[發(fā)明專利]基于機(jī)器學(xué)習(xí)的激光標(biāo)刻方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110523053.1
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113134683A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建華;董兵強(qiáng);班劍鋒;王睿;吳昊鵬;陳錦濤;楊慧;宋劉毅;王煦州;劉廣鵬;于浩;安心怡
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/08;B23K26/70
• 代理公司: 北京市中聞律師事務(wù)所 11388
• 代理人: 馮夢洪

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的激光標(biāo)刻方法及裝置，更適合棒材在復(fù)雜環(huán)境下的定位，其誤差滿足標(biāo)刻平臺定位精度需求。方法包括：(1)對實(shí)驗(yàn)環(huán)境下模擬現(xiàn)場環(huán)境拍攝的棒材照片進(jìn)行標(biāo)注，隨機(jī)抽取20％作為驗(yàn)證集數(shù)據(jù)，其余全部作為訓(xùn)練集數(shù)據(jù)；(2)在PyTorch和CUDA框架下訓(xùn)練棒材數(shù)據(jù)集；(3)對目標(biāo)檢測模型的評價指標(biāo)AP、mAP、Recall進(jìn)行分析，如不滿足預(yù)期效果則調(diào)整棒材訓(xùn)練集和網(wǎng)絡(luò)循環(huán)次數(shù)來提高精確率，獲得最優(yōu)參數(shù)和評估模型；(4)獲取棒材堆區(qū)域圖像；(5)利用最優(yōu)參數(shù)檢測出圖像中的目標(biāo)物體，并獲取物體在圖像中的坐標(biāo)信息，確定棒材端面坐標(biāo)；(6)控制機(jī)器人運(yùn)動到棒材端面坐標(biāo)；(7)進(jìn)行激光標(biāo)刻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光標(biāo)刻的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的激光標(biāo)刻方法，以及基于機(jī)器學(xué)習(xí)的激光標(biāo)刻裝置。

背景技術(shù)

目前，機(jī)器視覺檢測設(shè)備僅在尖端微電子行業(yè)嶄露頭角。隨著工業(yè)信息化和智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)業(yè)的升級換代必將為機(jī)器視覺提供更好的舞臺。機(jī)器視覺主要解決定位、測量、檢測和識別四大問題，其核心是圖像的采集與處理，視覺信息都來自圖像，即信息提取的準(zhǔn)確性取決于圖像的質(zhì)量。視覺光源是機(jī)器視覺不可或缺的一部分，正確使用可增加獲得圖像的清晰度，并對機(jī)器視覺處理的精度和速度產(chǎn)生極大影響。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，自然光和廠區(qū)照明光源普遍受能見度、溫度、濕度和人為因素等影響，且不同材料表面對光的反射程度不同，這些都將嚴(yán)重干擾機(jī)器視覺檢測過程，降低標(biāo)刻平臺的定位精度，且具有一定程度上的安全隱患。因此為了將鋁及合金棒材標(biāo)刻端面與生產(chǎn)環(huán)境的背景相區(qū)分，獲得高品質(zhì)、高對比度的圖像，保障標(biāo)刻平臺定位精度，視覺光源的正確選用尤為重要。

依據(jù)標(biāo)刻平臺標(biāo)刻流程可知，對鋁及合金棒材進(jìn)行激光標(biāo)刻需在棒材堆中尋找最佳標(biāo)刻端面，但棒材堆中棒材之間位姿存在空間位移和空隙，難以準(zhǔn)確的將激光器移動至最佳標(biāo)刻位置，如何在標(biāo)刻面精確定位成為標(biāo)刻平臺研究的重點(diǎn)。近年來數(shù)字圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)在機(jī)器視覺領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)機(jī)械式操作定位，機(jī)器視覺極大的提高了目標(biāo)工件定位的準(zhǔn)確性和靈活性，對不同形狀、位姿的工件都具有較高的識別率，適應(yīng)傳統(tǒng)工業(yè)中復(fù)雜的工作環(huán)境，提高工作效率和質(zhì)量的同時大大降低了人工操作。但是，目前的機(jī)器視覺的激光標(biāo)刻方法對噪聲相對敏感，且檢測時需要先驗(yàn)設(shè)定參數(shù)，在不同的環(huán)境和光照條件下其最佳參數(shù)變化范圍難以控制，魯棒性較差。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的激光標(biāo)刻方法，其更適合棒材在復(fù)雜環(huán)境下的定位，其誤差滿足標(biāo)刻平臺定位精度需求，大大減少實(shí)際工作中計(jì)算機(jī)運(yùn)算時間的同時提高定位效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：這種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的激光標(biāo)刻方法，其包括以下步驟：

(1)依據(jù)YOLOv5算法訓(xùn)練集所需文件類型，對實(shí)驗(yàn)環(huán)境下模擬現(xiàn)場環(huán)境拍攝的棒材照片進(jìn)行標(biāo)注，隨機(jī)抽取20％作為驗(yàn)證集數(shù)據(jù)，其余全部作為訓(xùn)練集數(shù)據(jù)；

(2)在PyTorch和CUDA框架下訓(xùn)練棒材數(shù)據(jù)集；

(3)訓(xùn)練完成后對目標(biāo)檢測模型的評價指標(biāo)AP、mAP、Recall進(jìn)行分析，如若不滿足預(yù)期效果則調(diào)整棒材訓(xùn)練集和網(wǎng)絡(luò)循環(huán)次數(shù)來提高精確率，獲得最優(yōu)參數(shù)和評估模型；

(4)獲取棒材堆區(qū)域圖像；

(5)利用步驟(3)的最優(yōu)參數(shù)檢測出步驟(4)的圖像中的目標(biāo)物體，并獲取物體在圖像中的坐標(biāo)信息，確定棒材端面坐標(biāo)；

(6)控制機(jī)器人運(yùn)動到棒材端面坐標(biāo)；

(7)進(jìn)行激光標(biāo)刻。