一种机床视觉定位方法及系统、机床技术方案

本发明专利技术提供一种机床视觉定位方法及系统、机床，包括对CAD文件中定位目标的边缘特征曲线进行采样，获取定位目标的匹配模板点；利用工业相机采集所述定位目标的图像，获取所采集的定位目标图像的边缘图像；匹配所述边缘图像和所述匹配模板点，获取匹配度最优时所述匹配模板点的匹配参数；获取工业相机的标定参数；基于所述标定参数和所述匹配参数确定所述定位目标的加工零点。本发明专利技术的机床视觉定位方法及系统、机床以CAD绘制的形状作为边缘定位的特征，能够实现非工装定位的工件的自动定位，得到加工零点并测量出定位目标的实际尺寸，从而提高工件的定位效率和加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种机床视觉定位方法及系统、机床
本专利技术涉及一种数控机床的
，特别是涉及一种机床视觉定位方法及系统、机床。
技术介绍
现有技术中，视觉定位基本包括以下两种方式：(1)基于图像灰度模板匹配的视觉定位具体地，基于图像灰度模板匹配的视觉定位方式首先需要设置一个目标图像的模板，通常为实际环境下对目标拍照所获取的截图；然后在即时拍摄的图像中匹配这一模板的位置，从而计算出目标的即时位置以完成定位。该方式由于实现简单，在实际应用中比较常见。但是其要求光照环境稳定，且目标变动的范围小。否则当即时拍摄的图像与模板有较大差异时，将导致无法定位，并且这种方式只能获得目标相对位置的变化。(2)基于边缘线的定位具体地，基于边缘线的视觉定位方式要求定位目标有明确的边缘特征，只需要保证目标在图像中的边缘清晰可见就能完成目标定位。因此这种方式受光照变化和大范围位置变化的影响小。但是，目前基于边缘特征的视觉定位多以直线、圆来定位目标，在定位前需人为地指定由哪些直线、圆在怎样的范围内以怎样的方式计算出目标位置，需要专业人员来制定定位规则，导致使用不灵活，不适于广泛推广使用。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种机床视觉定位方法及系统、机床，以CAD绘制的形状作为边缘定位的特征，能够实现非工装定位的工件的自动定位，得到加工零点并测量出定位目标的实际尺寸，从而提高工件的定位效率和加工效率。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种机床视觉定位方法，包括以下步骤：对CAD文件中定位目标的边缘特征曲线进行采样，获取定位目标的匹配模板点；利用工业相机采集所述定位目标的图像，获取所采集的定位目标图像的边缘图像；匹配所述边缘图像和所述匹配模板点，获取匹配度最优时所述匹配模板点的匹配参数；所述匹配参数包括所述边缘图像和所述匹配模板点匹配时匹配模板点相对于所述边缘图像的位置、旋转角度和缩放大小；获取所述工业相机的标定参数；所述标定参数包括图像中相邻两像素对应的实际长度、工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量和工业相机安装角度；基于所述标定参数和所述匹配参数确定所述定位目标的加工零点。于本专利技术一实施例中，利用工业相机采集所述定位目标的图像包括以下步骤：将所述定位目标移动至所述工业相机的视野范围内；调整所述工业相机下方的远心镜头至工件表面的距离为设定值；通过所述工业相机采集所述定位目标的图像。于本专利技术一实施例中，匹配所述边缘图像和所述匹配模板点包括以下步骤：获取匹配模板点处的灰度梯度方向到所述边缘图像y轴正方向的角度信息；获取所述边缘图像的边缘点上切线与所述边缘图像x轴正方向之间的角度信息；将所述匹配模板点在所述边缘图像上移动，计算所有匹配模板点到所述边缘图像的平均距离，选取平均距离最小时各个匹配模板点相对于所述边缘图像的位置、旋转角度和缩放大小作为所述匹配参数。于本专利技术一实施例中，将所述匹配模板点在所述边缘图像上移动时，移动步长由大到小变化，直至变为单个像素步长。于本专利技术一实施例中，当所述移动步长为单个像素步长时，以每个匹配模板点到最近边缘点的平均误差向量来修正所述边缘图像和所述匹配模板点匹配时匹配模板点相对于所述边缘图像的位置。于本专利技术一实施例中，获取所述工业相机的标定参数包括以下步骤：获取标定孔所在位置对应的第一机床坐标；所述标定孔为在工件表面与所述定位目标同高度的任意位置上标定的一孔；获取所述标定孔在所述工业相机的视野范围内的任意两个位置对应的第二机床坐标和第三机床坐标，以及所述任意两个位置对应的所述标定孔的两个图像坐标；所述第二机床坐标和所述第三机床坐标为移动机床工作台使所述标定孔移动到所述任意两个位置时对应的机床坐标；根据所述第一机床坐标、所述第二机床坐标和所述第三机床坐标，以及所述标定孔的两个图像坐标，计算出图像中相邻两像素对应的实际长度、工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的粗略值和工业相机安装角度；重复上述步骤，多次计算所述工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的粗略值，并将多次计算的工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的粗略值的均值作为所述工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的精确值。于本专利技术一实施例中，设置所述标定孔时，在所述工件表面粘贴薄膜，在所述薄膜上打一标定孔。于本专利技术一实施例中，基于所述标定参数和所述匹配参数确定所述定位目标的加工零点包括以下步骤：根据边缘图像中相邻两像素对应的实际长度、与所述边缘图像匹配的所述边缘特征曲线在所述定位目标图像中的位置和旋转角度，得到所述定位目标相对于工业相机中心光轴的位置和旋转角度；根据所述定位目标相对于工业相机中心光轴的位置和旋转角度、工业相机中心光轴相对于刀尖点的偏移量、定位工作坐标和工业相机安装角度计算所述定位目标的绝对位置和旋转角度，即加工零点；所述定位工位坐标是指所述定位目标移动至所述工业相机的视野范围之内时对应的机床坐标。于本专利技术一实施例中，还包括再次执行视觉定位时，采用以下任一方式：1)根据定位工位坐标将待定位目标移动至所述工业相机的视野范围内，完成定位，并将定位得到的加工零点写入零点偏置表；所述定位工位坐标是指所述定位目标移动至所述工业相机的视野范围之内时对应的机床坐标；2)使用数字控制代码将待定位目标移动到所述工业相机的视野范围内，根据数字控制定位指令的参数执行视觉定位，并将定位得到的加工零点写入共享内存，以供计算机数字控制系统读取共享内存中的加工零点，执行后续数字控制程序。同时，本专利技术还提供一种机床视觉定位系统，包括图像采集模块和图像处理模块；所述图像采集模块用于采集定位目标的图像，获取所采集的定位目标图像的边缘图像；所述图像处理模块与所述图像采集模块相连，用于对CAD文件中定位目标的边缘特征曲线进行采样，获取定位目标的匹配模板点；匹配所述边缘图像和所述匹配模板点，获取匹配度最优时所述匹配模板点的匹配参数；获取所述工业相机的标定参数；以及基于所述标定参数和所述匹配参数确定所述定位目标的加工零点；其中，所述匹配参数包括所述边缘图像和所述匹配模板点匹配时各个匹配模板点相对于所述边缘图像的位置、旋转角度和缩放大小；所述标定参数包括图像中相邻两像素对应的实际长度、工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量和工业相机安装角度。于本专利技术一实施例中，所述图像采集模块包括工业相机、远心镜头、环形光源和激光测距器；所述环形光源与所述远心镜头同轴，用于提供稳定光照；所述激光测距器平行于所述远心镜头，用于测量所述远心镜头到所述工件表面的距离，以通过调整使所述远心镜头至所述工件表面的距离为设定值；所述工业相机和所述远心镜头垂直于工件表面设置，所述远心镜头连接在所述工业相机的下方，所述工业相机和所述远心镜头用于采集所述工业相机的视野范围内的工件上的定位目标的图像。于本专利技术一实施例中，所述图像处理模块匹配所述边缘图像和所述匹配模板点时执行以下步骤：获取匹配模板点处的灰度梯度方向到所述边缘图像y轴正方向的角度信息；获取所述边缘图像的边缘点上切线与所述边缘图像x轴正方向之间的角度信息；将所述匹配模板点在所述边缘图像上移动，计算所有匹配模板点到所述边缘图像的平均距离，选取平均距离最小时各个匹配模板点相对于所述边缘图像的位置、旋转角度和缩放大小作为所述匹配参数。于本专利技术一实施例中，将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机床视觉定位方法，其特征在于：包括以下步骤：对CAD文件中定位目标的边缘特征曲线进行采样，获取定位目标的匹配模板点；利用工业相机采集所述定位目标的图像，获取所采集的定位目标图像的边缘图像；匹配所述边缘图像和所述匹配模板点，获取匹配度最优时所述匹配模板点的匹配参数；所述匹配参数包括所述边缘图像和所述匹配模板点匹配时匹配模板点相对于所述边缘图像的位置、旋转角度和缩放大小；获取所述工业相机的标定参数；所述标定参数包括图像中相邻两像素对应的实际长度、工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量和工业相机安装角度；基于所述标定参数和所述匹配参数确定所述定位目标的加工零点。

【技术特征摘要】
1.一种机床视觉定位方法，其特征在于：包括以下步骤：对CAD文件中定位目标的边缘特征曲线进行采样，获取定位目标的匹配模板点；利用工业相机采集所述定位目标的图像，获取所采集的定位目标图像的边缘图像；匹配所述边缘图像和所述匹配模板点，获取匹配度最优时所述匹配模板点的匹配参数；所述匹配参数包括所述边缘图像和所述匹配模板点匹配时匹配模板点相对于所述边缘图像的位置、旋转角度和缩放大小；获取所述工业相机的标定参数；所述标定参数包括图像中相邻两像素对应的实际长度、工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量和工业相机安装角度；基于所述标定参数和所述匹配参数确定所述定位目标的加工零点。2.根据权利要求1所述的机床视觉定位方法，其特征在于：利用工业相机采集所述定位目标的图像包括以下步骤：将所述定位目标移动至所述工业相机的视野范围内；调整所述工业相机下方的远心镜头至工件表面的距离为设定值；通过所述工业相机采集所述定位目标的图像。3.根据权利要求1所述的机床视觉定位方法，其特征在于：匹配所述边缘图像和所述匹配模板点包括以下步骤：获取匹配模板点处的灰度梯度方向到所述边缘图像y轴正方向的角度信息；获取所述边缘图像的边缘点上切线与所述边缘图像x轴正方向之间的角度信息；将所述匹配模板点在所述边缘图像上移动，计算所有匹配模板点到所述边缘图像的平均距离，选取平均距离最小时各个匹配模板点相对于所述边缘图像的位置、旋转角度和缩放大小作为所述匹配参数。4.根据权利要求3所述的机床视觉定位方法，其特征在于：将所述匹配模板点在所述边缘图像上移动时，移动步长由大到小变化，直至变为单个像素步长。5.根据权利要求3所述的机床视觉定位方法，其特征在于：当所述移动步长为单个像素步长时，以每个匹配模板点到最近边缘点的平均误差向量来修正所述边缘图像和所述匹配模板点匹配时匹配模板点相对于所述边缘图像的位置。6.根据权利要求1所述的机床视觉定位方法，其特征在于：获取所述工业相机的标定参数包括以下步骤：获取标定孔所在位置对应的第一机床坐标；所述标定孔为在工件表面与所述定位目标同高度的任意位置上标定的一孔；获取所述标定孔在所述工业相机的视野范围内的任意两个位置对应的第二机床坐标和第三机床坐标，以及所述任意两个位置对应的所述标定孔的两个图像坐标；所述第二机床坐标和所述第三机床坐标为移动机床工作台使所述标定孔移动到所述任意两个位置时对应的机床坐标；根据所述第一机床坐标、所述第二机床坐标和所述第三机床坐标，以及所述标定孔的两个图像坐标，计算出图像中相邻两像素对应的实际长度、工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的粗略值和工业相机安装角度；重复上述步骤，多次计算所述工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的粗略值，并将多次计算的工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的粗略值的均值作为所述工业相机中心光轴相对刀尖点的偏移量的精确值。7.根据权利要求6所述的机床视觉定位方法，其特征在于：设置所述标定孔时，在所述工件表面粘贴薄膜，在所述薄膜上打一标定孔。8.根据权利要求1所述的机床视觉定位方法，其特征在于：基于所述标定参数和所述匹配参数确定所述定位目标的加工零点包括以下步骤：根据边缘图像中相邻两像素对应的实际长度、与所述边缘图像匹配的所述边缘特征曲线在所述定位目标图像中的位置和旋转角度，得到所述定位目标相对于工业相机中心光轴的位置和旋转角度；根据所述定位目标相对于工业相机中心光轴的位置和旋转角度、工业相机中心光轴相对于刀尖点的偏移量、定位工作坐标和工业相机安装角度计算所述定位目标的绝对位置和旋转角度，即加工零点；所述定位工位坐标是指所述定位目标移动至所述工业相机的视野范围之内时对应的机床坐标。9.根据权利要求1所述的机床视觉定位方法，其特征在于：还包括再次执行视觉定位时，采用以下任一方式：1)根据定位工位坐标将待定位目标移动至所述工业相机的视野范围内，完成定位，并将定位得到的加工零点写入零点偏置表；所述定位工位坐标是指所述定位目标移动至所述工业相机的视野范围之内时对应的机床坐标；2)使用数字控制代码将待定位目标移动到所述工业相机的视野范围内，根据数字控制定位指令的参数执行视觉定位，并将定位得到的加工零点写入共享内存，以供计算机数字控制系统读取共享内存中的加工零点，执行后续数字控制程序。10.一种机床视觉定位系统，其特征在于：包括图像采集模块和图像处理模块；所述图像采集模块用于采集定位目标的图像，获取所采集的定位目标图像的边缘图像；所述图像处理模块与所述图像采集模块相连，用于对CAD文件中定位目标的边缘特征曲线进行采样，获取定...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志浩，陈阁，周扬，
申请(专利权)人：沈机上海智能系统研发设计有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31