CN106041946A - 基于图像处理的机械人打磨生产方法及应用其的生产*** - Google Patents

基于图像处理的机械人打磨生产方法及应用其的生产*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及打磨机械领域，尤其涉及一种基于图像处理的机械人打磨生产方法及应用其的生产***。该生产方法包括如下步骤：（1）工件图像获取；（2）工件图像处理和识别；（3）生成轨迹文件；（4）利用轨迹文件实现自动打磨。所述生产***利用软件触发的方法控制工业照相机对需要打磨的工件表面进行拍照，照相机把拍摄到的图片保存到电脑里，电脑程序读取图像并且进行图像处理和识别打磨区域，根据识别出来的打磨区域，规划三维轨迹路径坐标及轨迹文件，机器人自动对工件表面进行打磨。该生产方法利用计算机识别打磨区域和计算打磨轨迹坐标能大大提高了打磨效率和打磨精度，而且有效节约人力资源，打破了生产时间的约束，有效提高生产速度。

Description

基于图像处理的机械人打磨生产方法及应用其的生产***
技术领域
本发明涉及打磨机械领域，尤其涉及一种基于图像处理的机械人打磨生产方法及应用其的生产***。
背景技术
在制造业中，磨削抛光是一道关键的工序，磨削的质量往往决定了产品的档次。传统的工件磨削主要有人工磨削、专用机床磨削和数控机床磨削这三种模式。然而，人工磨削工作量大、效率较低，而且工件加工的均一性较差；专用机床通用性不好，只适合批量生产；数控机床的加工成本较高。此外，抛光车间的大量粉尘对工人的健康造成了威胁。
现有的机器人打磨工件的过程大多都是通过人工试调各个打磨位置，从而得到该位置的三维坐标信息，记录这些轨迹位置信息。这种方法过程繁琐，而且工人在试调过程中难以保证每个位置是足够精确的，而且打磨力度也是难以保证是均匀的，人工试调这种方式效率低下，如果打磨区域不一样又要重新试调位置，这样的方法实在是非常不方便，影响了生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于图像处理，并利用计算机识别打磨区域和计算打磨轨迹坐标的机械人打磨生产方法及应用其的生产***。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
基于图像处理的机械人打磨生产方法，应用于数控打磨机器人，所述生产方法包括如下步骤：
（1）工件图像获取：电脑通过软件触发控制工业照相机对打磨工件表面拍照，并保存到电脑磁盘里以便后面程序调用；
（2）工件图像处理和识别：调用机械视觉程序对图像进行处理，并且识别图像中的打磨区域；
（3）生成轨迹文件：调用轨迹规划程序，将二维坐标转换成三维坐标，并生成轨迹文件；
具体包括如下步骤：
c、计算打磨区域的最小包围盒的长和宽：根据识别出来的边界像素点坐标，求区域最左边和最右的像素x方向和y方向的绝对值ΔX =|X1-X2|和ΔY=|Y1-Y2|；
d、像素坐标转换成平面二维坐标：图像像素长和宽（X方向和Y方向）和实际工件表面实际长度和宽度存在一个比例系数α和β；求图像X方向像素长度转换为实际长度时：α=实际长度/图像像素长度；求图像Y方向像素长度转换为实际宽度是：β=实际宽度/图像像素宽度；即若区域最小包围盒的像素长度为ΔX ，则区域最小包围盒的实际长度x=α*ΔX；若区域最小包围盒的像素宽度ΔY,则区域最小包围盒实际宽度为y=β*ΔY；
e、平面二维坐标转换为三维坐标：以机器人磨头为原点，磨刀向前方向为三维的X正方向，磨刀向左方向为三维的Y的正方向，磨刀向上的方向为三维的Z的正方向；过人工试调一个机器人的初始位置和初始姿态（机器人打磨前和打磨结束后的回到的位置）作为设定的三维空间的坐标原点，把这个初始的三维坐标原点记为（），则二维平面坐标转换成三维空间坐标的公式为：
（4）利用轨迹文件实现自动打磨：将轨迹文件发送到机器人里，机器人按照该轨迹文件对工件进行打磨。
具体的，所述步骤（2）中工件图像处理和识别步骤包括如下步骤：
a、图像处理：对图像进行二值化、腐蚀和膨胀处理；
b、图像识别：识别出打磨区域的边界的像素点的坐标。
具体的，所述步骤（3）中生成轨迹文件的步骤还包括如下步骤：
f、路径规划计算：设磨刀直径为D，当打磨区域最小包围盒的左右两个坐标值差的绝对值||和||都大于磨刀直径D，则机器人走回型路径，否则从左端到右端或者从顶端到底端走。
更优的，机器人打磨前和打磨结束后有一个退刀位，即在第一个打磨点坐标和最后一个打磨坐标各增加一个退刀点坐标，这两个退刀点的X坐标分别减去50.00mm，则这两个退刀点的坐标分别是()和()。
更优的，所述步骤（4）利用轨迹文件实现自动打磨的步骤包括如下步骤：
g、电脑与机器人通讯：利用局域网将电脑和机器人连接，打开机器人的访问权限，通过访问机器人的网络IP，电脑通过局域网访问机器人内部***；VS2010编译***提供了shfileoperation函数，利用shfileoperation函数将电脑里轨迹文件拷贝到机器人的***中；
h、电脑与主控PLC通讯：电脑与主控PLC通讯用于控制电脑对工件进行拍照、对图像进行处理和识别打磨区域、生成轨迹文件和将轨迹文件发送到机器人步骤。
更优的，包括打磨机器人、电脑和主控PLC；
所述打磨机器人包括控制座和设于控制座的机械臂及安装与机械臂末端的打磨装置；
所述电脑包括工业相机、机械视觉模块、轨迹规划模块、电脑与打磨机器人通讯模块、电脑与主控PLC通讯模块和电脑与工业相机通讯模块；
所述打磨机器人的控制座和所述主控PLC均与所述电脑均电联接。
更优的，所述电脑内所有模块的软件程序包均是基于Visual C++2010编译***的C\C++编程语言编写的。
本发明根据上述内容提出一种基于图像处理的机械人打磨生产方法和生产***，所述生产***是一个智能化的生产***，它能解决人工操作带来的不便，还能有效提高生产效率。利用软件触发的方法控制工业照相机拍照，工业照相机对需要打磨的工件表面进行拍照，照相机把拍摄到的图片保存到电脑里，电脑程序读取图像并且进行图像处理和识别打磨区域，根据识别出来的打磨区域，规划平面二维轨迹路径坐标，再利用二维转三维的算法计算出三维路径坐标，最后把轨迹文件发送到机器人，输入轨迹文件后，通过PLC控制机器人将按照轨迹文件里的坐标信息运动，对工件表面进行打磨。其利用计算机识别打磨区域和计算打磨轨迹坐标能大大提高了打磨效率和打磨精度，而且有效节约人力资源，操作简单，使用可靠，减少工人工作强度，打破了生产时间的约束，有效提高生产速度。
附图说明
图1是本发明中所述生产方法的流程图；
图2是本发明中所述生产方法中生成轨迹文件步骤的流程图；
图3是本发明中打磨区域的最小包围盒的长和宽与工件表面的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
基于图像处理的机械人打磨生产方法，应用于数控打磨机器人，如图1-3所示，所述生产方法包括如下步骤：
（1）工件图像获取：电脑通过软件触发控制工业照相机对打磨工件表面拍照，并保存到电脑磁盘里以便后面程序调用；具体的包括如下步骤：
a、图像处理：对图像进行二值化、腐蚀和膨胀处理；
b、图像识别：识别出打磨区域的边界的像素点的坐标。
（2）工件图像处理和识别：调用机械视觉程序对图像进行处理，并且识别图像中的打磨区域；具体的包括如下步骤：
c、计算打磨区域的最小包围盒的长和宽：根据识别出来的边界像素点坐标，求区域最左边和最右的像素x方向和y方向的绝对值ΔX =|X1-X2|和ΔY=|Y1-Y2|；这两个绝对值就是打磨区域的最小包围盒的长和宽（这里的长和宽的单位是像素值，就是长和宽所占图像的像素长度），如图3示。
d、像素坐标转换成平面二维坐标：图像像素长和宽（X方向和Y方向）和实际工件表面实际长度和宽度存在一个比例系数α和β；求图像X方向像素长度转换为实际长度时：α=实际长度/图像像素长度；求图像Y方向像素长度转换为实际宽度是：β=实际宽度/图像像素宽度；即若区域最小包围盒的像素长度为ΔX ，则区域最小包围盒的实际长度x=α*ΔX；若区域最小包围盒的像素宽度ΔY,则区域最小包围盒实际宽度为y=β*ΔY（单位：mm,应该精确到小数点后六位）；
e、平面二维坐标转换为三维坐标：以机器人磨头为原点，磨刀向前方向为三维的X正方向，磨刀向左方向为三维的Y的正方向，磨刀向上的方向为三维的Z的正方向；过人工试调一个机器人的初始位置和初始姿态（机器人打磨前和打磨结束后的回到的位置）作为设定的三维空间的坐标原点，把这个初始的三维坐标原点记为（），则二维平面坐标转换成三维空间坐标的公式为：
（3）生成轨迹文件：调用轨迹规划程序，将二维坐标转换成三维坐标，并生成轨迹文件；f、路径规划计算：设磨刀直径为D，当打磨区域最小包围盒的左右两个坐标值差的绝对值||和||都大于磨刀直径D，则机器人走回型路径，否则从左端到右端或者从顶端到底端走。另外要注意的是，机器人打磨前和打磨结束后应该有一个退刀位，这样可以保证打磨结束后不影响其他不需要打磨的区域，所以在第一个打磨点坐标和最后一个打磨坐标各增加一个退刀点坐标，这两个退刀点的X坐标分别减去50.00，则这两个退刀点的坐标分别是()和()。最后将所有三维轨迹坐标信息写到tip和tid文件中并保存到电脑。
（4）利用轨迹文件实现自动打磨：将轨迹文件发送到机器人里，机器人按照该轨迹文件对工件进行打磨。具体包括如下步骤：
电脑与主控PLC通讯：利用局域网将电脑和机器人连接，打开机器人的访问权限，通过访问机器人的网络IP，电脑通过局域网访问机器人内部***；VS2010编译***提供了shfileoperation函数，利用shfileoperation函数将电脑里轨迹文件拷贝到机器人的***中。
h、电脑与主控PLC通讯：电脑与主控PLC通讯用于控制电脑对工件进行拍照、对图像进行处理和识别打磨区域、生成轨迹文件和将轨迹文件发送到机器人步骤。
PLC对电脑发送命令信号，不同的命令信号对应不同的动作，具体如表1、2所示：
表1
状态 发送方 接收方 状态代码 ASCLL码 PLC存储区
等待照相 PLC PC Ｗ 57H D101
照相 PLC PC P 50H D101
轨迹文件写入机器人 PLC PC X 58H D101
机器人运行程序 PLC PC V 56H D101
表2
状态 发送方 接收方 状态代码 ASCLL码 PLC存储区
图像识别完成 PC PLC T 54H D301
轨迹文件生成完成 PC PLC G 47H D301
轨 轨迹文件发送进机器人完毕 PC PLC O 4FH D301
一种应用如上所的基于图像处理的机械人打磨生产方法的生产***，其特征在于：包括打磨机器人、电脑和主控PLC；
所述打磨机器人包括控制座和设于控制座的机械臂及安装与机械臂末端的打磨装置；
所述电脑包括工业相机、机械视觉模块、轨迹规划模块、电脑与打磨机器人通讯模块、电脑与主控PLC通讯模块和电脑与工业相机通讯模块；
所述打磨机器人的控制座和所述主控PLC均与所述电脑均电联接。
所述电脑内所有模块的软件程序包均是基于Visual C++2010编译***的C\C++编程语言编写的。软件程序包括视机械觉程序、轨迹规划程序、电脑与机器人通讯程序、电脑与主控PLC通讯程序、电脑与相机通讯程序。
所述生产***是一个智能化的生产***，它能解决人工操作带来的不便，还能有效提高生产效率。利用软件触发的方法控制工业照相机拍照，工业照相机对需要打磨的工件表面进行拍照，照相机把拍摄到的图片保存到电脑里，电脑程序读取图像并且进行图像处理和识别打磨区域，根据识别出来的打磨区域，规划平面二维轨迹路径坐标，再利用二维转三维的算法计算出三维路径坐标，最后把轨迹文件发送到机器人，输入轨迹文件后，通过PLC控制机器人将按照轨迹文件里的坐标信息运动，对工件表面进行打磨。其利用计算机识别打磨区域和计算打磨轨迹坐标能大大提高了打磨效率和打磨精度，而且有效节约人力资源，操作简单，使用可靠，减少工人工作强度，打破了生产时间的约束，有效提高生产速度。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于图像处理的机械人打磨生产方法，应用于数控打磨机器人，其特征在于：包括如下步骤：
（1）工件图像获取：电脑通过软件触发控制工业照相机对打磨工件表面拍照，并保存到电脑磁盘里以便后面程序调用；
（2）工件图像处理和识别，包括如步骤：调用机械视觉程序对图像进行处理，并且识别图像中的打磨区域像素坐标；
（3）生成轨迹文件，包括如下步骤：
c、计算打磨区域的最小包围盒的长和宽：根据识别出来的边界像素点坐标，求区域最左边和最右的像素x方向和y方向的绝对值ΔX =|X1-X2|和ΔY=|Y1-Y2|；
d、像素坐标转换成平面二维坐标：图像像素长和宽（X方向和Y方向）和实际工件表面实际长度和宽度存在一个比例系数α和β；求图像X方向像素长度转换为实际长度时：α=实际长度/图像像素长度；求图像Y方向像素长度转换为实际宽度是：β=实际宽度/图像像素宽度；即若区域最小包围盒的像素长度为ΔX ，则区域最小包围盒的实际长度x=α*ΔX；若区域最小包围盒的像素宽度ΔY,则区域最小包围盒实际宽度为y=β*ΔY；
e、平面二维坐标转换为三维坐标：以机器人磨头为原点，磨刀向前方向为三维的X正方向，磨刀向左方向为三维的Y的正方向，磨刀向上的方向为三维的Z的正方向；过人工试调一个机器人的初始位置和初始姿态（机器人打磨前和打磨结束后的回到的位置）作为设定的三维空间的坐标原点，把这个初始的三维坐标原点记为（），则二维平面坐标转换成三维空间坐标的公式为：
（4）利用轨迹文件实现自动打磨：将轨迹文件发送到机器人里，打磨机器人按照该轨迹文件对工件进行打磨。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的机械人打磨生产方法，其特征在于：所述步骤（2）中工件图像处理和识别步骤包括如下步骤：
a、图像处理：对图像进行二值化、腐蚀和膨胀处理；
b、图像识别：识别出打磨区域的边界的像素点的坐标。
3.根据权利要求2所述的基于图像处理的机械人打磨生产方法，其特征在于：所述步骤（3）中生成轨迹文件的步骤还包括如下步骤：
f、路径规划计算：设磨刀直径为D，当打磨区域最小包围盒的左右两个坐标值差的绝对值||和||都大于磨刀直径D，则机器人走回型路径，否则从左端到右端或者从顶端到底端走。
4.根据权利要求3所述的基于图像处理的机械人打磨生产方法，其特征在于：机器人打磨前和打磨结束后有一个退刀位，即在第一个打磨点坐标和最后一个打磨坐标各增加一个退刀点坐标，这两个退刀点的X坐标分别减去50.00mm，则这两个退刀点的坐标分别是()和()。
5.根据权利要求1所述的基于图像处理的机械人打磨生产方法，其特征在于：所述步骤（4）利用轨迹文件实现自动打磨的步骤包括如下步骤：
g、电脑与机器人通讯：利用局域网将电脑和机器人连接，打开机器人的访问权限，通过访问机器人的网络IP，电脑通过局域网访问机器人内部***；VS2010编译***提供了shfileoperation函数，利用shfileoperation函数将电脑里轨迹文件拷贝到机器人的***中；
h、电脑与主控PLC通讯：电脑与主控PLC通讯用于控制电脑对工件进行拍照、对图像进行处理和识别打磨区域、生成轨迹文件和将轨迹文件发送到机器人步骤。
6.一种应用如权利要求1-5所述的基于图像处理的机械人打磨生产方法的生产***，其特征在于：包括打磨机器人、电脑和主控PLC；
所述打磨机器人包括控制座和设于控制座的机械臂及安装与机械臂末端的打磨装置；
所述电脑包括工业相机、机械视觉模块、轨迹规划模块、电脑与打磨机器人通讯模块、电脑与主控PLC通讯模块和电脑与工业相机通讯模块；
所述打磨机器人的控制座和所述主控PLC均与所述电脑均电联接。
7.根据权利要求6所述的基于图像处理的机械人打磨生产方法，其特征在于：所述电脑内所有模块的软件程序包均是基于Visual C++2010编译***的C\C++编程语言编写的。
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