本發(fā)明涉及自動(dòng)化設(shè)備定位領(lǐng)域，特別涉及一種棒料視覺(jué)定位方法及裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有鋁棒感應(yīng)加熱爐或者中頻鋼棒感應(yīng)加熱爐多為人工上料或者機(jī)械手上料。但這兩種上料方式都存在諸多問(wèn)題：

1.人工上料：不論是鋁棒或是鋼棒，隨著市場(chǎng)對(duì)大型鋁型材和鍛打零部件的需求不斷提升，擠壓機(jī)噸位也隨之提升。而作為擠壓或鍛造的原材料，棒料的尺寸規(guī)格也逐步加大，目前稍大的鋁棒重量可以達(dá)到一噸左右。采用人工上料方式雖然能夠借助懸臂吊等輔助工具，但棒料質(zhì)量大，上料效率低，且操作起來(lái)存在一定的安全問(wèn)題。

2.機(jī)械手上料：近年來(lái)隨著人力成本不斷提高，且工人對(duì)工作環(huán)境的要求也越來(lái)越高，感應(yīng)加熱爐上料逐步采用上料機(jī)械手取代人工完成上料工作。但上料機(jī)械手仍然存在很大的局限性：即對(duì)棒料位置的獲取。

機(jī)械手能夠準(zhǔn)確的在要求的位置抓取棒料，但無(wú)法對(duì)棒料位置做出判斷，如果使用人工操作機(jī)械手，雖可以減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但從生產(chǎn)成本角度考慮企業(yè)投資一臺(tái)機(jī)械手卻還得請(qǐng)一個(gè)上料工人，不僅沒(méi)有降低成本，反倒多投資一臺(tái)機(jī)械手。

目前有些企業(yè)的解決方案是：鋁型材生產(chǎn)企業(yè)對(duì)料筐進(jìn)行改造，使料筐里面的棒料能夠以固定的位置和姿態(tài)存放。這樣，在對(duì)料筐進(jìn)行定位后，機(jī)械手即可按照既定的程序?qū)Π袅线M(jìn)行抓取。

但這樣的方案有以下局限性：（1）料筐經(jīng)過(guò)改造后只能存放一種直徑的棒料，而往往廠家對(duì)棒料的需求是多規(guī)格的，這樣就得做多種規(guī)格的料筐，且有些規(guī)格并不是常用的。做這些料筐不僅耗費(fèi)資金，還需大量空間存放；（2）料筐經(jīng)過(guò)改造后由于要給機(jī)械手抓取留有空間，因此，存放數(shù)量大大減少，導(dǎo)致頻繁更換料筐；（3）且料筐中的棒料由于需要按照要求擺放，在很多工況下，鋁棒是在熔鑄車(chē)間生產(chǎn)裝筐，裝筐要求過(guò)高會(huì)影響裝筐效率；（4）在生產(chǎn)過(guò)程中，如果料筐出現(xiàn)未裝滿的情況，則機(jī)械手無(wú)法識(shí)別，會(huì)存在無(wú)法抓取的情況，如果靠人工輸入料筐存儲(chǔ)情況，則存在輸入錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致機(jī)械手與棒料相撞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種棒料視覺(jué)定位方法及裝置，旨在解決現(xiàn)有棒料自動(dòng)上料系統(tǒng)效率低、成本高、僅適應(yīng)單一品種的問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種棒料視覺(jué)定位方法包括以下步驟：

s1.運(yùn)錠小車(chē)將裝滿棒料的料筐送至指定上料工位，抓料機(jī)械手移動(dòng)至料筐上方；

s2.工業(yè)攝像頭配合光源對(duì)料筐進(jìn)行拍照，照片送至成像定位系統(tǒng)進(jìn)行分析，系統(tǒng)根據(jù)照片計(jì)算出料筐中最上面一層棒料中心的橫向坐標(biāo)，且通過(guò)光源投射的參照線判斷上層棒料的高矮差異；

s3.成像系統(tǒng)將最高棒料的橫向坐標(biāo)值發(fā)送至抓料機(jī)械手，抓料機(jī)械手根據(jù)橫向坐標(biāo)走到相應(yīng)位置，向下行走抓取棒料，當(dāng)位于抓料機(jī)械手下方的傳感器檢測(cè)到棒料后發(fā)信號(hào)給抓料機(jī)械手，停止下行，手爪夾緊，抓料；

s4.抓料機(jī)械手將棒料送至設(shè)備上料工位，抓料機(jī)械手回到料筐上方，并重復(fù)步驟s2。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s2中，光源將條形激光投影在棒料表面，形成一道類(lèi)似拋物線的圓弧線，相機(jī)從正上方拍攝照片，通過(guò)每根棒料表面的圓弧線的頂點(diǎn)確定棒料中心橫向坐標(biāo)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s2中，光源傾斜投影在棒料表面，如棒料高度不同，則圓弧線的頂點(diǎn)向棒料軸向偏移，確定上層棒料相對(duì)高度，從高度最高的棒料開(kāi)始抓取。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s2中，以光源發(fā)射處的水平線為定位線，投影后最靠近光源定位線的圓弧線對(duì)應(yīng)的棒料為高度最高的棒料。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中，定位系統(tǒng)再對(duì)比能夠確定圓心的棒料高度，選取最高棒料將橫向坐標(biāo)發(fā)送至機(jī)械手，指導(dǎo)抓料機(jī)械手進(jìn)行抓取。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4中，重復(fù)步驟s2抓取棒料之前均對(duì)料筐進(jìn)行拍攝，確認(rèn)最高棒料中心橫向坐標(biāo)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s2中，攝像頭的視野范圍留有一定的余量，視野范圍比料筐的寬度大50-100mm。

本發(fā)明的一種棒料視覺(jué)定位裝置，包括抓料機(jī)械手、工業(yè)攝像頭、光源、用于放置棒料的料筐、運(yùn)錠車(chē)，所述工業(yè)攝像頭連接在抓料機(jī)械手底部的一端，所述光源傾斜地連接在抓料機(jī)械手底部的另一端，所述光源投影的范圍覆蓋工業(yè)攝像頭的視野范圍，所述料筐連接在運(yùn)錠車(chē)上，所述料筐的寬度小于工業(yè)攝像頭的視野范圍，所述運(yùn)錠車(chē)位于抓料機(jī)械手的下端工位并能相對(duì)于抓料機(jī)械手移動(dòng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述運(yùn)錠車(chē)底板設(shè)有導(dǎo)向板，所述料筐沿導(dǎo)向板放置在運(yùn)錠車(chē)底板的指定位置。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光源為能夠發(fā)射條形激光的發(fā)生器。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的方法和裝置在應(yīng)用中，對(duì)料筐中存儲(chǔ)的棒料直徑、數(shù)量、位置沒(méi)有要求，可適合多個(gè)規(guī)格的棒料；對(duì)料筐的位置要求較低，減少了更換料筐的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；此成像定位系統(tǒng)可安裝在抓料機(jī)械手上，隨機(jī)械手臂移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行拍照，不需要單獨(dú)提供機(jī)座或傳動(dòng)系統(tǒng)，大大節(jié)省實(shí)現(xiàn)視覺(jué)定位柔性化成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種棒料視覺(jué)定位裝置的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖2是本發(fā)明一種棒料視覺(jué)定位裝置的結(jié)構(gòu)正視圖；

圖3是本發(fā)明一種棒料視覺(jué)定位方法中相機(jī)及光源布置示意圖；

圖4是本發(fā)明一種棒料視覺(jué)定位方法中相機(jī)拍照示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例一：

如圖3和圖4所示，本發(fā)明的一種棒料視覺(jué)定位方法，包括以下步驟：

s1.運(yùn)錠小車(chē)將裝滿棒料3的料筐4送至指定上料工位，抓料機(jī)械手5移動(dòng)至料筐4上方；

s2.工業(yè)攝像頭1配合光源對(duì)料筐進(jìn)行拍照，照片送至成像定位系統(tǒng)進(jìn)行分析，系統(tǒng)根據(jù)照片計(jì)算出料筐4中最上面一層棒料3中心的橫向坐標(biāo)，且通過(guò)光源2投射的參照線判斷上層棒料1的高矮差異；

s3.成像系統(tǒng)將最高棒料1的橫向坐標(biāo)值發(fā)送至抓料機(jī)械手5，抓料機(jī)械手5根據(jù)橫向坐標(biāo)走到相應(yīng)位置，向下行走抓取棒料3，當(dāng)位于抓料機(jī)械手5下方的傳感器檢測(cè)到棒料3后發(fā)信號(hào)給抓料機(jī)械手5，停止下行，手爪夾緊，抓料；

s4.抓料機(jī)械手5將棒料3送至設(shè)備上料工位，抓料機(jī)械手5回到料筐4上方，并重復(fù)步驟s2。

本發(fā)明通過(guò)工業(yè)攝像頭1對(duì)棒料3由上至下進(jìn)行拍攝，工業(yè)攝像頭1安裝在抓料機(jī)械手5上，隨抓料機(jī)械手5一起移動(dòng)。當(dāng)抓料機(jī)械手5移動(dòng)到指定位置時(shí)，工業(yè)攝像頭1對(duì)料筐4進(jìn)行拍攝，并將照片傳給視覺(jué)定位系統(tǒng)，視覺(jué)定位系統(tǒng)對(duì)拍攝的照片進(jìn)行分析，根據(jù)光源2在棒料3圓弧面上的投影計(jì)算棒料3中心橫向坐標(biāo)，并且通過(guò)對(duì)比確認(rèn)上層棒料3中最高的棒料3，將最高棒料3中心位置坐標(biāo)傳給抓料機(jī)械手5，指導(dǎo)抓料機(jī)械手5對(duì)棒料3進(jìn)行抓取。

如圖3和圖4所示，步驟s2中，光源2將條形激光投影在棒料3表面，形成一道類(lèi)似拋物線的圓弧線，此時(shí)工業(yè)攝像頭1從正上方拍攝照片，則可以通過(guò)每根棒料3表面的圓弧線的頂點(diǎn)確定棒料3中心橫向坐標(biāo)；如棒料3高度不同，則頂點(diǎn)會(huì)向棒料3軸向偏移，以此確定上層棒料3相對(duì)高度，每次都從高度最高的棒料3開(kāi)始抓取則避免了抓料機(jī)械手5與旁邊棒料3相撞的可能性。

具體操作順序是：首先由人工將裝有棒料3的料筐4放至運(yùn)錠車(chē)6上，運(yùn)錠車(chē)6底板帶有導(dǎo)向板，使料筐4能夠落在指定的位置，此位置主要作用是將料筐4限定在工業(yè)攝像頭1能夠拍攝的范圍內(nèi)，確保工業(yè)攝像頭1能夠識(shí)別到料筐4內(nèi)所有的棒料3。而工業(yè)攝像頭1的視野范圍留有一定的余量，會(huì)比料筐4大50-100mm因此對(duì)料筐4位置無(wú)特別要求，誤差在40mm左右即可。如料筐4位置限定較小，則給工人裝料筐4帶來(lái)不便。

料筐4落位后由運(yùn)錠車(chē)6將其運(yùn)送至抓料機(jī)械手5上料工位。抓料機(jī)械手5攜帶工業(yè)攝像頭1移動(dòng)至料筐4上方，到位后給工業(yè)攝像頭1信號(hào)，對(duì)料筐4進(jìn)行拍照。拍照完成后將照片傳至視覺(jué)定位系統(tǒng)進(jìn)行分析。視覺(jué)定位系統(tǒng)根據(jù)光源投射到料筐4最上層棒料3表面的圓弧線（僅上層棒料能夠被拍攝到）計(jì)算上層棒料3中心的橫向坐標(biāo)，如圖4中的位置9，圓弧頂點(diǎn)即為棒料3中心橫向位置。定位系統(tǒng)再對(duì)比能夠確定圓心的棒料3高度，選取最高棒料3將橫向坐標(biāo)發(fā)送至抓料機(jī)械手5，指導(dǎo)抓料機(jī)械手5進(jìn)行抓取。以光源2發(fā)射處的水平線為定位線，投影后最靠近光源2定位線的圓弧線對(duì)應(yīng)的棒料3為高度最高的棒料3。如圖4所示，從工業(yè)攝像頭1的拍攝角度看，位置7相對(duì)與位置8上移了，位置7遠(yuǎn)離了定位線，而位置8是所有圓弧形中最好近定位線的，所以位置8對(duì)應(yīng)的棒料3位于最高層。

此方案可有效避免料筐4不滿或棒料3未按照正常順序擺放而導(dǎo)致機(jī)械手與棒料3相撞。抓料機(jī)械手5抓取棒料3后送至后續(xù)工位的上料輥道。再回到料筐4上方重復(fù)拍攝步驟。由于料筐4內(nèi)棒料3被抓取后可能導(dǎo)致上層棒料3有滑動(dòng)現(xiàn)象或是待料過(guò)程中人為移動(dòng)棒料3，因此每次抓取棒料3之前都需要對(duì)料筐4進(jìn)行拍攝，確認(rèn)最高棒料3中心橫向坐標(biāo)。

實(shí)施例二：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種棒料視覺(jué)定位裝置，包括抓料機(jī)械手5、工業(yè)攝像頭1、光源2、用于放置棒料3的料筐4、運(yùn)錠車(chē)6，工業(yè)攝像頭1連接在抓料機(jī)械手5底部的一端，光源2傾斜地連接在抓料機(jī)械手5底部的另一端，光源2投影的范圍覆蓋工業(yè)攝像頭1的視野范圍，料筐4連接在運(yùn)錠車(chē)6上，料筐4的寬度小于工業(yè)攝像頭1的視野范圍，運(yùn)錠車(chē)6位于抓料機(jī)械手5的下端工位并能相對(duì)于抓料機(jī)械手5移動(dòng)。

其中，運(yùn)錠車(chē)6底板設(shè)有導(dǎo)向板，料筐4沿導(dǎo)向板放置在運(yùn)錠車(chē)6底板的指定位置。光源2為能夠發(fā)射條形激光的發(fā)生器。

在本發(fā)明中采用了最新式的視覺(jué)定位系統(tǒng)，系統(tǒng)可根據(jù)照片自動(dòng)識(shí)別棒料3圓心位置，并且自動(dòng)判斷最高棒料3提供圓心坐標(biāo)供抓料機(jī)械手5抓取。

該棒料視覺(jué)定位方法和裝置拍攝方式為由上至下拍攝；能夠自動(dòng)識(shí)別不同直徑棒料3，并尋找棒料3中心位置；對(duì)棒料3存放位置、姿態(tài)及數(shù)量沒(méi)有特殊要求；不需要單獨(dú)的機(jī)座或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，依附于抓料機(jī)械手5即可；可使用通用料筐4，且定位誤差范圍寬，40mm即可；采用激光發(fā)生器作為光源，識(shí)別光源2在棒料3表面的投影。

本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、此系統(tǒng)對(duì)料筐4中存儲(chǔ)的棒料3直徑?jīng)]有要求，可適合多個(gè)規(guī)格的棒料3進(jìn)行定位，并指導(dǎo)抓料機(jī)械手5抓取。也就是只要料筐4尺寸不變，不論里面裝什么規(guī)格的棒料3系統(tǒng)都可以進(jìn)行定位。對(duì)于工廠生產(chǎn)的實(shí)際意義是：只需要準(zhǔn)備一種料筐4即可在各個(gè)生產(chǎn)線上通用，大大節(jié)省多規(guī)格料筐4的制造費(fèi)用和存放位置。

2、此系統(tǒng)對(duì)料筐4中存儲(chǔ)的棒料3位置沒(méi)有具體要求，只要棒料3放置平穩(wěn)即可。即料筐4只是一個(gè)簡(jiǎn)單的筐架，中間沒(méi)有對(duì)棒料3的導(dǎo)向和限位，在工人裝筐時(shí)只要將棒料3在料筐4中放置穩(wěn)定即可，大大提高裝筐效率，且由于料筐4結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其體積比現(xiàn)有的限定棒料3位置的料筐4體積小很多。易于存放和運(yùn)輸。

3、此系統(tǒng)對(duì)料筐4中存儲(chǔ)的棒料3數(shù)量沒(méi)有具體要求，即不論料筐4里面棒料3有多少都能夠正常識(shí)別。在實(shí)際生產(chǎn)中，棒料3數(shù)量往往根據(jù)產(chǎn)量確定，并不能保證每個(gè)料筐4都裝滿后才送入加熱爐加熱，當(dāng)料筐4沒(méi)有裝滿時(shí)，本系統(tǒng)能夠根據(jù)照片判斷最高棒料3位置坐標(biāo)，從而指導(dǎo)抓料機(jī)械手5抓取。

4、此系統(tǒng)對(duì)料筐4的位置要求較低。在運(yùn)送料筐4到上料工位的運(yùn)錠車(chē)6上安裝有導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)即可，誤差在40mm左右，不論是用叉車(chē)還是天車(chē)吊料筐4都能夠比較輕松的對(duì)料筐4進(jìn)行定位。這樣減少了更換料筐4的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

5、此成像定位系統(tǒng)可安裝在抓料機(jī)械手5上，隨抓料機(jī)械手5的手臂移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行拍照，不需要單獨(dú)提供機(jī)座或傳動(dòng)系統(tǒng)，大大節(jié)省實(shí)現(xiàn)視覺(jué)定位柔性化成本。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。