[發明專利]一種適用于激光切割機的自適應坐標重建方法

有效

• 申請號: 201711431547.7
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108230400B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 錢榮盛;黨海平;鄔晨昊;靳璞磊;方平進
• 申請（專利權）人: 常州固高智能控制技術有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/00;B23K26/70;B23K26/38
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 張宇

1.一種適用于激光切割機的自適應坐標重建方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：標定機床上的相機，其步驟如下：

步驟S1：調節相機的高度，使相機的鏡頭的光軸垂直于被測物的表面，在機床的一側水平放置一個用于標定的矩形板，矩形板與相機的拍攝幅面相匹配；

步驟S2：對標準矩形板的四個邊進行測量，設定標準矩形板的四個角點分別為A1、B1、C1和D1，通過測量得到的標準矩形板的四個邊的長度分別為邊長a1、邊長a2、邊長b1和邊長b2，標準矩形板的周長為X＝a1+a2+b1+b2；將標準矩形板的邊長a1、邊長a2、邊長b1和邊長b2輸入到控制機床的上位機中，上位機計算標準矩形板的周長X，標準矩形板的周長為X＝a1+a2+b1+b2；

步驟S3：將標準矩形板水平放置于被測物上側，通過相機拍攝標準矩形板的n幅圖像，3n10，上位機從相機中讀取這n幅圖像，并將這n幅圖像分別進行二值化處理：首先設定一個閾值T1，閾值T1等于標準矩形板的灰度值與背景色的灰度值的平均值，選擇一個圖像，將該圖像中的各個像素分別與閾值T1比較，如大于T1時，設置該像素的灰度值為255，如小于T1時，該像素的灰度值為設置為0；

步驟S4：上位機利用逐行掃描的方式來檢測標準矩形板的四個角點坐標，其步驟如下：

步驟A：獲取一幅通過步驟S3處理好的標準矩形板的圖像，從圖像的第一行開始逐行讀取像素灰度值，設定當后一個像素灰度值減去前一個像素灰度值不為零時，即為產生了像素灰度值的跳變，即灰度值由255跳變成0或由0跳變成255；

步驟B：當在第一行遇到第一次灰度值跳變時，即灰度值由255跳變成0，上位機記錄灰度值為0的像素點的坐標，并將該像素點記為A₁點，標定其坐標為(X₁,Y₁)；

當在第一行遇到第二次灰度值跳變時，即灰度值由0跳變成255，記錄灰度值為0的像素點坐標，并將該像素點記為D₁點，標定其坐標為(X₂,Y₂)；

隨后的跳變不再進行記錄，直到掃描到了N+1行不再出現灰度值跳變情況，在第N行上遇到第一次跳變時，即灰度值由255跳變成0，記錄灰度值為0的像素點坐標，并將該像素點記為B₁點，其坐標標定為(X₃,Y₃)；

在第N行上遇到第二次跳變時，即灰度值由0跳變成255；記錄灰度值為0的像素點坐標，并將該像素點記為C₁點，其坐標標定為(X₄,Y₄)；

步驟C：上位機計算出標準矩形板周長X對應像素點個數的總和M：

M＝|X₂-X₁|+|X₄-X₃|+|Y₂-Y₁|+|Y₄-Y₃|+4；

步驟D：所述拍攝的n幅標準矩形板的圖像中，各幅圖像上顯示的標準矩形板的周長對應像素點個數分別為M₁，M₂...M_n，計算像素點的均值M'，

步驟S5：計算單個像素點對應的物理距離為

步驟S6：根據被拍攝的物體所對應像素點的個數，直接得到其物理參數，完成對相機的標定；

步驟7：抽離標準矩形板，將鈑金水平放置在被測物的上側，利用機床上的夾具將鈑金固定；

步驟8：通過相機拍攝鈑金的圖像，上位機從相機中讀取鈑金的圖像，對鈑金的圖像進行二值化處理，生成鈑金灰度圖像：設定一個閾值T2，閾值T2的值為鈑金的圖像中鈑金的灰度值與背景色的灰度的值求平均，將鈑金的圖像中所有的像素的灰度值均與閾值T2繼續對比，如大于T2時，設置該像素的灰度值為255，如小于T2時，該像素的灰度值為設置為0；

步驟9：通過步驟S4中所述的逐行掃描的方式來標定鈑金灰度圖像中鈑金的四個角點的坐標，設定這四個角點的坐標分別為角點A(X_a,Y_a)，角點B(X_b,Y_b)，角點C(X_c,Y_c)和角點D(X_d,Y_d)；

步驟10：設定機床的機械坐標原點為O，設定O’為工作坐標原點，設定B(X_b，Y_b)點為鈑金上最接近機械坐標原點O的點，上位機計算工作坐標原點O’的坐標為(X_b+ε，Y_b-ε)，ε∈[0，20]，設定O’的坐標記作(x_o′，y_o′)，x_o′＝X_b+ε，y_o′＝Y_b-ε；

步驟11：以工作坐標原點O’的水平方向為X軸，在鈑金灰度圖像中掃描到第y_O′行的第二次跳變時，即灰度值由0跳變到255，記錄灰度值為0的像素點坐標，即X軸與鈑金最右測邊沿的交點的像素點，記該點為E點，其坐標標定為(X_e，Y_e)，以過O’點垂直方向為Y軸，建立初始加工坐標系，機床根據初始加工坐標系對鈑金開始實施加工；

步驟12：機床在對鈑金加工時，上位機以鈑金的四個角點為中心點，劃分出100×100的四個區域，分別為區域A₂，區域B₂，區域C₂和區域D₂；

步驟13：相機僅對區域A_２，區域B_２，區域C_２和區域D_２進行圖像的實時采集，上位機實時讀取相機拍攝到的區域A_２，區域B_２，區域C_２和區域D_２的圖像，并采用步驟8和步驟9所述的方法重新標定鈑金的四個角點的新坐標：A′(X_a′，Y_a′)，B′(X_b′，Y_b′)，C′(X_c′，Y_c′)，D′(X_d′，Y_d′)；

步驟14：上位機通過以下公式計算重新標定鈑金的四個角點的新坐標與開始加工前鈑金的四個角點的坐標之間的誤差值：

其中，和為鈑金的角點A的誤差值，和為鈑金的角點B的誤差值，和為鈑金的角點C的誤差值，和

為鈑金的D點的誤差值，和為E點的誤差值；

步驟15：上位機設定閾值L1和閾值L2，L2＞L1；上位機分別將與閾值L1做比較，當其中任意一個值大于L1時，再將該值與閾值L2做比較，當該值大于閾值L2時，停止加工；當該值小于閾值L2時，執行步驟16；

步驟16：加工坐標系重新建立：新的工作原點O′坐標為新的E點坐標為以O″為新的工作坐標原點，O″E′為新的X軸，過原點O″且垂直于E′O″的方向為新的Y軸，上位機計算E′O″所在直線與EO′所在直線的夾角為θ，將誤差值和θ代入激光切割機的控制程序，作為新的坐標參考值進行加工。