本發(fā)明涉及激光切割領(lǐng)域，具體的說是一種視覺輔助大幅面機(jī)床板材切割的相機(jī)標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
在大幅面機(jī)床的板材切割中，x方向的行程范圍較為正常，y方向的行程范圍很大，為了提高加工效率和余料板材的利用率，會在機(jī)床龍門橫梁的上方安裝一個監(jiān)控攝像頭，既可以用來監(jiān)控機(jī)床，也可以實(shí)現(xiàn)視覺尋邊、視覺余料排樣等功能，而其中最基礎(chǔ)最核心的，就是如何快速和精確地確定像素坐標(biāo)與機(jī)床坐標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系。
傳統(tǒng)的激光切割工藝中，整幅面板材加工前，都需要切割頭來回掃描整個機(jī)床幅面，通過電容傳感器的最大梯度值，確定板材的邊緣，從而建立與待加工圖像的對應(yīng)關(guān)系。這種電容尋邊的方式，由于需要整個機(jī)床幅面的來回掃描，耗費(fèi)時間較長，影響加工效率。同時，電容傳感器容易造成切割頭扎頭，造成切割頭以及機(jī)床的損壞。
與此同時，對于余料板材的利用，傳統(tǒng)的方法是，人工操作機(jī)床以走邊框的方式，確定哪些余料區(qū)域還可以切割出想要的工件。這種板材余料利用的方式，完全依賴于操作工人的經(jīng)驗，并且精度不高，效率低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計一種視覺輔助大幅面機(jī)床板材切割的相機(jī)標(biāo)定方法，其特征在于包括如下步驟：1)步驟1，從相機(jī)獲取源圖；2)步驟2，根據(jù)相機(jī)畸變標(biāo)定的結(jié)果，進(jìn)行圖像的畸變矯正；3)步驟3，在激光切割機(jī)床上分別放上至少兩塊不同厚度的板材，記錄板材的厚度值，并對每塊板材分別選取至少四個標(biāo)記點(diǎn)的像素坐標(biāo)和機(jī)床坐標(biāo)；4)步驟4，選擇實(shí)際切割的板材厚度；5)步驟5，通過上位機(jī)顯示的機(jī)床坐標(biāo)，記錄此時相機(jī)的機(jī)床坐標(biāo)；6)步驟6，通過透視變換計算，得到透視變換矩陣m，且得到關(guān)系式m′＝m1(rt)，其中m′為透視變換矩陣m的逆矩陣，r是相機(jī)外參的旋轉(zhuǎn)部分，t是相機(jī)外參的平移部分。
所述步驟1之前還包括如下步驟：將相機(jī)安裝在激光切割機(jī)床的龍門橫梁上方，并且相機(jī)與水平面傾斜安裝，確保相機(jī)的視野能夠看到機(jī)床局部區(qū)域x方向的完整幅面，同時完成相機(jī)的畸變標(biāo)定，并獲得相機(jī)的內(nèi)參：
所述步驟3中的像素坐標(biāo)包括如下步驟：1)在相機(jī)視野的板材幅面內(nèi)，任意選擇大于等于四個的標(biāo)記點(diǎn)；2)每選擇一個標(biāo)記點(diǎn)，上位機(jī)記錄此次標(biāo)記點(diǎn)的像素坐標(biāo)(u，v)，并標(biāo)記此標(biāo)記點(diǎn)的選擇順序。
所述步驟3中的機(jī)床坐標(biāo)包括如下步驟：1)以像素標(biāo)記點(diǎn)為參考，將激光切割頭按照像素標(biāo)記點(diǎn)的順序逐一移動到對應(yīng)點(diǎn)；2)通過將激光切割頭對準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)并記錄此時的機(jī)床坐標(biāo)(x，y)。
所述步驟6中根據(jù)一組至少四個像素坐標(biāo)(u，v)和一組至少四個機(jī)床坐標(biāo)(x，y)，可以計算得到3×3的透視變換矩陣m：
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，通過兩次不同板材厚度下的，最少四個點(diǎn)的像素坐標(biāo)和與之對應(yīng)的機(jī)床坐標(biāo)，來確定任意板材厚度和任意相機(jī)位置下，像素坐標(biāo)與機(jī)床坐標(biāo)的準(zhǔn)確對應(yīng)關(guān)系，讓操作人員無需掌握大量的專業(yè)知識，僅需采集幾組像素坐標(biāo)和機(jī)床坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，即可完成相機(jī)與機(jī)床的標(biāo)定。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一：
如圖1所示，本發(fā)明包括如下步驟：1)從相機(jī)獲取源圖；2)根據(jù)相機(jī)畸變標(biāo)定的結(jié)果，進(jìn)行圖像的畸變矯正；3)在激光切割機(jī)床上放上至少兩塊不同厚度的板材，每次一塊分開獲取坐標(biāo)信息，對每塊板材分別選取至少四個標(biāo)記點(diǎn)的像素坐標(biāo)和機(jī)床坐標(biāo)；4)選擇實(shí)際切割的板材厚度；5)通過上位機(jī)顯示的機(jī)床坐標(biāo)，記錄相機(jī)的機(jī)床坐標(biāo)；6)通過透視變換計算，得到標(biāo)定結(jié)果。
其中在從相機(jī)獲取源圖之前，首先將相機(jī)安裝在激光切割機(jī)床的龍門橫梁上方，并且相機(jī)與水平面傾斜安裝，確保相機(jī)的視野能夠看到機(jī)床局部區(qū)域x方向的完整幅面，同時完成相機(jī)的畸變標(biāo)定，并獲得相機(jī)的內(nèi)參：
在獲取像素坐標(biāo)時，首先在相機(jī)視野范圍內(nèi)的板材幅面內(nèi)，任意選擇四個標(biāo)記點(diǎn)或者更多，并且每標(biāo)記一個標(biāo)記點(diǎn)，通過機(jī)床的上位機(jī)記錄這個標(biāo)記點(diǎn)的像素坐標(biāo)(u，v)，同時記錄每個標(biāo)記點(diǎn)的標(biāo)記順序。
在獲取機(jī)床坐標(biāo)時，以像素坐標(biāo)為參考，將激光切割頭按照像素標(biāo)記點(diǎn)的順序逐一移動到像素標(biāo)記點(diǎn)的對應(yīng)點(diǎn)，然后通過激光切割頭對準(zhǔn)像素坐標(biāo)的方式采集并記錄這個像素標(biāo)記點(diǎn)的機(jī)床坐標(biāo)(x，y)。
最后根據(jù)同一順序的像素坐標(biāo)(u，v)和機(jī)床坐標(biāo)(x，y)，可以通過計算得到一個3×3的透視變換矩陣m：
對于加工不同厚度的板材的情況，相當(dāng)于機(jī)床坐標(biāo)中的z值發(fā)生改變，因此反應(yīng)到外參中，只有t發(fā)生了線性的變化。當(dāng)最少標(biāo)定兩個不同厚度板材時，就可以計算出外參中平移部分t的線性變化規(guī)律，與此同時，相機(jī)內(nèi)參a和旋轉(zhuǎn)矩陣r是不變的。以后使用過程中，輸入任意厚度板材，都可以計算出平移矩陣t，進(jìn)而計算出透視變換矩陣m。
相機(jī)標(biāo)定的原理，本質(zhì)上是求單應(yīng)性矩陣，也就是透視變換矩陣。可以得到如下關(guān)系：m′＝m1(rt)，其中m′為透視變換矩陣m的逆矩陣。針對本發(fā)明中的不同厚度的板材，只有外參中的平移部分發(fā)生變化，并且是一種線性的變化。因此，在至少標(biāo)定兩組不同厚度板材的情況下，就可以得到不同厚度板材的透視變換矩陣m。
對于相機(jī)位置發(fā)生改變的情況，由于相機(jī)是安裝在機(jī)床龍門橫梁的上方，是會隨著龍門一起移動的，并且相機(jī)只會在范圍較大的y方向上發(fā)生平動，x方向和z方向上不發(fā)生運(yùn)動，因此當(dāng)相機(jī)移動時，只需要在計算好的透視變換矩陣基礎(chǔ)上，增加一個y方向上的補(bǔ)償即可，公式為