本發(fā)明屬于工藝品雕刻技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種平雕雕刻機(jī)及其視覺(jué)識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

目前，雕刻機(jī)在工藝品雕刻行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，目前市場(chǎng)上小型雕刻機(jī)大多針對(duì)平雕設(shè)計(jì)，在目前現(xiàn)有小型雕刻機(jī)中，只能機(jī)械的完成運(yùn)動(dòng)刀軌及下刀深度，然而由于被雕材料的平面達(dá)不到完全平整，嚴(yán)重影響了雕刻的加工質(zhì)量，制約了雕刻精度和成品的美觀度。此為現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。

因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供設(shè)計(jì)一種平雕雕刻機(jī)及其視覺(jué)識(shí)別方法，以解決上述技術(shù)問(wèn)題，是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供設(shè)計(jì)一種平雕雕刻機(jī)及其視覺(jué)識(shí)別方法，以解決上述技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明給出以下技術(shù)方案：

一種平雕雕刻機(jī)，包括底座、立柱I以及工作臺(tái)，所述的立柱I和工作臺(tái)安裝于底座上；其特征在于：該雕刻機(jī)還包括X向進(jìn)給單元、Z向進(jìn)給單元以及Y向進(jìn)給單元，X向進(jìn)給單元設(shè)置于立柱I上，Z向進(jìn)給單元設(shè)置于X向進(jìn)給單元上，Y向進(jìn)給單元設(shè)置于底座上；Z向進(jìn)給單元上還設(shè)置有視覺(jué)識(shí)別單元。

優(yōu)選地，所述的X向進(jìn)給單元包括X向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，X向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接有X向絲桿螺母機(jī)構(gòu)，X向絲桿螺母機(jī)構(gòu)連接有X向工作板，X向工作板上設(shè)置有X向滑塊，所述X向滑塊與設(shè)置在立柱I上的X向滑軌配合；X向工作板連接所述的Z向進(jìn)給單元。

優(yōu)選地，所述的Z向進(jìn)給單元包括立柱II，立柱II上設(shè)置有Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)Z向絲桿螺母機(jī)構(gòu)連接有Z向工作板，Z向工作板上設(shè)置的Z向滑塊與立柱II上設(shè)置的Z向滑軌相配合； Z向絲桿螺母機(jī)構(gòu)通過(guò)聯(lián)軸器連接Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)；Z向工作板上設(shè)置有機(jī)頭，機(jī)頭上固定設(shè)置有鉸鏈和Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述的視覺(jué)識(shí)別單元設(shè)置于鉸鏈上，Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接有刀具。

優(yōu)選地，所述的Y向進(jìn)給單元包括設(shè)置于底座上的Y向滑軌，以及與所述Y向滑軌相配合的Y向滑塊，所述的Y向滑塊上設(shè)置工作臺(tái)。

優(yōu)選地，所述的視覺(jué)識(shí)別單元為視覺(jué)識(shí)別攝像頭。

本發(fā)明還給出該平雕雕刻機(jī)的視覺(jué)識(shí)別方法，包括以下步驟：

步驟1）：視覺(jué)識(shí)別單元采集機(jī)頭最底部至工件切入表面的距離；

步驟2）：攝像頭采用黑白攝像頭，獲取的圖像存儲(chǔ)為8位256階的灰度圖，刀具的顏色與主軸底部、工件及刀具周邊的背景色有明顯的區(qū)分，本實(shí)施類(lèi)中刀具的顏色為銀白色，主軸底部、工件及刀具周邊背景色選擇為黑色或灰色，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭獲取的圖像的中心位置位于刀具上，從而獲取刀具在攝像頭獲取圖像中的顏色值；

步驟3）：步驟2）獲取的8位256階的灰度圖由二維像素點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)像素的顏色由顏色值確定，所用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為正整形的二位數(shù)組。

優(yōu)選地，所述的步驟3）中，攝像頭視場(chǎng)的大小為800*600，所用的二維數(shù)組為A[800][600],每個(gè)數(shù)組單元中存放的值為0-255，首先初始H=400、L=300，讀取視場(chǎng)中心,點(diǎn)A[H][L]的顏色值Y，然后讀取像素點(diǎn)A[H][L-1]的顏色值Y0，如Y0-Y的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)閾值＆，繼續(xù)向左讀取A[H][L-2]取顏色值，直至讀取的顏色值Y0-Y的絕對(duì)值大于＆時(shí)停止向左讀取，記錄當(dāng)前像素點(diǎn)的列坐標(biāo)L0；讀取像素點(diǎn)A[H][L+1]的顏色值Y0，如Y0-Y的絕對(duì)值小于＆，繼續(xù)向右讀取A[H][L+2]顏色值，直至讀取的顏色值Y0-Y的絕對(duì)值大于＆時(shí)停止向右讀取，記錄當(dāng)前像素點(diǎn)的列坐標(biāo)L1，若L1-L0大于5此行有有效行；運(yùn)用同樣的搜尋方法向上判斷A[H+1]是否為有效行，如有效依次上相搜尋，出現(xiàn)無(wú)效行時(shí)停止搜尋，記錄最大有效行的行號(hào)H1；向下判斷A[H-1]是否為有效行，如有效依次下相搜尋，出現(xiàn)無(wú)效行時(shí)停止搜尋，記錄最小有效行的行號(hào)H0；H1-H0+1即為刀具在視場(chǎng)垂直方向所占的像素行數(shù)。

優(yōu)選地，所述的預(yù)設(shè)閾值＆為20。

本發(fā)明的有益效果在于，視覺(jué)識(shí)別單元安裝在Z向進(jìn)給單元上，以保持其與刀頭相對(duì)靜止，自動(dòng)識(shí)別被雕平面的凹凸程度并檢測(cè)被雕點(diǎn)與刀尖的距離從而時(shí)時(shí)控制下刀深度，使完成刀軌智能化，采用視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有效的解決了由被雕平面凹凸程度所造成的質(zhì)量差的問(wèn)題，提高了雕刻精度和成品的美觀度，同時(shí)使操作更加的方便宜人。

此外，本發(fā)明設(shè)計(jì)原理可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

由此可見(jiàn)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見(jiàn)的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的一種平雕雕刻機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是視覺(jué)識(shí)別單元采集機(jī)頭最底部至工件切入表面的距離。

圖3是視覺(jué)識(shí)別原理圖。

圖4是攝像頭獲取圖像中的顏色值。

圖5是像素的顏色由顏色值確定。

圖6是進(jìn)給方向圖。

其中，1-底座，2-立柱I，3-工作臺(tái)，7-視覺(jué)識(shí)別單元，4.1-X向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4.2-X向絲桿螺母機(jī)構(gòu)，4.3-X向工作板，4.4-X向滑塊，4.5-X向滑軌，5.1-立柱II，5.2-Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，5.3-Z向絲桿螺母機(jī)構(gòu)，5.4-Z向工作板，5.5-Z向滑塊，5.6-Z向滑軌，5.7-聯(lián)軸器，5.8-機(jī)頭，5.9-鉸鏈，5.10-主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，5.11-刀具，6.1-Y向滑軌，6.2-Y向滑塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋?zhuān)景l(fā)明并不局限于以下實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種平雕雕刻機(jī)，包括底座1、立柱I 2以及工作臺(tái)3，所述的立柱I 2和工作臺(tái)3安裝于底座1上；該雕刻機(jī)還包括X向進(jìn)給單元、Z向進(jìn)給單元以及Y向進(jìn)給單元，X向進(jìn)給單元設(shè)置于立柱I上，Z向進(jìn)給單元設(shè)置于X向進(jìn)給單元上，Y向進(jìn)給單元設(shè)置于底座上；Z向進(jìn)給單元上還設(shè)置有視覺(jué)識(shí)別單元。

本實(shí)施例中，所述的X向進(jìn)給單元包括X向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)4.1，X向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接有X向絲桿螺母機(jī)構(gòu)4.2，X向絲桿螺母機(jī)構(gòu)連接有X向工作板4.3，X向工作板上設(shè)置有X向滑塊4.4，所述X向滑塊與設(shè)置在立柱I上的X向滑軌4.5配合；X向工作板4.3連接所述的Z向進(jìn)給單元。

所述的Z向進(jìn)給單元包括立柱II 5.1，立柱II上設(shè)置有Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)5.2，Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)Z向絲桿螺母機(jī)構(gòu)5.3連接有Z向工作板5.4，Z向工作板上設(shè)置的Z向滑塊5.5與立柱II上設(shè)置的Z向滑軌5.6相配合； Z向絲桿螺母機(jī)構(gòu)5.3通過(guò)聯(lián)軸器5.7連接Z向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)；Z向工作板5.4上設(shè)置有機(jī)頭5.8，機(jī)頭上固定設(shè)置有鉸鏈5.9和主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)5.10，所述的視覺(jué)識(shí)別單元設(shè)置于鉸鏈5.9上，主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接有刀具5.11。

所述的Y向進(jìn)給單元包括設(shè)置于底座上的Y向滑軌6.1，以及與所述Y向滑軌相配合的Y向滑塊6.2，所述的Y向滑塊上設(shè)置工作臺(tái)。

所述的視覺(jué)識(shí)別單元7為視覺(jué)識(shí)別攝像頭。

本實(shí)施例還給出該平雕雕刻機(jī)的視覺(jué)識(shí)別方法，包括以下步驟：

步驟1）：視覺(jué)識(shí)別單元采集機(jī)頭最底部至工件切入表面的距離；

步驟2）：攝像頭采用黑白攝像頭，獲取的圖像存儲(chǔ)為8位256階的灰度圖，刀具的顏色與主軸底部、工件及刀具周邊的背景色有明顯的區(qū)分，本實(shí)施類(lèi)中刀具的顏色為銀白色，主軸底部、工件及刀具周邊背景色選擇為黑色或灰色，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭獲取的圖像的中心位置位于刀具上，從而獲取刀具在攝像頭獲取圖像中的顏色值；

步驟3）：步驟2）獲取的8位256階的灰度圖由二維像素點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)像素的顏色由顏色值確定，所用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為正整形的二位數(shù)組。

本實(shí)施例中，所述的步驟3）中，攝像頭視場(chǎng)的大小為800*600，所用的二維數(shù)組為A[800][600],每個(gè)數(shù)組單元中存放的值為0-255，首先初始H=400、L=300，讀取視場(chǎng)中心,點(diǎn)A[H][L]的顏色值Y，然后讀取像素點(diǎn)A[H][L-1]的顏色值Y0，如Y0-Y的絕對(duì)值小于預(yù)設(shè)閾值＆，繼續(xù)向左讀取A[H][L-2]取顏色值，直至讀取的顏色值Y0-Y的絕對(duì)值大于＆時(shí)停止向左讀取，記錄當(dāng)前像素點(diǎn)的列坐標(biāo)L0；讀取像素點(diǎn)A[H][L+1]的顏色值Y0，如Y0-Y的絕對(duì)值小于＆，繼續(xù)向右讀取A[H][L+2]顏色值，直至讀取的顏色值Y0-Y的絕對(duì)值大于＆時(shí)停止向右讀取，記錄當(dāng)前像素點(diǎn)的列坐標(biāo)L1，若L1-L0大于5此行有有效行；運(yùn)用同樣的搜尋方法向上判斷A[H+1]是否為有效行，如有效依次上相搜尋，出現(xiàn)無(wú)效行時(shí)停止搜尋，記錄最大有效行的行號(hào)H1；向下判斷A[H-1]是否為有效行，如有效依次下相搜尋，出現(xiàn)無(wú)效行時(shí)停止搜尋，記錄最小有效行的行號(hào)H0；H1-H0+1即為刀具在視場(chǎng)垂直方向所占的像素行數(shù)。

本實(shí)施例中，所述的預(yù)設(shè)閾值＆為20。

本技術(shù)方案,通過(guò)視覺(jué)識(shí)別單元采集到機(jī)頭最底部至工件切入表面的距離，如圖2所示切入前已知刀具長(zhǎng)度L，待刀具切入工件后,視覺(jué)識(shí)別單元跟蹤采集機(jī)頭最底部至工件切入表面的距離b，刀具總長(zhǎng)度L減去b即可計(jì)算出下刀深度a，根據(jù)下刀深度a調(diào)整Z向進(jìn)給，達(dá)到雕刻深度隨工件表面起伏變化而起伏變化的效果。

其中視覺(jué)識(shí)別原理如圖3所示，由于攝像頭與刀具的相對(duì)位置固定不變，刀具圖像在攝像頭獲取的視場(chǎng)中的位置相對(duì)不變，通過(guò)顏色識(shí)別獲取刀具在視場(chǎng)垂直方向所占的像素行數(shù)，可在未切削時(shí)獲得刀具的總長(zhǎng)L，在切削時(shí)的機(jī)頭最底部至工件切入表面的距離b。

本實(shí)施例中顏色識(shí)別的具體實(shí)現(xiàn)方法如下，攝像頭采用黑白攝像頭，獲取的圖像存儲(chǔ)為8位256階的灰度圖，刀具的顏色與主軸底部、工件及刀具周邊的背景色有明顯的區(qū)分，本實(shí)施類(lèi)中刀具的顏色為銀白色，主軸底部、工件及刀具周邊背景色選擇為黑色或灰色，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭獲取的圖像的中心位置位于刀具上，從而獲取刀具在攝像頭獲取圖像中的顏色值，如圖4所示。

本實(shí)施例中獲取的8位256階的灰度圖,圖片由二維像素點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)像素的顏色由顏色值確定（如圖5），所用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為正整形的二位數(shù)組，如視場(chǎng)的大小為800*600，所用的二維數(shù)組為A[800][600],每個(gè)數(shù)組單元中存放的值為0-255，首先初始H=400、L=300，讀取視場(chǎng)中心,點(diǎn)A[H][L]的顏色值Y，然后讀取像素點(diǎn)A[H][L-1]的顏色值Y0，如Y0-Y的絕對(duì)值小于＆（＆為預(yù)設(shè)閾值，實(shí)施例中設(shè)為20），繼續(xù)向左讀取A[H][L-2]取顏色值，直至讀取的顏色值Y0-Y的絕對(duì)值大于＆時(shí)停止向左讀取，記錄當(dāng)前像素點(diǎn)的列坐標(biāo)L0；讀取像素點(diǎn)A[H][L+1]的顏色值Y0，如Y0-Y的絕對(duì)值小于＆，繼續(xù)向右讀取A[H][L+2]顏色值，直至讀取的顏色值Y0-Y的絕對(duì)值大于＆時(shí)停止向右讀取，記錄當(dāng)前像素點(diǎn)的列坐標(biāo)L1，若L1-L0大于5此行有有效行。運(yùn)用同樣的搜尋方法向上判斷A[H+1]是否為有效行，如有效依次上相搜尋，出現(xiàn)無(wú)效行時(shí)停止搜尋，記錄最大有效行的行號(hào)H1；向下判斷A[H-1]是否為有效行，如有效依次下相搜尋，出現(xiàn)無(wú)效行時(shí)停止搜尋，記錄最小有效行的行號(hào)H0。H1-H0+1即為刀具在視場(chǎng)垂直方向所占的像素行數(shù)。

本實(shí)施類(lèi)中中刀具Y向進(jìn)給方向須為圖6所示方向N，來(lái)保證視覺(jué)識(shí)別單元能獲取的刀具圖像的刀尖部分被遮掩。

以上公開(kāi)的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的沒(méi)有創(chuàng)造性的變化，以及在不脫離本發(fā)明原理前提下所作的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。