一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统的制作方法

1.本发明涉及钢卷喷码技术领域，具体是一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统。


背景技术：

2.目前，现有的热轧钢卷喷码系统主要包括智能管理系统、工业电脑、可编程逻辑控制器、工业机器人及其控制柜、喷枪控制器和传感器。可编程逻辑控制器、智能管理系统、工业机器人与工业电脑之间进行数据传输，喷枪控制器和传感器均与可编程逻辑控制器之间进行数据传输。
3.在钢卷生产过程中，钢卷从精轧区域进入卷取区域时，首先由智能管理系统下发钢卷信息(如钢卷号、钢质等，例如123456789*w258c，以下为了方便描述，称为喷印数据)至工业电脑，由工业电脑接收校验后转发给下一级设备，并进行数据跟踪。当钢卷到达作业位置时，工业电脑将当前的喷印数据下发给工业机器人。工业机器人接收到喷印的信息时带着由可编程逻辑控制器控制的喷枪系统利用喷码数据进行钢卷的喷码作业。另外，工业电脑的显示器还会实时显示当前的喷印数据，工厂的操作人员可通过工业电脑的显示器实时检测喷码的数据，即钢卷的信息。如果需要，工厂操作人员还可通过工业电脑直接修改发送到工业机器人的喷印数据，修改过后，工业电脑再将喷码的数据发送到工业机器人。
4.但是，在实际的生产过程中，不同钢卷的直径大小存在差异，工业电脑接收喷码信息转发给工业机器人，再由工业机器人在对某一种直径的钢卷完成喷码作业。但是在钢卷上的喷码位置是固定的，如果此时切换到下一批次，直径大小不一的钢卷进行喷码作业时，就需要操作人员手动示教工业机器人不同直径下的钢卷的喷码位置，然后再由工业机器人完成喷码作业。
5.而频繁的由操作人员手动示教钢卷的喷码位置势必会降低钢厂的生产节奏，影响生产效率，并且加大了操作人员的劳动强度，喷码作业的区域也存在着移动的危险性。而且，如果操作人员对示教的操作不够熟悉，那么当手动示教的位置不够转准确时，很有可能会导致喷码的位置不够准确，这样喷印的效果就不够美观，不易于质量检测或者机器视觉识别，加大了后续对钢卷进行质量检查的难度。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，能解决操作人员手动示教喷码位置难度大、手动示教降低工厂的生产节奏以及操作人员劳动强度大的问题。
7.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
8.一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，包括mes系统、工业电脑、双目机器视觉系统、喷涂plc、传感器、喷枪控制器、工业机器人及其控制柜；所述mes系统、双目机器视觉系统、喷涂plc、工业机器人及其控制柜均与工业电脑信号连接，所述传感器、喷
枪控制器均与喷涂plc信号连接；在钢卷到达作业位置时，mes系统将喷码数据下发给工业电脑，同时钢卷会触发传感器，传感器反馈给喷涂plc一个钢卷到位的信号，然后喷涂plc发送给工业电脑一个钢卷到位的指令；工业电脑街道钢卷到位的指令后，控制双目机器视觉系统采集钢卷的图像信息，获取钢卷坐标位置信息，通过与工业机器人之间的映射关系，转换成工业机器人的坐标系之中，工业机器人根据坐标信息准确到达钢卷的喷码位置，完成喷码作业。
9.优选的，首先由双目机器视觉系统完成钢卷的边缘检测，然后由工业电脑通过视觉处理模块获取作业环境中钢卷的侧面中心坐标以及端面圆心坐标信息后，再将坐标信息发送给工业机器人，工业机器人将坐标点信息转换成位置型变量，并通过运动控制程序对工业机器人的机械臂进行精准控制。
10.优选的，双目机器视觉系统采集到钢卷的图像信息后，需要对钢卷的图形信息进行处理；
11.首先，对钢卷图像进行预处理，使用直方图均衡化对图像的各个灰度级的分布情况进行统计，并重新计算重新分布个灰度级，通过增大灰度级的分布范围来达到增强图像的对比度；
12.然后，去除图像的噪声，采用中值滤波法解决图像模糊的问题，消除钢卷图像经过数字化处理之后的很多无用的信息；
13.最后，采用梯度锐化法对图像进行锐化处理以达到加强图像细节与图像边缘的目的。
14.优选的，对钢卷的图形信息进行处理之后，使用二值化处理对图像进行阈值分割，从图像中提取钢卷形状，即完成钢卷的边缘检测。
15.优选的，使用roberts算子方法提高钢卷边缘检测的准确度。
16.优选的，采用eyetohang标定方法完成双目机器视觉系统与工业的机器人的坐标映射。
17.对比现有技术，本发明的有益效果在于：
18.本发明利用双目机器视觉系统的识别定位功能避免操作人员手动重复的示教喷码位置，从而消除了手动示教喷码位置可能出现的错误的可能性，并提高了生产节奏，保证了实物与喷印信息一致性，使得喷印数据的美观大方且易于识别，消除了工业机器人自动喷码时对不同直径大小钢卷的喷码位置识别不准确的问题，解决了操作人员手动示教喷码位置难度大、手动示教降低工厂的生产节奏以及操作人员劳动强度大的问题。
附图说明
19.图1是本发明的结构框图；
20.图2是现有技术中热轧钢卷喷码系统的结构框图。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
22.实施例：如附图1所示，本发明所述是一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，包括mes系统、工业电脑、双目机器视觉系统、喷涂plc、传感器、喷枪控制器、工业机器人及其控制柜；所述mes系统、双目机器视觉系统、喷涂plc、工业机器人及其控制柜均与工业电脑信号连接，所述传感器、喷枪控制器均与喷涂plc信号连接。
23.mes系统通过网络总线连接到工业电脑，工业电脑通以太网线连接到机器人控制柜和喷涂plc，喷涂plc通过硬接线连接到喷枪控制器和传感器，双目机器视觉系统通过以太网线连接到工业电脑。
24.mes系统主要负责的是下发钢卷的信息即喷印数据，工业电脑负责的是接收校验喷码信息并转发给工业机器人，并且负责了接收喷涂plc上传的钢卷到位的信号，下发开始喷涂的指令。喷涂plc负责的是接收传感器传来的钢卷到位的信号，并且控制喷枪系统进行喷码作业。双目机器视觉系统负责的是对热轧钢卷喷码的位置的精准与识别。
25.在热轧钢卷的生产区域，钢卷通过精轧区域进入卷曲区域时，mes系统下发钢卷的喷印数据至工业电脑，由工业电脑对钢卷的数据进行数据跟踪。当钢卷到达指定位置时，工业电脑将数据下发给工业机器人。工业机器人利用喷印数据按照预设的程序进行喷码工作。另外，工业电脑还会将mes系统下发的喷印数据显示在显示器上。
26.在钢卷到达作业位置时，mes系统将喷码数据下发给工业电脑，同时钢卷会触发传感器，传感器反馈给喷涂plc一个钢卷到位的信号，然后喷涂plc发送给工业电脑一个钢卷到位的指令；工业电脑街道钢卷到位的指令后，控制双目机器视觉系统采集钢卷的图像信息，识别钢卷的尺寸和在空间中的位姿，通过图像处理处理软件进行图像分析处理，获取钢卷坐标位置信息，将经过图像处理后得出的结果及所需的钢卷信息(如尺寸、位置等数据)，发送至工业机器人及其控制柜，通过与工业机器人之间的映射关系，转换成工业机器人的坐标系之中，工业机器人根据坐标信息，携带喷枪系统到达热轧钢卷的喷码位置，完成喷码作业，工业机器人根据图像处理结果，编译生成相关位置信息，并且生成相应的控制指令，驱动控制工业机器人进行定位喷码的工作。
27.工业电脑会将mes系统发送的喷印数据信息在显示器上显示出来，操作人员可通过工业电脑进行数据的读取与修改。
28.在正常的钢卷生产中，钢卷的型号不同，所喷印的生产信息是不同的，工业机器人的喷码位置也是不同的。mes系统会将喷码数据发送给工业电脑，工业电脑将钢卷的数据发送给工业机器人的控制柜，当钢卷到达指定位置，双目机器视觉系统会完成对喷码位置的识别，然后喷涂逻辑控制器控制喷枪系统按照工业机器人预设的喷涂程序完成喷码作业。
29.优选的，为了能精准的识别定位钢卷的姿态位置信息，需要清晰准确的钢卷的图像，因此对采集到的钢卷图像信息的处理十分重要。首先，是钢卷图像的预处理，使用直方图均衡化对图像的各个灰度级的分布情况进行统计，并重新计算重新分布个灰度级，通过增大灰度级的分布范围来达到增强图像的对比度；然后，是去除图像的噪声。因为钢卷的目标体积较大，对细节要求不是很高，所以采用中值滤波法解决图像模糊的问题，即消除钢卷图像经过数字化处理之后的很多无用的信息；最后，采用最常用的梯度锐化法对图像进行锐化处理以达到加强图像细节与图像边缘的目的。
30.进一步的，在对钢卷的图形信息进行处理之后，使用二值化处理对图像进行阈值分割，从图像中提取钢卷形状，即完成钢卷的边缘检测。但是在边缘检测的实际应用中存在
许多干扰因素，使用roberts算子方法提高钢卷边缘检测的准确度。
31.完成钢卷的边缘检测之后，工业电脑通过视觉处理模块获取作业环境中钢卷的侧面中心坐标以及端面圆心等坐标信息后，通过数据通信模块发送给工业机器人，工业机器人将坐标点信息转换成位置型变量，并通过运动控制程序是机械臂的精准控制。
32.优选的，为了精准定位和识别热轧钢卷的喷码位置，除图像处理之外，完成双目机器视觉系统与工业的机器人的坐标映射关系也是十分重要。因为双目机器视觉系统安装在机器臂之外，所以采用的是eyetohang的标定方法。
33.在空间中，一个坐标系到另一个坐标系是经过旋转、平移变化而来。在eyetohand系统中，摄像机与机器人基座的相对位置保持不变，而与机械臂末端的相对位置是变化的。因此需要求出摄像机坐标系与机器人坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵。在实际应用中，可通过分别控制机器臂末端夹着标定板在空间中移动3个不同的位姿，然后使用双目视觉系统拍摄标定板，通过建立方程组计算出摄像机坐标系和机器人坐标系之间的旋转矩阵与平移矩阵。
34.将双目机器视觉系统采集到的钢卷坐标位置等信息，通过与工业机器人之间的映射关系，转换成工业机器人的坐标系之中，工业机器人即可根据坐标信息准确到达钢卷的喷码位置，完成喷码的作业。
35.本发明通过双目机器视觉的识别定位，实现了不同直径大小的钢卷的喷码位置进行精准的定位和识别。由于不需要操作人员手动示教喷码位置，避免了操作人员手动示教的出现错误的可能，并提高了生产节奏，保证了喷码位置的准确性，易于识别。

技术特征：
1.一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，其特征在于：包括mes系统、工业电脑、双目机器视觉系统、喷涂plc、传感器、喷枪控制器、工业机器人及其控制柜；所述mes系统、双目机器视觉系统、喷涂plc、工业机器人及其控制柜均与工业电脑信号连接，所述传感器、喷枪控制器均与喷涂plc信号连接；在钢卷到达作业位置时，mes系统将喷码数据下发给工业电脑，同时钢卷会触发传感器，传感器反馈给喷涂plc一个钢卷到位的信号，然后喷涂plc发送给工业电脑一个钢卷到位的指令；工业电脑街道钢卷到位的指令后，控制双目机器视觉系统采集钢卷的图像信息，获取钢卷坐标位置信息，通过与工业机器人之间的映射关系，转换成工业机器人的坐标系之中，工业机器人根据坐标信息准确到达钢卷的喷码位置，完成喷码作业。2.根据权利要求1所述的一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，其特征在于：首先由双目机器视觉系统完成钢卷的边缘检测，然后由工业电脑通过视觉处理模块获取作业环境中钢卷的侧面中心坐标以及端面圆心坐标信息后，再将坐标信息发送给工业机器人，工业机器人将坐标点信息转换成位置型变量，并通过运动控制程序对工业机器人的机械臂进行精准控制。3.根据权利要求1所述的一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，其特征在于：双目机器视觉系统采集到钢卷的图像信息后，需要对钢卷的图形信息进行处理；首先，对钢卷图像进行预处理，使用直方图均衡化对图像的各个灰度级的分布情况进行统计，并重新计算重新分布个灰度级，通过增大灰度级的分布范围来达到增强图像的对比度；然后，去除图像的噪声，采用中值滤波法解决图像模糊的问题，消除钢卷图像经过数字化处理之后的很多无用的信息；最后，采用梯度锐化法对图像进行锐化处理以达到加强图像细节与图像边缘的目的。4.根据权利要求3所述的一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，其特征在于：对钢卷的图形信息进行处理之后，使用二值化处理对图像进行阈值分割，从图像中提取钢卷形状，即完成钢卷的边缘检测。5.根据权利要求4所述的一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，其特征在于：使用roberts算子方法提高钢卷边缘检测的准确度。6.根据权利要求1所述的一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，其特征在于：采用eyetohang标定方法完成双目机器视觉系统与工业的机器人的坐标映射。

技术总结
本发明公开了一种能定位和识别热轧钢卷喷码位置的机器人系统，主要涉及钢卷喷码技术领域；包括MES系统、工业电脑、双目机器视觉系统、喷涂PLC、传感器、喷枪控制器、工业机器人及其控制柜；所述MES系统、双目机器视觉系统、喷涂PLC、工业机器人及其控制柜均与工业电脑信号连接，传感器、喷枪控制器均与喷涂PLC信号连接；本发明能解决操作人员手动示教喷码位置难度大、手动示教降低工厂的生产节奏以及操作人员劳动强度大的问题。员劳动强度大的问题。员劳动强度大的问题。


技术研发人员：张洋洋 刘海宁 颜希成 蔡瑞峰
受保护的技术使用者：山东鲲鹏智能装备有限责任公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/8/24