基于图像识别的数控角钢加工方法及生产线与流程

本技术涉及机器视觉加工的，尤其是涉及基于图像识别的数控角钢加工方法及生产线。

背景技术：

1、角钢作为一种重要的长条形建筑与工程基础钢材，被广泛应用于各类受力构件和连接件的制造之中。在现代化的数控角钢连续加工生产线中，为了满足冲孔、打钢印以及定尺裁切等工序的高效与高精度要求，工业自动化系统普遍引入了机器视觉技术来替代传统的人工定位或纯机械限位。通过在流水线上部署工业相机，生产系统能够非接触式地获取处于高速输送状态下的角钢表面图像，进而实时提取出用作加工基准的几何边缘或特征点。这种基于图像识别的动态追踪和定位方式，极大地提升了加工生产线的节拍速度与尺寸一致性，是当前工业自动化控制与智能制造装备领域的重要发展方向。

2、针对角钢生产过程中的视觉检测需求，中国专利申请公布号cn118533091a，发明名称为“基于视觉检测的角钢截面变形鉴定系统”的文献公开了一种典型的视觉鉴定方案。该方案通过定向抓拍机构面对角钢的角形截面执行定向抓拍处理以获得现场画面，并依次利用内容增强设备、伽马校正设备以及边缘锐化设备对图像进行空域增强和边缘锐化处理。随后，位置转换部件获取角钢在边缘锐化图像中所在区域的区域边缘曲线的各个构成像素点，基于这些像素点的位置信息确定区域外形形状，并将其与标准几何形状进行相似数据比对，从而解析出角钢的现场变形数据。该技术路线通过多环节的图像预处理与像素级特征比对，在理想的光学环境下能够对角钢的实体形状变形程度进行较为精确的静态可视化分析。

3、然而，当上述高度依赖图像像素质量的视觉系统被直接投放到包含多道复合工序的高速连续自动化加工生产线时，会暴露出严重的场景适应性缺陷。在真实的复杂工业加工场景中，飞锯裁切瞬间爆射的密集飞溅火花，或是邻近工位电焊产生的强烈高频瞬态弧光，会形成突发且剧烈的瞬态光学污染。这种高强度的瞬发不可控光源直射镜头，或在生产线粉尘环境中发生强烈的空间散射，会瞬间穿透视觉系统的物理光圈限制，导致工业相机的传感器发生局部或全局的过曝饱和。在这种极端但又极为常见的突发光污染窗口期内，角钢表面的待冲孔基准边或钢印定位面等原有几何特征会发生像素梯度的物理级坍塌。由于现有技术单纯依赖图像处理算法去修复和比对像素，一旦面临上述传感器层面的物理级信息丢失，便无法违背信息论去凭空恢复已经坍塌的特征，系统会因单帧或连续数帧图像的特征提取失败而瞬间致盲。这种致盲现象会直接导致数控加工主站在光学干扰期间瞬间丢失角钢的空间绝对坐标，使得系统脱离确定的位置追踪，最终不可避免地引发高速流水线上的冲孔错位、钢印重叠、裁切超差，甚至导致整条生产线频繁急停报错，根本无法保障长型材的高速连续自动化加工需求。

技术实现思路

1、为了跨介质补偿强光致盲区，维持加工连续性，本技术提供基于图像识别的数控角钢加工方法及生产线。

2、第一方面，本技术提供的基于图像识别的数控角钢加工方法，采用如下的技术方案：基于图像识别的数控角钢加工方法，包括：

3、同步获取角钢图像帧与输送伺服电机的编码器脉冲，确立物理位移与像素偏移的映射关系；

4、将满足预设致盲条件的所述角钢图像帧记为致盲帧，将提取到角钢图像特征的所述角钢图像帧记为安全帧；

5、获取紧邻所述致盲帧之前的所述安全帧内所述角钢图像特征的坐标及对应的第一编码器脉冲，基于当前的第二编码器脉冲与所述第一编码器脉冲的差值计算所述物理位移，依所述映射关系转换为所述像素偏移并叠加至所述坐标生成虚拟特征坐标；

6、以所述虚拟特征坐标构建验证窗口，若在所述验证窗口内未检出所述角钢图像特征且所述输送伺服电机的转矩电流变化率满足预设防滑条件，则锁定所述虚拟特征坐标维持加工。

7、可选的，所述同步获取角钢图像帧与输送伺服电机的编码器脉冲，确立物理位移与像素偏移的映射关系，包括：

8、在采集所述角钢图像帧时同步锁存所述输送伺服电机的当前编码器脉冲，构建包含图像帧序号、时间戳和所述当前编码器脉冲的时空绑定队列；

9、基于所述输送伺服电机的编码器分辨率及传动参数，确立脉冲位移当量；

10、结合预设的视野物理跨度与图像像素跨度，生成像素位移系数；

11、以所述像素位移系数及所述脉冲位移当量为转换基准，结合所述时空绑定队列确立所述映射关系。

12、可选的，所述将满足预设致盲条件的所述角钢图像帧记为致盲帧，包括：

13、若当前角钢图像帧中满足预设灰度条件的像素占比超过预设的过曝阈值，基于所述时空绑定队列提取紧邻所述当前角钢图像帧之前的所述安全帧，并定位所述安全帧内所述角钢图像特征所在的当前区域；

14、在所述当前角钢图像帧内对应所述当前区域的同位置处提取像素梯度方差，若所述像素梯度方差未达到预设的特征有效阈值，则判定所述当前角钢图像帧满足所述预设致盲条件。

15、可选的，所述若所述像素梯度方差未达到预设的特征有效阈值，则判定所述当前角钢图像帧满足所述预设致盲条件，包括：

16、基于所述时空绑定队列，提取紧邻所述当前角钢图像帧之前预设数量的所述安全帧内对应所述当前区域的历史像素梯度方差；

17、将各所述历史像素梯度方差与所述当前角钢图像帧的所述像素梯度方差构建演变序列，计算动态序列变化率；

18、若所述动态序列变化率为负且绝对值超过预设的骤降阈值，则判定所述当前角钢图像帧满足所述预设致盲条件。

19、可选的，所述若在所述验证窗口内未检出所述角钢图像特征且所述输送伺服电机的转矩电流变化率满足预设防滑条件，则锁定所述虚拟特征坐标维持加工，包括：

20、基于角钢当前的输送速度设定所述验证窗口的尺寸；

21、若在所述验证窗口内未检出匹配所述角钢图像特征的梯度片段，则判定未检出所述角钢图像特征；

22、调取所述输送伺服电机的转矩电流序列，计算当前时刻的转矩电流相对于预设稳态转矩电流的下降比例，作为所述转矩电流变化率；

23、若所述转矩电流变化率未超过预设打滑阈值且持续时间满足预设时间窗口，则判定满足预设防滑条件并锁定所述虚拟特征坐标。

24、可选的，所述获取紧邻所述致盲帧之前的所述安全帧内所述角钢图像特征的坐标及对应的第一编码器脉冲，基于当前的第二编码器脉冲与所述第一编码器脉冲的差值计算所述物理位移，依所述映射关系转换为所述像素偏移并叠加至所述坐标生成虚拟特征坐标，包括：

25、从所述时空绑定队列中提取所述第一编码器脉冲与触发所述致盲帧时的所述第二编码器脉冲；

26、将所述第二编码器脉冲与所述第一编码器脉冲作差，结合所述脉冲位移当量计算所述物理位移；

27、基于所述像素位移系数将所述物理位移转换为所述像素偏移；

28、提取所述安全帧内所述角钢图像特征的所述坐标，沿输送方向附加所述像素偏移并投影至所述致盲帧的坐标系中，生成所述虚拟特征坐标。

29、所述以所述虚拟特征坐标构建验证窗口，以及判定在所述验证窗口内未检出所述角钢图像特征的过程，包括：

30、基于角钢的输送速度设定容差尺寸，以所述虚拟特征坐标为中心在所述致盲帧中生成所述验证窗口；

31、在所述验证窗口内，沿垂直于角钢基准边的物理延伸方向执行一维像素梯度扫描；

32、若未扫描到梯度值达到预设特征阈值的像素片段，则判定在所述验证窗口内未检出所述角钢图像特征。

33、可选的，所述锁定所述虚拟特征坐标维持加工，包括：

34、当执行角钢裁切且触发所述致盲帧时，提取锁定的所述虚拟特征坐标对应的物理绝对坐标作为初始裁切点；

35、在连续触发所述致盲帧期间，同步获取所述输送伺服电机输出的实时编码器脉冲；

36、基于所述实时编码器脉冲与对应所述初始裁切点的编码器脉冲的差值，结合所述脉冲位移当量计算实时物理位移；

37、将所述实时物理位移叠加至所述初始裁切点，实时更新动态裁切坐标以执行切断。

38、可选的，所述锁定所述虚拟特征坐标维持加工，包括：

39、当执行角钢冲孔或打钢印且触发所述致盲帧时，提取锁定的所述虚拟特征坐标对应的物理绝对坐标作为初始加工基准；

40、在连续触发所述致盲帧期间，挂起针对所述角钢图像特征的提取进程，并同步获取所述输送伺服电机输出的实时编码器脉冲；

41、基于所述实时编码器脉冲计算实时物理位移，将所述实时物理位移叠加至所述初始加工基准更新动态加工坐标；

42、调用所述动态加工坐标下发冲孔指令或打钢印指令，执行加工。

43、第二方面，本技术提供的基于图像识别的数控角钢生产线，采用如下的技术方案：基于图像识别的数控角钢生产线，所述生产线包括：

44、输送机构，包括所述输送伺服电机及编码器，用于驱动角钢输送并实时输出所述编码器脉冲；

45、视觉采集机构，包括工业相机，用于对处于输送状态的角钢进行触发曝光以获取所述角钢图像帧；

46、加工执行机构，设置于所述角钢的输送路径上，包括冲孔工位、打钢印工位以及裁切工位；

47、数控主站，分别与所述输送机构、所述视觉采集机构及所述加工执行机构通信连接，用于同步获取所述角钢图像帧与所述编码器脉冲，并在触发所述致盲帧时，基于经所述转矩电流变化率验证锁定的所述虚拟特征坐标，向所述加工执行机构下发加工指令。

48、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：

49、1. 本技术通过同步获取角钢图像帧与输送伺服电机的编码器脉冲并确立物理位移与像素偏移的映射关系，在发生强光致盲时将紧邻致盲帧之前安全帧内的角钢图像特征坐标与编码器脉冲差值计算出的物理位移相结合，生成虚拟特征坐标以填补视觉盲区内的定位信息，从根本上突破了现有技术依赖受损图像修复的信息论限制，实现了跨介质补偿强光致盲区并维持加工连续性的核心目的。

50、2. 本技术通过以虚拟特征坐标构建验证窗口进行角钢图像特征检出判定，并结合输送伺服电机的转矩电流变化率执行预设防滑条件验证，在视觉特征缺失时借助电气特性交叉确认机械传动可靠性，既规避了纯视觉定位在像素梯度坍塌时的失效问题，又消除了纯编码器位移推算时机械打滑带来的坐标失真风险，显著提升了强光致盲工况下定位基准的可靠性与加工执行的稳定性。

51、3. 本技术通过构建包含图像帧序号、时间戳与编码器脉冲的时空绑定队列，结合脉冲位移当量与像素位移系数建立物理位移与像素偏移的统一转换基准，实现了视觉采集与伺服运动在硬件级的微秒级同步，为虚拟特征坐标的精准推算和动态加工坐标的实时更新提供了稳定的数据支撑，从而保障了在连续致盲期间冲孔、打钢印及定尺裁切等多道工序的不间断高精度运行。