本發(fā)明涉及工業(yè)機器人手眼協(xié)調(diào)視覺伺服控制領(lǐng)域，特別涉及一種激光切割的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，在機器人實時控制領(lǐng)域，視覺伺服控制是當(dāng)前的一個重要研究方向和提高機器人智能化水平的研究熱點之一。其中，工業(yè)機器人的視覺伺服控制技術(shù)對于保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率具有重要作用。目前，在汽車制造、軍工及重工等行業(yè)三維鈑金零部件和特殊型材的切割加工呈現(xiàn)多品種小批量化以及高精度化的發(fā)展趨勢。其具體存在的問題如下：

在具體的切割過程中，被切割件是通過人工或另外一個機器人協(xié)作下料，這就造成被加工件在定位時會產(chǎn)生三維空間上的誤差；此外，還會存在平面的平移的誤差，以及擺放不平所造成的旋轉(zhuǎn)誤差。如果切割機器人不進行三維空間姿態(tài)修正，仍原來的加工路徑進行切割，當(dāng)產(chǎn)品加工精度要求較高時，勢必會降低產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出了一種激光切割的方法和設(shè)備，用以克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

具體的，本發(fā)明提出了以下具體的實施例：

本發(fā)明實施例提出了一種激光切割的方法，包括：

獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)；

根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整；

基于調(diào)整后激光切割裝置對待切割件進行激光切割。

在一個具體的實施例中，所述“獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)”包括：

通過一字線形激光發(fā)射裝置，以垂直角度直射待切割件表面；

通過面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器提取待切割件表面的激光線形調(diào)制信息，并生成待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)；

基于圖像工作站通過所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)輸出旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)。

在一個具體的實施例中，所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)是通過待切割件在z坐標(biāo)方向的距離值和投影變換獲取。

在一個具體的實施例中，在獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)，之后還包括：

在左右圖像的激光線的空間區(qū)域進行配準，以使面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器在任意時捕捉的控制位置相同；

對進行配準的圖像進行空間測距和二維空間圖像尺寸的標(biāo)定。

在一個具體的實施例中，所述“根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整”包括：

以基于位置的視覺伺服控制和基于圖像的視覺伺服控制的方式基于所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)對激光切割裝置進行實時調(diào)整。

本發(fā)明實施例還提出了一種激光切割的設(shè)備，包括：

獲取模塊，用于獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)；

調(diào)整模塊，用于根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整；

切割模塊，用于基于調(diào)整后激光切割裝置對待切割件進行激光切割。

在一個具體的實施例中，所述獲取模塊，用于：

通過一字線形激光發(fā)射裝置，以垂直角度直射待切割件表面；

通過面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器提取待切割件表面的激光線形調(diào)制信息，并生成待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)；

基于圖像工作站通過所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)輸出旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)。

在一個具體的實施例中，所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)是通過待切割件在z坐標(biāo)方向的距離值和投影變換獲取。

在一個具體的實施例中，該設(shè)備還包括：配準模塊，用于在左右圖像的激光線的空間區(qū)域進行配準，以使面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器在任意時捕捉的控制位置相同；

對進行配準的圖像進行空間測距和二維空間圖像尺寸的標(biāo)定。

在一個具體的實施例中，所述調(diào)整模塊，用于：

以基于位置的視覺伺服控制和基于圖像的視覺伺服控制的方式基于所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)對激光切割裝置進行實時調(diào)整。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例提出了一種激光切割的方法和設(shè)備，其中，該方法包括：獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)；根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整；基于調(diào)整后激光切割裝置對待切割件進行激光切割。以此實現(xiàn)了對激光切割裝置進行實時的精準控制以及調(diào)整，保證了后續(xù)切割的精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提出的一種激光切割的方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提出的一種機器人激光切割雙目三維成像與混合視覺伺服融合方法的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提出的一種基于雙目三維成像與混合視覺伺服融合的機器人激光切割控制方法的流程示意圖；

圖4a-4b為本發(fā)明實施例提出的一種投影變換的示意圖；

圖4c為本發(fā)明實施例提出的一種平移旋轉(zhuǎn)方向的示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提出的一種圖像三維形態(tài)重構(gòu)與切割邊緣數(shù)據(jù)處理流程的示意圖；

圖6本發(fā)明實施例提出的一種激光切割的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在下文中，將更全面地描述本公開的各種實施例。本公開可具有各種實施例，并且可在其中做出調(diào)整和改變。然而，應(yīng)理解：不存在將本公開的各種實施例限于在此公開的特定實施例的意圖，而是應(yīng)將本公開理解為涵蓋落入本公開的各種實施例的精神和范圍內(nèi)的所有調(diào)整、等同物和/或可選方案。

在下文中，可在本公開的各種實施例中使用的術(shù)語“包括”或“可包括”指示所公開的功能、操作或元件的存在，并且不限制一個或更多個功能、操作或元件的增加。此外，如在本公開的各種實施例中所使用，術(shù)語“包括”、“具有”及其同源詞僅意在表示特定特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、組件或前述項的組合，并且不應(yīng)被理解為首先排除一個或更多個其它特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、組件或前述項的組合的存在或增加一個或更多個特征、數(shù)字、步驟、操作、元件、組件或前述項的組合的可能性。

在本公開的各種實施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一個”包括同時列出的文字的任何組合或所有組合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一個”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本公開的各種實施例中使用的表述(諸如“第一”、“第二”等)可修飾在各種實施例中的各種組成元件，不過可不限制相應(yīng)組成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的順序和/或重要性。以上表述僅用于將一個元件與其它元件區(qū)別開的目的。例如，第一用戶裝置和第二用戶裝置指示不同用戶裝置，盡管二者都是用戶裝置。例如，在不脫離本公開的各種實施例的范圍的情況下，第一元件可被稱為第二元件，同樣地，第二元件也可被稱為第一元件。

應(yīng)注意到：如果描述將一個組成元件“連接”到另一組成元件，則可將第一組成元件直接連接到第二組成元件，并且可在第一組成元件和第二組成元件之間“連接”第三組成元件。相反地，當(dāng)將一個組成元件“直接連接”到另一組成元件時，可理解為在第一組成元件和第二組成元件之間不存在第三組成元件。

在本公開的各種實施例中使用的術(shù)語“用戶”可指示使用電子裝置的人或使用電子裝置的裝置(例如，人工智能電子裝置)。

在本公開的各種實施例中使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的并且并非意在限制本公開的各種實施例。如在此所使用，單數(shù)形式意在也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否則在這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本公開的各種實施例所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。所述術(shù)語(諸如在一般使用的詞典中限定的術(shù)語)將被解釋為具有與在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的語境含義相同的含義并且將不被解釋為具有理想化的含義或過于正式的含義，除非在本公開的各種實施例中被清楚地限定。

實施例1

本發(fā)明實施例1公開了一種激光切割的方法，如圖1所示，包括：

步驟101、獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)；

步驟102、根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整；

步驟103、基于調(diào)整后激光切割裝置對待切割件進行激光切割。

具體的，在一個實施例中，步驟101中所述“獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)”包括：

通過一字線形激光發(fā)射裝置，以垂直角度直射待切割件表面；

通過面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器提取待切割件表面的激光線形調(diào)制信息，并生成待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)；

基于圖像工作站通過所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)輸出旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)。

在此以一個例子來進行說明，如圖2所示，首通過高精度非衍射一字線形激光發(fā)射器對待切割件的表面進行照射，后續(xù)利用雙目面陣ccd/cmos(complementarymetaloxidesemiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器來獲取到激光照射后的激光線形調(diào)制信息，并生成待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)，再通過圖像工作站通過所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)輸出旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)。

在一個具體的實施例中，所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)是通過待切割件在z坐標(biāo)方向的距離值和投影變換獲取。

在一個具體的實施例中，在獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)，之后該方法還包括：

在左右圖像的激光線的空間區(qū)域進行配準，以使面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器在任意時捕捉的控制位置相同；

對進行配準的圖像進行空間測距和二維空間圖像尺寸的標(biāo)定。

在一個具體的實施例中，所述“根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整”包括：

以基于位置的視覺伺服控制和基于圖像的視覺伺服控制的方式基于所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)對激光切割裝置進行實時調(diào)整。

實施例2

為了對本發(fā)明進行進一步的說明，本發(fā)明基于具體的應(yīng)用環(huán)境，還提出了一種具體的激光切割的方法。

如圖2所示，為本方案中的一種控制方案的示意圖；首先構(gòu)建雙目激光三維掃描成像單元，其主要由高精度非衍射一字線形激光發(fā)射器、雙目面陣ccd/cmos圖像傳感器、機械掃描裝置組成,主要用于完成被加工件三維笛卡爾空間的形貌檢測和旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)提??；此外，還還包括融合三維掃描成像與混合視覺伺服控制的機器人末端工具坐標(biāo)修正方法，其通過被測件提供的平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)值結(jié)合基于圖像的和基于位置的視覺伺服控制方法來實現(xiàn)。

具體的，安裝高精度一字線形激光發(fā)射裝置，以垂直角度直射被切割件表面；可以采用高精度非衍射he-na激光發(fā)射器光源，為雙目ccd(charge-coupleddevice，電荷耦合元件)提供三維掃描成像的結(jié)構(gòu)光源，該激光器采用軟件功率可調(diào)方式，為獲取最佳成像效果，對呈不同表面粗糙度的被加工件通過圖像清晰度計算，自動調(diào)整激光線輻射亮度，在被加工件表面上形成一條垂直于掃描方向的激光剖面。

還安裝用于提取被測件表面激光線形調(diào)制信息的面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器。在一個具體的實施例中，位于激光發(fā)射器中心水平線上安裝高速高清晰雙目面陣ccd/cmos圖像傳感器，還可以在鏡頭前加裝特定波長帶通濾色片，其目的是保證圖像采集質(zhì)量和防止外界強光干擾。同時考慮到被測件的大小信息，設(shè)計高度可調(diào)支架(滿足檢測精度范圍)。圖像傳感器分別成同等角度安裝于激光發(fā)射兩端，形成雙目視覺三維測量方式剔除單目測量時的光源遮擋問題。為了確保當(dāng)被測件高度變化時候的檢測精度，ccd1和ccd2在橫向上設(shè)計成距離和角度可變方式。

安裝ccd激光三維掃描控制裝置和成像支架。

采用懸臂支架方式安裝激光發(fā)射器和雙目ccd，并通過步進電機控制成像系統(tǒng)實時掃描，為了保證圖像掃描精度和減少雙目圖像空間匹配的計算量。對圖像傳感器采用外觸發(fā)方式，即當(dāng)掃描被執(zhí)行時通過位移編碼器采集位移脈沖，并通過信號分配器將脈沖信號傳遞給ccd1和ccd2同步觸發(fā)成像。該部分成像支架采用懸臂式以避開機器人工作空間。

針對切割機器人混合視覺伺服控制方法設(shè)計，采用雙目激光三維掃描成像技術(shù)實現(xiàn)被測件的三維形貌和笛卡爾空間姿態(tài)的精確檢測，通過精確的三維掃描成像，圖像工作站可輸出用于末端位姿平移調(diào)整的平面坐標(biāo)，同時可進行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)計算并將結(jié)果傳遞給機器人關(guān)節(jié)控制器修正末端旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。該部分內(nèi)容通過單個三維成像子系統(tǒng)與混合視覺的融合處理，同時保留了基于圖像和基于位置的伺服控制的優(yōu)點。系統(tǒng)的設(shè)計的融合式伺服控制方法如圖3所示。

測件空間平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)精確提取，具體的，提取旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)通過兩個特征值獲得，其一是被測目標(biāo)在z坐標(biāo)方向的距離值(由雙目測距系統(tǒng)直接獲得)，此處，采用雙目掃描式在一定程度上避免被測件部分空間遮擋問題。該方式可精確獲得被測目標(biāo)各空間的點旋轉(zhuǎn)值；其二是結(jié)合目標(biāo)投影畸變獲得，如圖4a-4c所示，當(dāng)目標(biāo)不平整定位時(一側(cè)高于另一側(cè))圖像將發(fā)生投影畸變，此時，可根據(jù)計算機將畸變圖像與計算機輸入的標(biāo)準被加工進行對比，進行被測目標(biāo)空間姿態(tài)的讀取。由于已獲得被檢測目標(biāo)三維形貌，因此被測件與計算機輸入的標(biāo)準件在空間上可以快速的進行匹配(特征點易獲取)。另一方面是被加工件平移姿態(tài)的讀取，此處包括被加工件在二維空間中的平移和旋轉(zhuǎn)。其檢測方式如圖4c所示，讀取值為實際檢測值與標(biāo)準定為圖像在二維平面的平移和旋轉(zhuǎn)偏差。

6/被加工件三維形貌可視化重構(gòu)與數(shù)據(jù)處理,在此過程中，雙目ccd圖像傳感器在激光線條掃描過程中，采用兩種標(biāo)定方法進行圖像形態(tài)和控制坐標(biāo)的精確提取，首先，為使左右ccd掃描圖像在空間上配準，掃描時除了要求精確加工的機械掃描裝置外，還需在圖像上做二次標(biāo)定，即將左右圖像的激光線的空間區(qū)域進行配準，使其在同步外觸發(fā)下左右ccd圖像傳感器在任意時捕捉的控制位置相同。其二已配準的圖像進行空間測距和二維空間圖像尺寸的標(biāo)定。系統(tǒng)的三維形貌檢測與空間坐標(biāo)值提取的數(shù)據(jù)處理流程如圖5所示。

本申請的方案融合的雙目ccd激光掃描成像與混合視覺伺服控制方法，具有檢測精度高和控制靈活等特點。通過單個系統(tǒng)同時提取被切割件的三維空間旋轉(zhuǎn)和二維空間旋轉(zhuǎn)和平移特征值，并且精度可控。同時實現(xiàn)了基于位置的和基于圖像的工業(yè)機器人視覺伺服控制方式，在優(yōu)勢互補的基礎(chǔ)上融合三維成像系統(tǒng)提出了一種新的視覺伺服控制方法。采用高速高分辨率攝像機作為圖像采集設(shè)備，檢測視場寬度大，不受工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾和溫度影響，能實時提供機器人控制的輸入信號，有利于提高工業(yè)機器人激光切割的自動化水平，提高機器人的加工柔性。具體體現(xiàn)在以下幾點：

1、硬件組成上，采用雙目ccd和線形激光發(fā)射器作為主要成像單元，高亮度激光線不作為照明光源使用，而是提供ccd/cmos面陣攝像機提取被測件三維形態(tài)信息的調(diào)整結(jié)構(gòu)光源，采用高精度位移測速編碼器實時采集掃描速率，以此動態(tài)調(diào)整攝像機幀掃描頻率，采用高性能圖像工作站進行海量數(shù)據(jù)的并行處理與存儲，可實現(xiàn)離線信息回放。

2、基于雙目ccd激光掃描成像與混合視覺伺服控制方法，一方面可以通過單個成像系統(tǒng)提取被加工件的三維空間旋轉(zhuǎn)和二維空間平移和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)值，并能同時將旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)進行提??；與傳統(tǒng)的基于圖像視覺伺服控制方式相比，可省去分解單應(yīng)性矩陣的過程。本發(fā)明提出方法具有更高的精確性和實時性。

3、本發(fā)明提出方法，可對所有被加工件進行三維形貌可視化重構(gòu)。除了對被加工件進行切割數(shù)據(jù)提取外，能夠同時進行被測件三維尺寸的測量，準確評估被加工件的質(zhì)量等級。

4、本發(fā)明除適用于汽車三維鈑金零部件和特殊型材的工業(yè)機器人激光精切切割技術(shù)外，同時也可用于視覺引導(dǎo)、焊接、噴涂、裝配、搬運等作業(yè)、以及其它基于機器人手眼協(xié)調(diào)的生產(chǎn)加工過程的實時檢測與視覺伺服控制領(lǐng)域。

實施例3

本發(fā)明實施例3還公開了一種激光切割的設(shè)備，如圖6所示，包括：

獲取模塊201，用于獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)；

調(diào)整模塊202，用于根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整；

切割模塊203，用于基于調(diào)整后激光切割裝置對待切割件進行激光切割。

在一個具體的實施例中，所述獲取模塊201，用于：

通過一字線形激光發(fā)射裝置，以垂直角度直射待切割件表面；

通過面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器提取待切割件表面的激光線形調(diào)制信息，并生成待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)；

基于圖像工作站通過所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)輸出旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)。

在一個具體的實施例中，所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)是通過待切割件在z坐標(biāo)方向的距離值和投影變換獲取。

在一個具體的，還包括：配準模塊，用于在左右圖像的激光線的空間區(qū)域進行配準，以使面陣雙目ccd/cmos圖像傳感器在任意時捕捉的控制位置相同；

對進行配準的圖像進行空間測距和二維空間圖像尺寸的標(biāo)定。

在一個具體的實施例中，所述調(diào)整模塊202，用于：

以基于位置的視覺伺服控制和基于圖像的視覺伺服控制的方式基于所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)對激光切割裝置進行實時調(diào)整。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例提出了一種激光切割的方法和設(shè)備，其中，該方法包括：獲取待切割件的三維形態(tài)數(shù)據(jù)以及旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)；根據(jù)所述三維形態(tài)數(shù)據(jù)和所述旋轉(zhuǎn)平移坐標(biāo)實時對激光切割裝置進行調(diào)整；基于調(diào)整后激光切割裝置對待切割件進行激光切割。以此實現(xiàn)了對激光切割裝置進行實時的精準控制以及調(diào)整，保證了后續(xù)切割的精度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個優(yōu)選實施場景的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發(fā)明所必須的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解實施場景中的裝置中的模塊可以按照實施場景描述進行分布于實施場景的裝置中，也可以進行相應(yīng)變化位于不同于本實施場景的一個或多個裝置中。上述實施場景的模塊可以合并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。

上述本發(fā)明序號僅僅為了描述，不代表實施場景的優(yōu)劣。

以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施場景，但是，本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍。