎板材的右邊緣，對(duì)圖像的左半部 分進(jìn)行從下到上的逐列掃描，得到頂層折彎板材的上邊緣；
[0011] 4)、位置參數(shù)獲取：對(duì)得到的圖像進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)霍夫線變換，獲得頂層板材右邊緣 和上邊緣對(duì)應(yīng)線段的端點(diǎn)的像素坐標(biāo)，并根據(jù)相機(jī)內(nèi)部參數(shù)和頂層板材在相機(jī)坐標(biāo)系下Z 軸坐標(biāo)，把端點(diǎn)的二維像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成為相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；
[0012] 5)、位置偏差計(jì)算：根據(jù)得到的兩條線段的端點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)的直線方程，從而 計(jì)算板材的實(shí)際位置和參考位置的位置偏差，包括兩個(gè)位移偏差A(yù)x、Ay和一個(gè)角度偏差 AA；
[0013]6)、實(shí)際抓取位置計(jì)算：根據(jù)得到的位置偏差，對(duì)在參考抓取位置時(shí)折彎?rùn)C(jī)器人的 工具坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平移變換，得到實(shí)際抓取位置。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟4)中相機(jī)內(nèi)部參數(shù)可由相機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得到，頂層板材在相機(jī)坐標(biāo) 系下Z軸坐標(biāo)可由取料站上板材的數(shù)量、每塊板材的厚度、參考位置在相機(jī)坐標(biāo)系下Z軸坐 標(biāo)計(jì)算得到，參考位置在相機(jī)坐標(biāo)系下的Z軸坐標(biāo)由放置在取料站上的平面標(biāo)定模板的外 部參數(shù)得到。
[0015] 進(jìn)一步地，把二維像素點(diǎn)轉(zhuǎn)化成相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)的步驟包括：設(shè)統(tǒng)計(jì) 概率霍夫線變換得到的線段3的兩個(gè)端點(diǎn)為（u31，v31)和（u32，v32)，線段4的兩個(gè)端點(diǎn)為 (u41，v41)和（u42，v42)，根據(jù)式（1)即可轉(zhuǎn)換成在相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)
[0016]
[0017] 兵甲，圯陣M是(XU傲傢機(jī)的円部穸數(shù)圯陣，z。是穸考金屬懨柯仕和機(jī)坐標(biāo)系下 的Z坐標(biāo)，兩者均由相機(jī)標(biāo)定得到，n是取料站上金屬板材的數(shù)量，t是金屬板材的厚度， 因此（x，y，h-nXt))就是像素點(diǎn)（u，v)在相機(jī)坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)，設(shè)由式（1) 得到的線段3和線段4的端點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)分別為（x31，y31，（％-nXt))， (x32，y32,（zc_nXt))，（x41，y41，（zc_nXt))和（x42，y42,（zc_nXt))，計(jì)算得到線段 3 和線段 4 相應(yīng)的直線方程AiX+BJ+CiZ+Df0,i= 3, 4。
[0018] 進(jìn)一步地，步驟5)中的參考位置也由兩條直線表示，計(jì)算方法同步驟1)_4)，位置 偏差計(jì)算的具體步驟是：
[0019] (a)根據(jù)端點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)的直線方程，設(shè)直線方程1和2對(duì)應(yīng)的是參考板材的上邊 緣和右邊緣，直線方程3和4對(duì)應(yīng)的是實(shí)際頂層板材的上邊緣和右邊緣，直線方程表示為AiX+BjY+CiZ+D^0,i= 1, 2, 3, 4；
[0020](b)令Z=0,計(jì)算直線3和直線4的交點(diǎn)，記為點(diǎn)P(Px，Py)，計(jì)算點(diǎn)P到直線2的 距離記為Ax，計(jì)算點(diǎn)P到直線1的距離記為Ay，計(jì)算直線2和直線4的夾角記為AA。
[0021] 進(jìn)一步地，步驟6)中的參考抓取位置是折彎?rùn)C(jī)器人在抓取參考板材時(shí)，機(jī)器人工 具坐標(biāo)系的位置。
[0022] 本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明提供了一種基于視覺(jué)的頂層折彎板材定位方 法，滿足了目前折彎生產(chǎn)中，多層板材定位自動(dòng)化的要求。只需在取料站上添加一個(gè)CCD攝 像機(jī)，通過(guò)圖像處理從多層板材中自動(dòng)識(shí)別頂層待折彎板材的位置，并計(jì)算實(shí)際位置與參 考位置的偏差，從而使折彎?rùn)C(jī)器人根據(jù)偏差自動(dòng)定位到板材上方。生產(chǎn)過(guò)程中，在當(dāng)前折彎 板材還在折彎時(shí)，下一塊板材的位置信息，通過(guò)高效的圖像處理已經(jīng)計(jì)算得到并存儲(chǔ)。因此 當(dāng)前的板材完成折彎后，機(jī)器人可直接移動(dòng)到取料站抓取下一塊板材，避免了由機(jī)械定位 產(chǎn)生的時(shí)間成本，大大縮短了折彎周期，而且不需要定位臺(tái)，通用性高，提高了機(jī)器人輔助 折彎的自動(dòng)化水平和效率。
【附圖說(shuō)明】：
[0023]圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的工作流程圖。
[0024] 圖2是板材的實(shí)際位置與參考位置的位置偏差示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0025] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，下面結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0026] 請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明基于視覺(jué)的頂層折彎板材的定位方法，其包括如下步驟：
[0027] 1)、圖像采集：用垂直安裝于取料站上方的C⑶攝像機(jī)拍攝堆在取料站上多層板 材的圖像；
[0028]2)、板材區(qū)域提?。豪瞄撝捣指畲致蕴崛“宀膮^(qū)域，然后利用先腐蝕后膨脹去掉 分割后圖像中的噪聲區(qū)域，并把結(jié)果圖片作為掩膜，作用于原始采集的圖像，從采集的圖像 中提取多層板材的區(qū)域；
[0029]3)、邊緣提取及篩選：利用中值濾波對(duì)提取的板材區(qū)域進(jìn)行平滑，然后利用Canny 算子提取圖像中所有板材的邊緣，并根據(jù)提取邊緣的長(zhǎng)