一种基于视觉控制的磨边装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于自动化磨边技术领域，更具体地，涉及一种基于视觉控制的磨边装置 及方法。
【背景技术】
[0002] 餐盘作为生活中的常用器具，其在生产过程中需进行磨边处理。目前，餐盘磨边处 理方法主要分为两类:人工手动磨边和自动化磨边，其中自动化磨边处理由于自动化程度 高、效率高等优点得到广泛的应用。
[0003] 现有技术中自动化磨边处理的方案大部分用于玻璃制品的磨边，其主要可以归纳 为以下几类：
[0004] 1)通过靠模(也称靠模仿形机)控制被磨削产品形状:利用产品模板定位，磨削异 形玻璃各边，在靠模仿形机中，工件旋转轴使用三相交流电机通过传动装置带动夹紧在该 轴上的工件旋转，并通过靠模机构与作直线运动的磨头进给轴之间实现联动，实现磨头对 工件周边的磨削加工。该靠模加工方式在加工产品前需要制作专门的产品模板，当生产品 种较多时，模板制作与管理费用高、更换费时费力。
[0005] 2)基于恒力矩自适应磨边或者模糊PID控制磨边速度：即PID参数Kp、Ti和Td在线 自整定的模糊PID控制方法。而该方法只能加工部分特定外形特征的工件，对于外形较小且 长宽比较大的制品来说，难以在拐角处实现快速、及时的跟踪，从而导致磨边不够均匀或者 磨不到，故该类磨边方法及装置难以满足复杂多样的异形边制品的磨边要求，而对于外形 较大的制品，虽能满足磨边精度上的要求，但耗时较长、磨边效率低。
[0006] 3)采用AUTOCAD绘制被加工制品的图形以DXF文件格式的形式保存，然后将CAD坐 标系中的坐标转换成工件坐标系下，最终生成G代码，实现数控磨边。但该方法对被加工制 品的装夹定位有很高要求，须保持准确的坐标定位，然而复杂严格的定位会对生产效率产 生很大的制约，该方法不适合大批量生产。
[0007] 4)利用固定安装在一起的磨边机构和相机，实现玻璃产品的磨边：例如， CN201520216408.2公开的一种自动化的玻璃磨边加工中心，其通过红外线发射器发射红外 线到工件上，并利用扫描器感应工件轮廓上的红外线定位点，以此生成加工轮廓并获得加 工轨迹，主轴机构根据加工轨迹进行加工;再如，CN201420470616.0公开的一种显示玻璃基 板磨边机，其通过视觉影像攫取镜头攫取玻璃基板上的定位点，根据攫取定位点的坐标编 制加工磨边的基准路线，砂轮和承载治具沿加工基准路线进行磨边工作。然而，上述磨边方 法相机和磨边设备装配在一起，磨边时产生的粉末状飞肩，在长期积累下会黏附在相机的 镜头表面，严重影响成像的质量，而且粉尘也会对相机产生很大的损坏。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于视觉控制的磨边装 置及方法，其中采用视觉控制的方式，实现餐具盘边缘的自动化磨削，以去除因固化成型产 生的边缘毛刺，且利用视觉控制单元实现餐具轮廓图像的高精度获取，并利用磨边单元实 现餐具边缘的高精度磨削，其中视觉控制单元与磨边单元位于不同的加工工位，相对独立 设计，可有效提高工业相机的使用寿命和使用精度，可解决现有技术存在的磨边时产生的 粉末状飞肩影响相机图像采集以及对相机造成的损坏，可有效保证磨边精度及质量。
[0009] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于视觉控制的磨边装置， 该装置包括传送单元、视觉控制单元和磨边单元，所述视觉控制单元和磨边单元设置在所 述传送单元的上方，并分别位于磨削等待工位和磨削工位，其中：
[0010] 所述传送单元用于传送待磨边的工件；
[0011]所述视觉控制单元包括图像采集模块、图像处理模块和LED照明模块，所述图像采 集模块用于采集待磨边工件的图像数据，并将图像数据传送至图像处理模块中，所述图像 处理模炔基于所述图像数据获得反映工件边缘的轮廓特征，并根据轮廓特征获得数控系统 加工用G代码，所述LED照明模块安装于所述图像采集模块的上方，并为其提供照明；
[0012 ]所述磨边单元在控制系统的控制下根据所述G代码对待磨边工件进行磨边。
[0013] 作为进一步优选的，所述传送单元优选为同步齿形带，所述图像采集模块优选为 CMOS相机，所述图像采集模块的一侧设有防尘单元。
[0014] 作为进一步优选的，所述CMOS相机镜头的具体参数如下:焦距f?为6mm-9.6mm，视场 角为46.4°-67.5°，光圈值F〈4.74。
[0015]作为进一步优选的，所述CMOS相机的图像传感器的革巴面尺寸为6 ? 4mm X 4 ? 8mm，并 且其镜头的成像尺寸也为6.4mm X 4.8mm;所述CMOS相机距离所述待磨边工件的距离为 500mm-600mm〇
[0016] 作为进一步优选的，所述工件为餐盘，所述LED照明装置采用LED阵列光源，该光源 为发射波长为860nm的近红外光。
[0017] 作为进一步优选的，所述磨边单元包括机架、夹持与动力机构和磨边机构，其中所 述夹持与动力机构设于所述机架的中部，其用于夹持待磨削的工件，并带动工件旋转;所述 磨边机构为两组，其安装在所述机架上，并对称分布在所述夹持与动力机构的两侧，以对所 述工件的边缘进行磨边。
[0018] 作为进一步优选的，所述磨边机构包括进给电机、旋转电机和磨头，所述磨头在所 述进给电机和旋转电机的驱动下，实现水平移动和旋转。
[0019] 按照本发明的另一方面，提供了一种基于视觉控制的磨边方法，该方法包括如下 步骤：
[0020] 将待磨边的工件传送至磨削等待工位；
[0021] 利用位于磨削等待工位上方的视觉控制单元，采集工件的图像数据，并基于所述 图像数据获得反映工件边缘的轮廓特征，然后根据轮廓特征导出数控系统加工用G代码；
[0022] 将待磨边的工件由磨削等待工位传送至磨削工位，根据所述G代码对待磨边工件 进行磨边。
[0023] 作为进一步优选的，所述基于图像数据获得反映工件边缘的轮廓特征具体包括： [0024]将图像划分为背景和轮廓目标两个区域，获取使背景与轮廓目标的类间灰度方差 为最大时的灰度值作为最佳分割阈值t;
[0025]令图像中灰度值:小于或等于t的像素的新灰度值为0,大于t的像素的新灰度值 为1，分割得到二值函数图像：FC^i) = [卜5 ^ y ;利用二值函数图像提取二值图像轮 (1 ; (jl)jJ> L 廓。
[0026] 作为进一步优选的，获取使背景与轮廓目标的类间灰度方差最大的灰度值作为最 佳分割阈值t具体包括：
[0027] 设图像的灰度级为L级，背景出现的概率为PA，轮廓目标出现的概率为PB，背景区域 的平均灰度值为《a，轮廓目标区域的平均灰度值为co B，则：
[0028] PA = Pi，PB =旧][)丨=1 -Pa;
[0029] (a)a = S!=() iPi/PA，⑴B=出/Pb ;
[0030] 图像灰度的平均值则为：
[0031] (i)Q = PA,〇jA +. PB:mB = SteJ'iPi;:
[0032] 背景区域与轮廓目标区域的类间灰度方差〇2为：
[0033] o2 =Pa( o a_〇o)2+Pb( 〇『〇 〇)2;
[0034]求得图像中使得上述类间灰度方差〇2为最大时的灰度值即为最佳分割阈值t。
[0035] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的 技术优点：
[0036] 1.在本发明中，采用视觉控制的方式，实现餐具盘边缘的自动化磨削，以去除因固 化成型产生的边缘毛刺，其中视觉控制单元与磨边单元位于不同的加工工位，两者相对独 立设计，与现有的磨削装置相比，具有提高工业相机的使用寿命和使用精度的作用，可解决 现有技术存在的磨削工件产生的飞肩、粉尘进入图像采集模块即相机内部，对相机造成损 害，或者落在相机屏幕上，影响拍摄精度等问题;且可克服靠模方式下模板制作费用高，更 换模板麻烦的问题，克服传统磨边设备不能在保证磨削精度的前提