一种基于图像处理的钢板切割规划装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于机械加工技术领域，公开了一种基于图像处理的钢板切割规划装置和方法，基于图像处理的钢板切割规划装置包括传输台架、图像采集与处理单元、步进传送单、红外触发单元；传输台架用于放置待切割钢板；所述结构步进传送单元用于传送钢板；红外触发单元用于触发相机采集图像并得到处理结果，所得结果包括待处理钢板的切割区域规划；并对余料存档，建档信息包括，余料面积，最小外接矩形的长和宽、最小外接椭圆的长轴和短轴长度，余料轮廓。本发明专利技术将机器视觉与工业加工相结合，规划板材加工区域，并对余料建档，指导后续的加工。本发明专利技术通用性强、操作简单，能显著的降低板材浪费率，节省成本，助力工厂智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理的钢板切割规划装置和方法
本专利技术属于机械加工
，尤其涉及一种基于图像处理的钢板切割规划装置和方法。
技术介绍
目前，金属板材是大部分金属零部件的粗坯，广泛应用于汽车零部件的加工制造。在板材的切割加工过程中，需要根据切割的形状规划切割区域，并对余料建档，便于指导后续的板材加工。传统的板材切割加工以人工经验为主，到目前为止这仍是大多是板材切割加工厂商采用的方式。依靠人工经验不仅成本高、浪费板材，还存在余料无法建档，无法指导后续切割加工的情况，且不同切割加工人员的经验存在主观上的差异，增加了切割加工的不确定性。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：1)传统的板材切割加工成本高、浪费板材。2)余料无法建档，无法指导后续切割加工。3)不同切割加工人员的经验存在主观上的差异，增加了切割加工的不确定性。解决以上问题及缺陷的难度为：1)无法自动采集板材信息而且通过人工测量采集板材信息成本较高；2)余料信息建档；3)板材切割的建模规划。解决以上问题及缺陷的意义为：1)能做到合理规划板材切割；2)对余料建档，指导后续切割加工；3)节省板材和人力成本，增加产线柔性化，助力工厂智能化。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于图像处理的钢板切割规划装置和方法。本专利技术是这样实现的，一种基于图像处理的钢板切割规划装置，所述基于图像处理的钢板切割规划装置包括：传送台架、图像采集与处理单元、步进传送单元、红外检测单元。r>所述传送台架用于放置钢板；所述步进传送单元用于传送待处理钢板；所述背光源用于打光视场；所述红外检测单元用于触发相机拍照；所述图像采集处理单元用于采集待处理的零件并得到处理结果，所得结果包括待处理钢板的切割区域规划；并对余料存档，建档信息包括，余料面积，最小外接矩形的长和宽、最小外接椭圆的长轴和短轴长度，余料轮廓。进一步，所述传送台架作为平台，所述图像采集与处理单元、步进传送单元、红外检测单元集成于其上。进一步，所述图像采集与处理单元包括：相机、工业镜头、工业光源及上位机；所述相机为线阵工业相机；所述工业镜头抗畸变性能较好，配置于相机上，所述相机、工业镜头位于工业光源的正上方处，且相机工业镜头正对于工业光源；所述工业光源置于传送台架上；所述待处理钢板触发红检测单元产生拍摄触发信号，并发送至上位机，上位机触发工业光源打光和相机产生拍摄操作，相机拍摄的图片传送至上位机进行处理，得到处理结果。进一步，所述工业光源置于传送台架之间的凹槽内，采用打背光方式，选择红色光源，可有效屏蔽外界杂散光对检测系统的影响。进一步，所述步进传送单元包括：步进控制器，传动机构；所述步进传送单元通过串口与上位机相连，接收上位机发送的调速信号，精准的控制待检测钢板在传送台架上移动。进一步，所述红外检测单元包括：红外收、发装置，发送端口正对于接收端口，且发送端口与接收端口的连线垂直于传送台架的纵轴线，待检测钢板传送至红外检测区域后，遮挡住红外光线，红外检测单元产生高电平，通过串口传送至上位机，上位机控制工业光源打光，并触发相机采集图片。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述基于图像处理的钢板切割规划装置的基于图像处理的钢板切割规划方法，所述图像采集与处理单元的图像采集与处理方法包括以下步骤：步骤一，上位机调节步进传送单元的速度v，使其匹配线扫相机的行扫描频率fline，防止出现图像拖尾现象。步骤一中的匹配步骤如下：1、将标定板正向放置于传送带上，设置线阵相机的行频f和传送单元速度v；2、采集线阵相机拍摄的标定板图像；3、计算标定板上标定点a与其四邻域标定点{a上，a下，a左，a右}的距离{l上，l下，l左，l右}，其中l上＝l下，l左＝l右；4、调节传送单元速度v比较{l上，l下，l左，l右}的大小，若l上＜l右则减小传送单元速度v，反之则增加v，直至l上＝l下＝l左＝l右。步骤二，传送台架以速度v传送待处理钢板，待处理钢板传送至固定区域触发红检测单元产生拍摄触发信号，并发送至上位机，上位机触发工业光源打光和相机产生拍摄操作，相机拍摄的图片传送至上位机，通过处理得到切割规划区域坐标点集合{P}。步骤三，余料存档，存档信息包括切割后钢板面积Sremain_area，余料形状G，最小外接矩形长宽(lrect,wrect)，最小外接椭圆的长轴和短轴长度(lellip,sellip)。进一步，步骤一进行前，需进行:步骤I，调节工业相机，使其处于竖直方向。调节工业光源，使其发光面与水平面平行。固定工业相机和工业光源。步骤II，调节工业镜头的焦距，使拍摄待检测的钢板图像清晰度最高，并固定此时工业镜头的变焦环对应的焦距。步骤二中，所述钢板图像处理算法如下：第一步，对采集到的钢板图像f(采集到的图像为单通道的256阶灰度图)做增强处理，f(i,j)表示第i行j列像素值，以为原点，选取m×n的区域，求出该区域的像素灰度均值计算增强后的图像fen如公式(1)所示：第二步，在增强后的图像fen的基础上，通过自适应阈值法分割出钢板区域。对fen做灰度直方图统计，统计结果以集合{H}表示，集合{H}的项数为256(对应256阶灰度)，灰度直方图中两个波峰对应集合{H}的两个最大值Vmax1和Vmax2，两个最大值之间的最小值(波峰之间的波谷)即为阈值点Tg。对于满足公式(2)的点保留，反之舍弃，自适应阈值处理后的图像fen转化为二值图像B。公式(2)如下式所示：f(i,j)≤Tg(2)第三步，通过形态学滤波，消除杂散噪声的影响。定义阈值Tarea(标量，表示面积的阈值，即像素点个数)，满足公式(3)的区域保留，反之舍弃，得到钢板区域R。公式(3)如下所示：{S}≥Tarea(3)式中，{S}为二值图像B中的分立区域的面积集合，面积以像素点的个数表示。第四步，切割需求建模，主要包括切割形状及尺寸，切割需求模型以二值图像M表示。第五步，切割区域规划，以第三步中得到的钢板区域二值图像R为基准，以切割需求模型M的最小外接矩形Mrect为模板，以R的右上区域为起始区域，旋转Mrect，确保在R完全包含Mrect的情况下，Mrect中至少有两个点与R的边缘重合，切割区域在R上的点集为{Crect|Mrect∝R}，切割后的面积Srect_remain_area＝R-Mrect。第六步，以第三步中得到的钢板区域二值图像R为基准，以切割需求模型M的最小外接椭圆Mellip为模板，以R的右上区域为起始区域，旋转Mellip，确保在R完全包含Mellip的情况下，Mrect中至少有两个点与R的边缘重合，切割区域在R上的点集为{Crect|Mrect∝R}，切割后的面积Sellip_remain_area＝R-Mellip。第七步，比较第五步和第六步中，切割后面积钢板面积大小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像处理的钢板切割规划方法，其特征在于，所述图像采集与处理单元的图像采集与处理方法包括：/n步骤一，上位机调节步进传送单元的速度v，匹配线扫相机的行扫描频率f

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的钢板切割规划方法，其特征在于，所述图像采集与处理单元的图像采集与处理方法包括：
步骤一，上位机调节步进传送单元的速度v，匹配线扫相机的行扫描频率fline；
步骤二，传送台架以速度v传送待处理钢板，待处理钢板传送至固定区域触发红检测单元产生拍摄触发信号，并发送至上位机，上位机触发工业光源打光和相机进行拍摄操作，相机拍摄的图片传送至上位机，通过处理得到切割规划区域坐标点集合{P}；
步骤三，余料存档，存档信息包括切割后钢板面积Sremain_area，余料形状G，最小外接矩形长宽(lrect,wrect)，最小外接椭圆的长轴和短轴长度(lellip,sellip)。


2.如权利要求1所述的基于图像处理的钢板切割规划方法，其特征在于，步骤一进行前，需进行：
步骤I，调节工业相机并处于竖直方向；调节工业光源使发光面与水平面平行；
步骤II，调节工业镜头的变焦环对应焦距。


3.如权利要求1所述的基于图像处理的钢板切割规划方法，其特征在于，步骤二中，所述钢板图像处理算法包括：
第一步，对采集到的钢板图像f做增强处理，f(i,j)表示第i行j列像素值，以为原点，选取m×n的区域，求出该区域的像素灰度均值计算增强后的图像fen的公式如下：



第二步，在增强后的图像fen的基础上，通过自适应阈值法分割出钢板区域；对fen做灰度直方图统计，统计结果以集合{H}表示，集合{H}的项数为256，灰度直方图中两个波峰对应集合{H}的两个最大值Vmax1和Vmax2，两个最大值之间的最小值为阈值点Tg；对于满足以下公式的点保留，反之舍弃，自适应阈值处理后的图像fen转化为二值图像B；所述公式如下式所示：
f(i,j)≤Tg；
第三步，通过形态学滤波，消除杂散噪声的影响；阈值Tarea，满足以下公式的区域保留，反之舍弃，得到钢板区域R；所述公式如下所示：
{S}≥Tarea；
式中，{S}为二值图像B中的分立区域的面积集合，面积以像素点的个数表示；
第四步，切割需求建模，主要包括切割形状及尺寸，切割需求模型以二值图像M表示；
第五步，切割区域规划，以第三步中得到的钢板区域二值图像R为基准，以切割需求模型M的最小外接矩形Mrect为模板，以R的右上区域为起始区域，旋转Mrect，确保在R完全包含Mrect的情况下，Mrect中至少有两个点与R的边缘重合，切割区域在R上的点集为{Crect|Mrect∝R}，切割后的面积Srect_remain_area＝R-Mrect；
第六步，以第三步中得到的钢板区域二值图像R为基准，以切割需求模型M的最小外接椭圆Mellip为模板，以R的右上区域为起始区域，旋转Mellip，确保在R完全包含Mellip的情况下，Mrect中至少有两个点与R的边缘重合，切割区域在R上的点集为{Crect|Mrect∝R}，切割后的面积Sellip_remain_area＝R-Mellip；
第七步，比较第五步和第六步中，切割后面积钢板面积大小；选择切割后面积较大的切割方式，切割后的面积Sremain_area＝Max{Srect_remain_area,Sellip_remain_area}；切割区域为选中切割方式下M在R上映射的点集{P}。


4.如权利要求1所述的基于图像处理的钢板切割规划方法，其特征在于，步骤三中，处理后的余料图像区域为G，钢板余料区域的像素面积Sremain_area，转换到实际面积Garea_real＝Sremain_area×α，α为图像坐标系面积到世界坐标系面积的映射系数；拟合余料的最小外接矩形Grect，...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚家元，周海鹰，杨亚会，王思山，毕栋，兰建平，陈安庆，周奎，朱政泽，何超，
申请(专利权)人：湖北汽车工业学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42