一種基于視覺控制的磨邊裝置及方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于自動化磨邊技術領域，更具體地，涉及一種基于視覺控制的磨邊裝置 及方法。
【背景技術】
[0002] 餐盤作為生活中的常用器具，其在生產過程中需進行磨邊處理。目前，餐盤磨邊處 理方法主要分為兩類:人工手動磨邊和自動化磨邊，其中自動化磨邊處理由于自動化程度 高、效率高等優點得到廣泛的應用。
[0003] 現有技術中自動化磨邊處理的方案大部分用于玻璃制品的磨邊，其主要可以歸納 為以下幾類：
[0004] 1)通過靠模(也稱靠模仿形機)控制被磨削產品形狀:利用產品模板定位，磨削異 形玻璃各邊，在靠模仿形機中，工件旋轉軸使用三相交流電機通過傳動裝置帶動夾緊在該 軸上的工件旋轉，并通過靠模機構與作直線運動的磨頭進給軸之間實現聯動，實現磨頭對 工件周邊的磨削加工。該靠模加工方式在加工產品前需要制作專門的產品模板，當生產品 種較多時，模板制作與管理費用高、更換費時費力。
[0005] 2)基于恒力矩自適應磨邊或者模糊PID控制磨邊速度：即PID參數Kp、Ti和Td在線 自整定的模糊PID控制方法。而該方法只能加工部分特定外形特征的工件，對于外形較小且 長寬比較大的制品來說，難以在拐角處實現快速、及時的跟蹤，從而導致磨邊不夠均勻或者 磨不到，故該類磨邊方法及裝置難以滿足復雜多樣的異形邊制品的磨邊要求，而對于外形 較大的制品，雖能滿足磨邊精度上的要求，但耗時較長、磨邊效率低。
[0006] 3)采用AUTOCAD繪制被加工制品的圖形以DXF文件格式的形式保存，然后將CAD坐 標系中的坐標轉換成工件坐標系下，最終生成G代碼，實現數控磨邊。但該方法對被加工制 品的裝夾定位有很高要求，須保持準確的坐標定位，然而復雜嚴格的定位會對生產效率產 生很大的制約，該方法不適合大批量生產。
[0007] 4)利用固定安裝在一起的磨邊機構和相機，實現玻璃產品的磨邊：例如， CN201520216408.2公開的一種自動化的玻璃磨邊加工中心，其通過紅外線發射器發射紅外 線到工件上，并利用掃描器感應工件輪廓上的紅外線定位點，以此生成加工輪廓并獲得加 工軌跡，主軸機構根據加工軌跡進行加工;再如，CN201420470616.0公開的一種顯示玻璃基 板磨邊機，其通過視覺影像攫取鏡頭攫取玻璃基板上的定位點，根據攫取定位點的坐標編 制加工磨邊的基準路線，砂輪和承載治具沿加工基準路線進行磨邊工作。然而，上述磨邊方 法相機和磨邊設備裝配在一起，磨邊時產生的粉末狀飛肩，在長期積累下會黏附在相機的 鏡頭表面，嚴重影響成像的質量，而且粉塵也會對相機產生很大的損壞。
【發明內容】
[0008] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于視覺控制的磨邊裝 置及方法，其中采用視覺控制的方式，實現餐具盤邊緣的自動化磨削，以去除因固化成型產 生的邊緣毛刺，且利用視覺控制單元實現餐具輪廓圖像的高精度獲取，并利用磨邊單元實 現餐具邊緣的高精度磨削，其中視覺控制單元與磨邊單元位于不同的加工工位，相對獨立 設計，可有效提高工業相機的使用壽命和使用精度，可解決現有技術存在的磨邊時產生的 粉末狀飛肩影響相機圖像采集以及對相機造成的損壞，可有效保證磨邊精度及質量。
[0009] 為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種基于視覺控制的磨邊裝置， 該裝置包括傳送單元、視覺控制單元和磨邊單元，所述視覺控制單元和磨邊單元設置在所 述傳送單元的上方，并分別位于磨削等待工位和磨削工位，其中：
[0010] 所述傳送單元用于傳送待磨邊的工件；
[0011]所述視覺控制單元包括圖像采集模塊、圖像處理模塊和LED照明模塊，所述圖像采 集模塊用于采集待磨邊工件的圖像數據，并將圖像數據傳送至圖像處理模塊中，所述圖像 處理模炔基于所述圖像數據獲得反映工件邊緣的輪廓特征，并根據輪廓特征獲得數控系統 加工用G代碼，所述LED照明模塊安裝于所述圖像采集模塊的上方，并為其提供照明；
[0012 ]所述磨邊單元在控制系統的控制下根據所述G代碼對待磨邊工件進行磨邊。
[0013] 作為進一步優選的，所述傳送單元優選為同步齒形帶，所述圖像采集模塊優選為 CMOS相機，所述圖像采集模塊的一側設有防塵單元。
[0014] 作為進一步優選的，所述CMOS相機鏡頭的具體參數如下:焦距f?為6mm-9.6mm，視場 角為46.4°-67.5°，光圈值F〈4.74。
[0015]作為進一步優選的，所述CMOS相機的圖像傳感器的革巴面尺寸為6 ? 4mm X 4 ? 8mm，并 且其鏡頭的成像尺寸也為6.4mm X 4.8mm;所述CMOS相機距離所述待磨邊工件的距離為 500mm-600mm〇
[0016] 作為進一步優選的，所述工件為餐盤，所述LED照明裝置采用LED陣列光源，該光源 為發射波長為860nm的近紅外光。
[0017] 作為進一步優選的，所述磨邊單元包括機架、夾持與動力機構和磨邊機構，其中所 述夾持與動力機構設于所述機架的中部，其用于夾持待磨削的工件，并帶動工件旋轉;所述 磨邊機構為兩組，其安裝在所述機架上，并對稱分布在所述夾持與動力機構的兩側，以對所 述工件的邊緣進行磨邊。
[0018] 作為進一步優選的，所述磨邊機構包括進給電機、旋轉電機和磨頭，所述磨頭在所 述進給電機和旋轉電機的驅動下，實現水平移動和旋轉。
[0019] 按照本發明的另一方面，提供了一種基于視覺控制的磨邊方法，該方法包括如下 步驟：
[0020] 將待磨邊的工件傳送至磨削等待工位；
[0021] 利用位于磨削等待工位上方的視覺控制單元，采集工件的圖像數據，并基于所述 圖像數據獲得反映工件邊緣的輪廓特征，然后根據輪廓特征導出數控系統加工用G代碼；
[0022] 將待磨邊的工件由磨削等待工位傳送至磨削工位，根據所述G代碼對待磨邊工件 進行磨邊。
[0023] 作為進一步優選的，所述基于圖像數據獲得反映工件邊緣的輪廓特征具體包括： [0024]將圖像劃分為背景和輪廓目標兩個區域，獲取使背景與輪廓目標的類間灰度方差 為最大時的灰度值作為最佳分割閾值t;
[0025]令圖像中灰度值:小于或等于t的像素的新灰度值為0,大于t的像素的新灰度值 為1，分割得到二值函數圖像：FC^i) = [卜5 ^ y ;利用二值函數圖像提取二值圖像輪 (1 ; (jl)jJ> L 廓。
[0026] 作為進一步優選的，獲取使背景與輪廓目標的類間灰度方差最大的灰度值作為最 佳分割閾值t具體包括：
[0027] 設圖像的灰度級為L級，背景出現的概率為PA，輪廓目標出現的概率為PB，背景區域 的平均灰度值為《a，輪廓目標區域的平均灰度值為co B，則：
[0028] PA = Pi，PB =舊][)丨=1 -Pa;
[0029] (a)a = S!=() iPi/PA，⑴B=出/Pb ;
[0030] 圖像灰度的平均值則為：
[0031] (i)Q = PA,〇jA +. PB:mB = SteJ'iPi;:
[0032] 背景區域與輪廓目標區域的類間灰度方差〇2為：
[0033] o2 =Pa( o a_〇o)2+Pb( 〇『〇 〇)2;
[0034]求得圖像中使得上述類間灰度方差〇2為最大時的灰度值即為最佳分割閾值t。
[0035] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的 技術優點：
[0036] 1.在本發明中，采用視覺控制的方式，實現餐具盤邊緣的自動化磨削，以去除因固 化成型產生的邊緣毛刺，其中視覺控制單元與磨邊單元位于不同的加工工位，兩者相對獨 立設計，與現有的磨削裝置相比，具有提高工業相機的使用壽命和使用精度的作用，可解決 現有技術存在的磨削工件產生的飛肩、粉塵進入圖像采集模塊即相機內部，對相機造成損 害，或者落在相機屏幕上，影響拍攝精度等問題;且可克服靠模方式下模板制作費用高，更 換模板麻煩的問題，克服傳統磨邊設備不能在保證磨削精度的前提