基于视觉纠偏的激光切割自动编程系统设计与实现

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随着激光切割技术的不断发展,切割精度与切割效率逐渐提高,计算机视觉技术也逐步利用到激光切割控制系统中。本文为了解决塑性材料激光切割过程中工件安装产生的误差,引入了视觉处理纠偏技术,开发了基于Open CV视觉处理的激光切割自动编程系统。本文针对塑性材料装夹变形导致激光切割轨迹难以确定问题,将计算机视觉技术运用到激光切割的自动编程系统中,设计了“前台交互+后台处理”的自动编程系统软件架构,实现了具有视觉纠偏处理的自动编程系统。基于DXF文件的格式结构组成实现了工件图纸的解析与存储,运用Open GL绘图工具实现了工件图纸的绘制与显示、视图的平移、旋转、缩放变换,设计了自动编程系统的图形绘制与显示模块。采用OpenCV图像处理技术,通过平面法实现相机的标定,利用图像预处理、形态学处理以及轮廓加速算法获取工件的边缘轮廓,采用多旋转模板匹配算法获取工件的实际位置轴线,通过与工件标准轴线进行对比,计算工件的像素偏差,并采用像素坐标系到物理坐标系的变换,实现了工件安装偏差的计算。根据工件偏差结果,实现图形轨迹进行平移和偏转等几何处理,基于工件DXF文件生成无序的切割轨迹,运用贪心算法实现切割轨迹优化排序,减少无效空行程,生成了G代码切割程序。对自动编程系统的图形绘制与显示模块、视觉纠偏模块进行了功能测试,并将自动编程系统生成的G代码,应用到数控系统中进行激光切割仿真,实现了工件切割轨迹与工件实际安装轨迹吻合度为99.2%,视觉纠偏平移精度达到±0.1mm、旋转精度达到±0.1°,轨迹优化无效行程减少49%,切割效率提高17%。
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