CN113052896A - 视觉定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业加工领域，公开了一种视觉定位方法及装置，其方法包括：包括：通过图像传感器检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及被加工物的第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度；控制图像传感器沿第一边缘所在方向相对于被加工物移动第一距离，并记录当前在图像传感器的第一感应区域内处于第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息；控制图像传感器沿垂直方向相对于被加工物移动第二距离，并记录处于第二边缘的第二边缘点的第三位置信息；根据第一位置信息、第二位置信息和第三位置信息确定被加工物的第二顶点的第四位置信息。本发明提供的视觉定位方法，可以避免激光切割头与机床发生碰撞的技术问题。

Description

视觉定位方法及装置

技术领域

本发明属于工业加工领域，更具体地说，是涉及一种视觉定位方法及装置。

背景技术

在工业加工领域，可以根据被加工物的边缘信息确定被加工物的精确位置。被加工物的精确位置的确定，对被加工物的加工精度产生重要的影响。例如，使用激光切割设备进行板材切割时，通过寻边功能可以获取板材边缘的角度和板材的顶点坐标，进而实现对板材的精准加工。

现有的寻边功能是依赖电容传感器实现的。电容传感器设置在激光切割头的下方。电容传感器根据从板材内部到板材边缘电容电荷量的突变来确定板材边缘的位置。然而，电容传感器在应用过程中有很大的局限性。例如，当寻边速度过快时，容易导致电容传感器在到达板材边缘的时候，激光切割头向下移动，容易发生碰撞甚至损坏。这是因为在寻边过程中，电容传感器要时刻感应到板材并保持一定的距离，当电容传感器突然越过板材边缘时，电容传感器也会为了追踪板材(保持激光切割头和板材的固定距离)带动激光切割头突然下降，导致激光切割头和被加工的板材及用于安放板材的机床发生碰撞。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视觉定位方法及装置，以解决现有技术中寻边定位容易出现激光切割头与机床发生碰撞的技术问题。

一种视觉定位方法，包括：

通过图像传感器检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及所述被加工物的第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度；

控制所述图像传感器沿第一边缘所在方向相对于所述被加工物移动第一距离，并记录当前在所述图像传感器的第一感应区域内处于所述第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息；

控制所述图像传感器沿垂直方向相对于所述被加工物移动第二距离，以使所述图像传感器检测到所述被加工物的第二边缘，并记录处于所述第二边缘的第二边缘点的第三位置信息，所述第二边缘与所述第一边缘为相对的边缘，所述第一边缘点的水平坐标与所述第二边缘点的水平坐标相等；

根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息确定所述被加工物的第二顶点的第四位置信息。

一种视觉定位装置，包括：

第一定位模块，用于通过图像传感器检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及所述被加工物的第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度；

第二定位模块，用于控制所述图像传感器沿第一边缘所在方向相对于所述被加工物移动第一距离，并记录当前在所述图像传感器的第一感应区域内处于所述第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息；

第三定位模块，用于控制所述图像传感器沿垂直方向相对于所述被加工物移动第二距离，以使所述图像传感器检测到所述被加工物的第二边缘，并记录处于所述第二边缘的第二边缘点的第三位置信息，所述第二边缘与所述第一边缘为相对的边缘，所述第一边缘点的水平坐标与所述第二边缘点的水平坐标相等；

第四定位模块，用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息确定所述被加工物的第二顶点的第四位置信息。

本发明提供的视觉定位方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明采用视觉定位方法对被加工物进行寻边定位，避免了使用电容传感器寻边定位时，容易出现激光切割头发生碰撞的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的视觉定位方法的流程示意图；

图2为在识别第一顶点时的示例图片；

图3为本发明实施例用于定位被加工物的加工区域时使用的几何原理示意图；

图4为在识别第一边缘点时的示例图片；

图5为本发明实施例提供的视觉定位装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，现对本发明实施例提供的视觉定位方法进行说明。所述视觉定位方法，包括：

S10、通过图像传感器检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及所述被加工物的第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度；

S20、控制所述图像传感器沿第一边缘所在方向相对于所述被加工物移动第一距离，并记录当前在所述图像传感器的第一感应区域内处于所述第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息；

S30、控制所述图像传感器沿垂直方向相对于所述被加工物移动第二距离，以使所述图像传感器检测到所述被加工物的第二边缘，并记录处于所述第二边缘的第二边缘点的第三位置信息，所述第二边缘与所述第一边缘为相对的边缘，所述第一边缘点的水平坐标与所述第二边缘点的水平坐标相等；

S40、根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息确定所述被加工物的第二顶点的第四位置信息。

本实施例中，如图2所示，将被加工物放置在加工平台上，且使被加工物的一个边角处在图像传感器的成像区域内。通过图像传感器获取被加工物的图像，然后利用预设的识别算法检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度。如图3所示，O即为第一顶点，OA所在的边缘即为第一边缘，β为第一倾斜角度。在一些情况下，为了便于计算，O的第一位置信息可以表示为(0,0)。

在确定出第一顶点和第一倾斜角度后，图像传感器可以沿第一边缘所在方向移动第一距离(在一些情况下，也可以是图像传感器保持不动，被加工物移动)，并记录当前在图像传感器的第一感应区域内处于第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息。第一边缘点即为图3中的A点。A点的第二位置信息可以表示为(x_A，y_A)。

在记录了第一边缘点的第二位置信息后，图像传感器沿垂直方向移动第二距离(在一些情况下，也可以是图像传感器保持不动，被加工物移动)，以检测被加工物的第二边缘(图3中CQ所在的边缘)。然后检测处于第二边缘上的第二边缘点(图3中的B点)，并记录第二边缘点的第三位置信息。B点的第三位置信息可以表示为(x_B，y_B)。其中，x_A＝x_B。在此处，第二距离仅用于表示图像传感器移动的距离，并非一个确定的距离(相同形状的被加工物，其第二距离可以是不同的)。当图像传感器检测到第二边缘点时，即可停止移动。图像传感器从检测第一边缘点所在的位置移动到检测第二边缘点所在的位置，这两个位置之间的距离，即为第二距离。

在确定第一顶点、第一边缘点、第二边缘点的位置信息后，可以据此计算出第二顶点(即Q点)的第四位置信息。

由此，在已知第一顶点和第二顶点的位置信息后，可以求出被加工物的倾斜角度。而被加工物的长和宽为已知值，进而确定出被加工物所在的区域。

被加工物的倾斜角度θ为：

在此处，被加工物为矩形的板材。

可选的，若所述第一倾斜角度大于零度，所述第一顶点与所述第一边缘点之间的距离小于所述第一边缘的边长且大于指定比较距离；

所述指定比较距离由以下式子计算：

其中，l为所述指定比较距离，L为包含所述第一顶点、所述第二顶点的第三边缘的边长，α为所述第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，β为所述第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度。

本实施例中，在图像传感器寻边的过程中，图像传感器沿第一边缘所在方向移动的第一距离不宜过长也不宜过短。必须保证第一边缘点处在第一边缘上，且第二边缘点处在第二边缘上。

第一倾斜角度大于零度，指的是以水平的且经过第一顶点的直线作为x轴，第一边缘除第一顶点外均处于x轴之上。反之，若第一倾斜角度小于零度，则第一边缘除第一顶点外均处于x轴之下。

由此，第一顶点与第一边缘点之间的距离OA应满足：

L(sinα/cosβ)<OA<W。

L(sinα/cosβ)即为指定比较距离，L为包含第一顶点、第二顶点的第三边缘的边长，α为第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，β为第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度，W为第一边缘的边长。

第一倾斜角度小于零度时，第一顶点与第一边缘点之间的距离OA应满足：

0<OA<W-L(sinα/cosβ)。

可选的，所述第二顶点的第四位置信息由以下式子计算：

x_Q＝(y_B-y_A)cosαsinα-x_O；

y_Q＝(y_B-y_A)cos²α-y_O；

其中，x为水平坐标，y为垂直坐标，Q为所述第二顶点，O为所述第一顶点，A为所述第一边缘点，B为所述第二边缘点，α为第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，所述第一顶点和所述第二顶点处于所述第三边缘上。

本实施例中，可以根据上述两个式子分别求出第二顶点的横坐标和纵坐标。如图3所示，可作经过A点与第二边缘垂直的辅助线AC，则AC＝ABcosα。AC＝OQ。可作经过O点作与AB平行的辅助线OP，且P点处在经过Q的水平线上。由图3的几何结构易知，α＝β。AB＝y_B-y_A，OP＝OQcosα＝ACcosα。因而，

x_Q＝(y_B-y_A)cosαsinα-x_O；

y_Q＝(y_B-y_A)cos²α-y_O。

第一倾斜角度小于零度时，上述式子依然适用计算Q点的位置信息。

可选的，步骤S40之后，还包括：

根据所述第一位置信息、所述第四位置信息和所述第一倾斜角度确定所述被加工物的加工区域；

在所述加工区域内规划所述被加工物的加工路径。

本实施例中，可以根据第一位置信息、第四位置信息和第一倾斜角度确定被加工物的加工区域。在此处，被加工物的长与宽是已知的。由于已经求解出第一顶点和第二顶点的位置信息，可以据此计算出被加工物第三顶点和第四顶点的位置信息，进而确定被加工物的加工区域。

在确定被加工物的加工区域后，在加工区域内规划被加工物的加工路径。例如，可以在被加工物所在的加工区域内设置若干个指定形状的加工路径。

可选的，所述在所述加工区域内规划所述被加工物的加工路径之后，包括：

通过激光加工设备沿所述加工路径对所述被加工物进行加工。

本实施例中，可以通过激光加工设备沿加工路径对被加工物进行加工。如，可以在被加工物上切割出若干个具有指定形状的工件。

可选的，所述第一边缘点位于所述第一感应区域水平方向的中点。

如图4所示，在图像传感器寻边的过程中，选取的第一边缘点可以是处于第一感应区域水平方向的中点。

可选的，所述被加工物为矩形板材，所述被加工物的材质包括金属合金。

本实施例中，被加工物可以是矩形板材。被加工物的材质可以是金属合金。具体的，被加工物可以是钢板、铁板、铝板或者其他材质的合金板。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种视觉定位装置，包括：

第一定位模块10，用于通过图像传感器检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及所述被加工物的第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度；

第二定位模块20，用于控制所述图像传感器沿第一边缘所在方向相对于所述被加工物移动第一距离，并记录当前在所述图像传感器的第一感应区域内处于所述第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息；

第三定位模块30，用于控制所述图像传感器沿垂直方向相对于所述被加工物移动第二距离，以使所述图像传感器检测到所述被加工物的第二边缘，并记录处于所述第二边缘的第二边缘点的第三位置信息，所述第二边缘与所述第一边缘为相对的边缘，所述第一边缘点的水平坐标与所述第二边缘点的水平坐标相等；

第四定位模块40，用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息确定所述被加工物的第二顶点的第四位置信息。

关于视觉定位装置的具体限定可以参见上文中对于视觉定位方法的限定，在此不再赘述。

可选的，所述第一顶点与所述第一边缘点之间的距离小于所述第一边缘的边长且大于指定比较距离；

所述指定比较距离由以下式子计算：

其中，l为所述指定比较距离，L为包含所述第一顶点、所述第二顶点的第三边缘的边长，α为所述第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，β为所述第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度。

可选的，若x_A＝x_C，则所述第二顶点的第四位置信息由以下式子计算：

x₀＝x_A-x_O；

y_Q＝y_C-y_A；

其中，x为水平坐标，y为垂直坐标，Q为所述第二顶点，O为所述第一顶点，A为所述第一边缘点，C为所述第二边缘点，α为第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，所述第一顶点和所述第二顶点处于所述第三边缘上。

可选的，视觉定位装置还包括：

确定加工区域模块，用于根据所述第一位置信息、所述第四位置信息和所述第一倾斜角度确定所述被加工物的加工区域；

确定加工路径模块，用于在所述加工区域内规划所述被加工物的加工路径。

可选的，视觉定位装置还包括：

加工模块，用于通过激光加工设备沿所述加工路径对所述被加工物进行加工。

可选的，所述第一边缘点位于所述第一感应区域水平方向的中点。

可选的，所述被加工物为矩形板材，所述被加工物的材质包括金属合金。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种视觉定位方法，其特征在于，包括：

通过图像传感器检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及所述被加工物的第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度；

控制所述图像传感器沿第一边缘所在方向相对于所述被加工物移动第一距离，并记录当前在所述图像传感器的第一感应区域内处于所述第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息；

控制所述图像传感器沿垂直方向相对于所述被加工物移动第二距离，以使所述图像传感器检测到所述被加工物的第二边缘，并记录处于所述第二边缘的第二边缘点的第三位置信息，所述第二边缘与所述第一边缘为相对的边缘，所述第一边缘点的水平坐标与所述第二边缘点的水平坐标相等；

根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息确定所述被加工物的第二顶点的第四位置信息。

2.如权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，若所述第一倾斜角度大于零度，所述第一顶点与所述第一边缘点之间的距离小于所述第一边缘的边长且大于指定比较距离；

所述指定比较距离由以下式子计算：

其中，l为所述指定比较距离，L为包含所述第一顶点、所述第二顶点的第三边缘的边长，α为所述第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，β为所述第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度。

3.如权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述第二顶点的第四位置信息由以下式子计算：

x_Q＝(y_B-y_A)cosα sinα-x_O；

y_Q＝(y_B-y_A)cos²α-y_O；

其中，x为水平坐标，y为垂直坐标，Q为所述第二顶点，O为所述第一顶点，A为所述第一边缘点，B为所述第二边缘点，α为第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，所述第一顶点和所述第二顶点处于所述第三边缘上。

4.如权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息确定所述被加工物的第二顶点的第四位置信息之后，还包括：

根据所述第一位置信息、所述第四位置信息和所述第一倾斜角度确定所述被加工物的加工区域；

在所述加工区域内规划所述被加工物的加工路径。

5.如权利要求4所述的视觉定位方法，其特征在于，所述在所述加工区域内规划所述被加工物的加工路径之后，包括：

通过激光加工设备沿所述加工路径对所述被加工物进行加工。

6.如权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，在水平方向上，所述第一边缘点位于所述第一感应区域水平方向的中点。

7.如权利要求1所述的视觉定位方法，其特征在于，所述被加工物为矩形板材，所述被加工物的材质包括金属合金。

8.一种视觉定位装置，其特征在于，包括：

第一定位模块，用于通过图像传感器检测被加工物的第一顶点的第一位置信息及所述被加工物的第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度；

第二定位模块，用于控制所述图像传感器沿第一边缘所在方向相对于所述被加工物移动第一距离，并记录当前在所述图像传感器的第一感应区域内处于所述第一边缘上的第一边缘点的第二位置信息；

第三定位模块，用于控制所述图像传感器沿垂直方向相对于所述被加工物移动第二距离，以使所述图像传感器检测到所述被加工物的第二边缘，并记录处于所述第二边缘的第二边缘点的第三位置信息，所述第二边缘与所述第一边缘为相对的边缘，所述第一边缘点的水平坐标与所述第二边缘点的水平坐标相等；

第四定位模块，用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息和所述第三位置信息确定所述被加工物的第二顶点的第四位置信息。

9.如权利要求8所述的视觉定位装置，其特征在于，若所述第一倾斜角度大于零度，所述第一顶点与所述第一边缘点之间的距离小于所述第一边缘的边长且大于指定比较距离；

所述指定比较距离由以下式子计算：

其中，l为所述指定比较距离，L为包含所述第一顶点、所述第二顶点的第三边缘的边长，α为所述第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，β为所述第一边缘在水平方向上的第一倾斜角度。

10.如权利要求8所述的视觉定位装置，其特征在于，所述第二顶点的第四位置信息由以下式子计算：

x_Q＝(y_B-y_A)cosα sinα-x_O；

y_Q＝(y_B-y_A)cos²α-y_O；

其中，x为水平坐标，y为垂直坐标，Q为所述第二顶点，O为所述第一顶点，A为所述第一边缘点，B为所述第二边缘点，α为第三边缘在垂直方向上的第二倾斜角度，所述第一顶点和所述第二顶点处于所述第三边缘上。

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