一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法與系統與流程
2023-12-04 23:52:26
本發明涉及飛行加工技術領域，特別涉及一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法。本發明還涉及一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的系統。
背景技術：
目前，針對飛行加工領域來說，主要採用如下兩種技術：
其一是採用雙頭異步切割攝像系統，也即在設備上架設有單眼相機，通過單眼相機對材料進行視覺定位，然後再採用雙運動系統獨立切加工的方式，這種方式的優勢是，單眼相機的成本比線陣相機的成本要低。劣勢是，對機臺的幅面會有限制，當機臺幅面越大時，相機需要架設很高，這就會造成攝像定位的精度大大降低，無法滿足高精度定位的大幅面加工的需求。
其二是採用線陣相機，也即機臺架設有一個或多個線陣相機的設備，這些設備的工作方式是啟動送料時，開始獲取材料的圖像，當材料輸送到機臺的幅面長度時，這時再停止送料和圖像獲取，當圖像獲取完成之後，送料機構是固定不動的。優勢是，沒有加工幅面的限制，當幅面比較大的情況下，可以採用多個線陣相機的拼接方案；劣勢是，在加工過程中工作平臺必須要是固定不動的，加工卷料的效率上還是沒有發揮到最佳。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法，該方法可以實現材料在勻速送料的同時，實現邊定位邊加工，極大提高了卷料的加工效率。本發明的另一目的是提供一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的系統。
為實現上述目的，本發明提供一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法，包括：
將待加工材料放置於依次經過圖像採集區域、緩存區與加工區域的送料平臺上；
利用線陣相機採集位於圖像採集區域內待加工材料的圖像信息；
將所述圖像信息與預設的圖形進行匹對，得到加工區域內的加工軌跡；
當待加工材料進入加工區域後，根據所述加工軌跡並利用兩個獨立運行的加工裝置進行加工。
優選地，所述當待加工材料進入加工區域後，根據所述加工軌跡並利用兩個獨立運行的加工裝置進行加工的步驟包括：
當加工沿圖像採集區域、緩存區與加工區域方向的x軸直線時，
在加速時間段內，如果加工裝置在加速過程中的移動距離s1≥送料平臺在加速過程中的移動距離su1，則加工裝置向加速方向移動s1-su1的距離；如果所述移動距離s1＜所述移動距離su1，則加工裝置向送料平臺的方向移動su1-s1的距離；
在減速時間段內，如果加工裝置在減速過程中的移動距離s3≥送料平臺在減速過程中的移動距離su2，則加工裝置向加速方向移動s3-su2的距離；如果所述移動距離s3＜所述移動距離su2，則加工裝置向送料平臺的方向移動su2-s3的距離；
在勻速時間段內，如果加工裝置在勻速過程中的移動距離s2≥送料平臺在勻速過程中的移動距離su3，則加工裝置向加速方向移動s2-su3的距離；如果所述移動距離s2＜所述移動距離su3，則加工裝置向送料平臺的方向移動su3-s2的距離；
其中，送料平臺的速度為uvel，加工裝置的初始速度為v0，拐角速度為v1，目標速度為v2，加工加速度為acc，x軸直線的長度為dist1；
則加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移動距離su1＝uvel×t1；
則減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移動距離su2＝uvel×t2；
則所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，勻速時間t3＝s2/v2，所述移動距離su3＝uvel×t3。
優選地，所述當待加工材料進入加工區域後，根據所述加工軌跡並利用兩個獨立運行的加工裝置進行加工的步驟包括：
當加工垂直於圖像採集區域方向的y軸直線時，y軸直線的長度為dist2；
在加速時間段內，加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，
在減速時間段內，減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，
在勻速時間段內，所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，所述勻速時間t3＝s2/v2，則加工所述y軸直線的總時間為t＝t1+t2+t3；
根據所述長度dist2與所述送料平臺的總移動距離uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y軸直線的軌跡。
優選地，所述根據所述加工軌跡並利用兩個獨立運行的加工裝置進行加工的步驟包括：通過獲取所述送料平臺電機軸的脈衝頻率控制所述送料平臺的運行速度，或通過獲取與所述送料平臺相連的外部編碼器控制所述送料平臺的運行速度。
優選地，所述將所述圖像信息與預設的圖形進行匹對，得到加工區域內的加工軌跡的步驟與所述當待加工材料進入加工區域後，根據所述加工軌跡並利用兩個獨立運行的加工裝置進行加工的步驟之間還包括檢測所述待加工材料是否進入所述加工區域。
本發明還提供一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的系統，包括：
放料裝置：用於將待加工材料放置於依次經過圖像採集區域、緩存區與加工區域的送料平臺上；
線陣相機：用於採集位於圖像採集區域內待加工材料的圖像信息；
計算模塊：用於將所述圖像信息與預設的圖形進行匹對，得到加工區域內的加工軌跡；
兩個加工裝置：分別用於當待加工材料進入加工區域後，根據所述加工軌跡進行獨立加工。
優選地，兩個所述加工裝置均包括x軸直線模塊：用於，
當加工沿圖像採集區域、緩存區與加工區域方向的x軸直線時，
在加速時間段內，如果加工裝置在加速過程中的移動距離s1≥送料平臺在加速過程中的移動距離su1，則加工裝置向加速方向移動s1-su1的距離；如果所述移動距離s1＜所述移動距離su1，則加工裝置向送料平臺的方向移動su1-s1的距離；
在減速時間段內，如果加工裝置在減速過程中的移動距離s3≥送料平臺在減速過程中的移動距離su2，則加工裝置向加速方向移動s3-su2的距離；如果所述移動距離s3＜所述移動距離su2，則加工裝置向送料平臺的方向移動su2-s3的距離；
在勻速時間段內，如果加工裝置在勻速過程中的移動距離s2≥送料平臺在勻速過程中的移動距離su3，則加工裝置向加速方向移動s2-su3的距離；如果所述移動距離s2＜所述移動距離su3，則加工裝置向送料平臺的方向移動su3-s2的距離；
其中，送料平臺的速度為uvel，加工裝置的初始速度為v0，拐角速度為v1，目標速度為v2，加工加速度為acc，x軸直線的長度為dist1；
則加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移動距離su1＝uvel×t1；
則減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移動距離su2＝uvel×t2；
則所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，勻速時間t3＝s2/v2，所述移動距離su3＝uvel×t3。
優選地，兩個所述加工裝置均包括y軸直線模塊：用於，
當加工垂直於圖像採集區域方向的y軸直線時，y軸直線的長度為dist2；
在加速時間段內，加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，
在減速時間段內，減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，
在勻速時間段內，所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，所述勻速時間t3＝s2/v2，則加工所述y軸直線的總時間為t＝t1+t2+t3；
根據所述長度dist2與所述送料平臺的總移動距離uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y軸直線的軌跡。
優選地，所述加工裝置還包括：
第一控制模塊：用於通過獲取所述送料平臺電機軸的脈衝頻率控制所述送料平臺的運行速度，或
第二控制模塊：用於通過獲取與所述送料平臺相連的外部編碼器控制所述送料平臺的運行速度。
優選地，所述計算模塊與所述加工裝置之間還包括：
檢測模塊：用於檢測所述待加工材料是否進入所述加工區域。
相對於上述背景技術，本發明提供的一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法，待加工材料放置於送料平臺上，送料平臺依次經過圖像採集區域、緩存區與加工區域，且送料平臺持續進給，無停頓；當待加工材料處於圖像採集區域內，利用線陣相機採集待加工材料的圖像信息，也即確定待加工材料的位置；利用圖像信息與預設的圖形進行匹對，得到加工區域內的加工軌跡；也即，通過處於圖像採集區域內的待加工材料的位置得出當待加工材料進入加工區域後加工裝置的運動坐標；當待加工材料進入加工區域後，兩個獨立運行的加工裝置根據加工軌跡進行加工；在上述過程中，送料平臺帶動待加工材料持續運行，實現材料在勻速送料的同時，實現邊定位邊加工，極大提高了卷料的加工效率；並且該加工方法不會受到加工幅面的限制，利用單個或多個線陣相機的圖像拼接即可完成大幅面視覺定位操作。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例所提供的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法的流程圖；
圖2為圖1中送料平臺的移動方向的示意圖；
圖3為利用圖1的方法所加工的矩形圖形的示意圖；
圖4為加工圖3中的矩形圖形的軌跡2的示意圖；
圖5為本發明實施例所提供的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的系統的結構框圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。
請參考圖1至圖5，圖1為本發明實施例所提供的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法的流程圖；圖2為圖1中送料平臺的移動方向的示意圖；圖3為利用圖1的方法所加工的矩形圖形的示意圖；圖4為加工圖3中的矩形圖形的軌跡2的示意圖；圖5為本發明實施例所提供的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的系統的結構框圖。
本發明提提供一種基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法，如說明書附圖1所述，主要包括：
s1、將待加工材料放置於依次經過圖像採集區域、緩存區與加工區域的送料平臺上；
s2、利用線陣相機採集位於圖像採集區域內待加工材料的圖像信息；
s3、將所述圖像信息與預設的圖形進行匹對，得到加工區域內的加工軌跡；
s4、當待加工材料進入加工區域後，根據所述加工軌跡並利用兩個獨立運行的加工裝置進行加工。
如說明書附圖2所示，機臺由右向左依次為圖像採集區域、緩存區與加工區域，待加工材料放置於送料平臺上，送料平臺帶動待加工材料依次經過圖像採集區域、緩存區與加工區域；也即，待加工材料在送料平臺的作用下依次經過圖像採集區域、緩存區與加工區域；並且送料平臺與待加工材料持續進給，中間無停頓。
線陣相機布置於圖像採集區域內，線陣相機的個數可以通過待加工材料的幅面而定；當待加工材料在送料平臺的帶動下進入圖像採集區域內時，線陣相機對待加工材料進行圖像信息的採集，確定待加工材料的位置坐標；也即步驟s2的作用為：確定處於圖像採集區域內的待加工材料的位置坐標，而該位置坐標為待加工材料在圖像採集區域內的位置坐標。
在步驟s3中，根據圖像信息也即待加工材料在圖像採集區域內的位置坐標與預設的圖形進行匹對，其中預設的圖形是指需要對待加工材料進行加工的目標圖形，匹對後得到加工區域內的加工軌跡；也即，根據待加工材料在圖像採集區域內的位置坐標得到當待加工材料進入至加工區域後，加工裝置所需進行的加工軌跡，而該加工軌跡即為加工區域內的加工軌跡。其中，預設的圖形可以是一個工作幅面，也可以是幾米或者是幾十米長的圖形。
在步驟s4中，待加工材料進入加工區域後，根據上述加工軌跡並利用兩個獨立運行的加工裝置進行加工；通過兩個獨立運行的加工裝置對處於加工區域內的待加工材料進行加工，實現材料在勻速送料的同時，實現邊定位邊加工，極大提高了卷料的加工效率。
需要說明的是，在圖像採集區域內架設一個或者多個線陣相機以及線性光源，當待加工材料進入到該區域後開始進行材料的圖像採集；針對圖像採集區域與加工區域之間的緩存區，主要是為了能夠在圖像採集區域與加工區域之間設定一定的距離，便於將圖像的數據採集多些，從而獲取待加工材料的圖形或者將導入的矢量圖形與對應的圖像的特徵進行匹配確定好位置；也即準確獲取待加工材料所處圖像採集區域內的位置。在加工區域內，設有兩個獨立加工裝置，即兩個獨立的xy運動坐標系來對進入的待加工材料進行邊送料邊加工。
在上述步驟s4中，通過獲取送料平臺電機軸的脈衝頻率控制所述送料平臺的運行速度，或通過獲取與送料平臺相連的外部編碼器控制所述送料平臺的運行速度；也即，實現送料平臺的勻速運動的控制有兩種控制方式：
第一種是由控制器中的其中一個電機軸(下面簡稱為u軸)來控制，這時就不需要外接編碼器去獲取流水線的速度，而是控制器本來可以獲取當前u軸對應的脈衝頻率從而可以獲取到當前流水線的速度值uvel。
第二種則是有外部控制器(如：plc等)來控制，這時要獲取流水線的速度就需要借用外部編碼器來實現，將編碼器的反饋信號接入系統中，這時也能夠獲取流水線的速度值uvel。
本發明的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的實現方式即為：
假設線陣相機採集圖像的位置處跟加工區域內的邊界位置的偏移量為l，如說明書附圖2所示；
將待加工材料勻速送入到線陣相機的圖像採集區域內，可以通過現有軟體啟動待加工材料的圖像採集，這時線陣相機將數據反饋到機臺pc上，由於線陣相機與加工區域還有一定的緩存距離l，這個距離主要是為了更多的採集材料上的數據，這樣可以讓切割區域內的停止時間不會過長，所以l的距離需要根據加工區域內的加工時間來進行設計。
啟動圖像採集後，當送料平臺移動到或者接近l值時，這時軟體開始針對現有採集到的圖像進行攝像匹配，將匹配後的圖形數據與圖像中的開始匹對，這樣材料進入到加工區域時，開始進行飛行加工。
由於加工區域在加工的同時，送料機構也在不斷往前輸送，當加工區域完成了第一個l(也可能會小於l)的圖形數據時，這時說明第二個l的數據也已經採集到，這時系統再針對第二個l的圖像數據進行識別並將矢量圖與圖像上的位置進行匹對，然後匹對後的矢量圖形的坐標與當前送料軸移動的長度l2進行比較，計算出第二個l值實際進入到加工區域內的坐標值。然後再採用雙頭異步飛行加工的方式進行處理加工。而後以上流程持續循環。
針對上述步驟s3中，本發明給出以下實施例：
假設需要加工如說明書附圖3所示的矩形，u軸為送料平臺的運行方向，四條待加工曲線分別為1、2、3和4；送料平臺的速度為uvel，加工裝置的初始速度為v0，拐角速度為v1，目標速度為v2，加工加速度為acc，x軸直線的長度為dist1；針對曲線1的加工，也即針對沿圖像採集區域、緩存區與加工區域方向的x軸直線的加工；
在加速時間段內，如果加工裝置在加速過程中的移動距離s1≥送料平臺在加速過程中的移動距離su1，則加工裝置向加速方向移動s1-su1的距離；如果所述移動距離s1＜所述移動距離su1，則加工裝置向送料平臺的方向移動su1-s1的距離；
在減速時間段內，如果加工裝置在減速過程中的移動距離s3≥送料平臺在減速過程中的移動距離su2，則加工裝置向加速方向移動s3-su2的距離；如果所述移動距離s3＜所述移動距離su2，則加工裝置向送料平臺的方向移動su2-s3的距離；
在勻速時間段內，如果加工裝置在勻速過程中的移動距離s2≥送料平臺在勻速過程中的移動距離su3，則加工裝置向加速方向移動s2-su3的距離；如果所述移動距離s2＜所述移動距離su3，則加工裝置向送料平臺的方向移動su3-s2的距離；
而上述加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移動距離su1＝uvel×t1；
則減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移動距離su2＝uvel×t2；
則所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，勻速時間t3＝s2/v2，所述移動距離su3＝uvel×t3。
其中，針對近似情況，可以忽略在加速時間段與減速時間段內的情形，僅僅考慮在勻速時間段內的情形；而拐角速度v1的設置可以參考現有技術中雷射加工的設置方式。
針對曲線2的加工，也即加工垂直於圖像採集區域方向的y軸直線時，假設y軸直線的長度為dist2，而對於曲線2的加工需要加工裝置在x軸與y軸方向上同時運動，即需要利用xy軸的插補運動；
在加速時間段內，加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，
在減速時間段內，減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，
在勻速時間段內，所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，所述勻速時間t3＝s2/v2，則加工所述y軸直線的總時間為t＝t1+t2+t3；
根據所述長度dist2與所述送料平臺的總移動距離uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y軸直線的軌跡，如說明書附圖4所示。
曲線3與曲線4的加工方式與上述類似，本發明不再贅述。
在上述步驟s3與步驟s4之間還包括檢測待加工材料是否進入所述加工區域。也即，在啟動加工時，這時送料平臺開始轉動，同時在加工區域內增加傳感裝置檢測待加工材料是否開始進入加工區域，當材料進入到加工區域之後，這時兩個獨立的加工裝置開始跟隨著送料平臺的速度進行加工圖形的加工。
下面對本發明實施例提供的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的系統進行介紹，下文描述的裝置與上文所述的方法可以相互對照。
本發明提供的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的系統，包括：
放料裝置100：用於將待加工材料放置於依次經過圖像採集區域、緩存區與加工區域的送料平臺上；
線陣相機200：用於採集位於圖像採集區域內待加工材料的圖像信息；
計算模塊300：用於將所述圖像信息與預設的圖形進行匹對，得到加工區域內的加工軌跡；
兩個加工裝置400：分別用於當待加工材料進入加工區域後，根據所述加工軌跡進行獨立加工。
優選地，兩個所述加工裝置均包括x軸直線模塊：用於，
當加工沿圖像採集區域、緩存區與加工區域方向的x軸直線時，
在加速時間段內，如果加工裝置在加速過程中的移動距離s1≥送料平臺在加速過程中的移動距離su1，則加工裝置向加速方向移動s1-su1的距離；如果所述移動距離s1＜所述移動距離su1，則加工裝置向送料平臺的方向移動su1-s1的距離；
在減速時間段內，如果加工裝置在減速過程中的移動距離s3≥送料平臺在減速過程中的移動距離su2，則加工裝置向加速方向移動s3-su2的距離；如果所述移動距離s3＜所述移動距離su2，則加工裝置向送料平臺的方向移動su2-s3的距離；
在勻速時間段內，如果加工裝置在勻速過程中的移動距離s2≥送料平臺在勻速過程中的移動距離su3，則加工裝置向加速方向移動s2-su3的距離；如果所述移動距離s2＜所述移動距離su3，則加工裝置向送料平臺的方向移動su3-s2的距離；
其中，送料平臺的速度為uvel，加工裝置的初始速度為v0，拐角速度為v1，目標速度為v2，加工加速度為acc，x軸直線的長度為dist1；
則加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，所述移動距離su1＝uvel×t1；
則減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，所述移動距離su2＝uvel×t2；
則所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，勻速時間t3＝s2/v2，所述移動距離su3＝uvel×t3。
優選地，兩個所述加工裝置均包括y軸直線模塊：用於，
當加工垂直於圖像採集區域方向的y軸直線時，y軸直線的長度為dist2；
在加速時間段內，加速時間t1＝(v2-v0)/acc，所述移動距離s1＝v0×t1+acc×t1×t1/2，
在減速時間段內，減速時間t2＝(v2-v1)/acc，所述移動距離s3＝v1×t2+acc×t2×t2/2，
在勻速時間段內，所述移動距離s2＝dist1-s1-s3，所述勻速時間t3＝s2/v2，則加工所述y軸直線的總時間為t＝t1+t2+t3；
根據所述長度dist2與所述送料平臺的總移動距離uvel×t，利用勾股定理得到加工所述y軸直線的軌跡。
優選地，所述加工裝置還包括：
第一控制模塊：用於通過獲取所述送料平臺電機軸的脈衝頻率控制所述送料平臺的運行速度，或
第二控制模塊：用於通過獲取與所述送料平臺相連的外部編碼器控制所述送料平臺的運行速度。
優選地，所述計算模塊與所述加工裝置之間還包括：
檢測模塊：用於檢測所述待加工材料是否進入所述加工區域。
需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二之類的關係術語僅僅用來將一個實體與另外幾個實體區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體之間存在任何這種實際的關係或者順序。
以上對本發明所提供的基於雙頭異步視覺定位飛行加工的方法與系統進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。