[发明专利]一种自动找正的预印制图像板材数控切割方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控切割方法，尤其是一种自动找正的数控切割方法。

背景技术

预印制图像板材数控切割就是预先将图像印制到平面板材上，然后在机床上沿着图像轮廓的边缘对板材进行切割，得到外形与印制图像轮廓相一致的产品。这种技术因其实用、直观，加工的产品具有美观、立体感强等特点，在很多领域都有需求和应用，如装饰品、产品外包装、广告业等。一般的板材切割数控加工通常是先编写出待切割的图案或形状的数控加工程序代码，然后再将板材毛坯固定在机床上并大致确定零件的加工零点即可进行加工。与这种一般的板材切割数控加工不同，预印制图像的板材切割技术需要在加工前精确地确定图像与刀具的位置关系，即坐标找正，以保证数控加工程序控制刀具沿着图像轮廓走。

目前国内外一般用普通数控切割机床来加工这类预印制图像板材产品，没有提供针对性的找正工具，主要采取人工方法来进行坐标找正。一种方法是根据板材毛胚的外形来进行找正，先找出板材在机床上的位置，然后根据图像在板材上的理论位置而非实际印刷位置来确定待加工图像的位置。但实际上板材毛坯的大小会不一致，安装时也常会有旋转或平移误差，图像在不同板材上的位置也有较大误差，因此加工精度低，废品率高。

另一种方法是对实际图像位置进行人工找正，这种方法通常在图像上印刷一些标记点来辅助找正工作，标记点和图像是同时印刷在板材上的，印刷后虽然在不同板材上的位置会不同，但两者间的相对位置不变，找准标记点的位置就可知道图像的实际位置。找正时，需人工控制刀具移动并判断刀具是否在标记点的中心位置，因而十分费时，且每一块板材都需要重新找正，因而效率相当低。当找正结果与设定位置如果仅有平移误差，可以在数控系统中通过修改某些加工参数来修正，但如果图像坐标系与切割机坐标系之间还有旋转变换，就需要对板材位置进行调整和重新装夹，远不能满足批量生产的要求。

还有人采用图像识别技术中的轮廓提取方法来提取图像轮廓线条并根据图像轮廓线条进行切割，例如，一份中国发明专利申请文件(申请号为200810063771.X，公开日为2009年2月11日)中披露了一种激光切割设备的巡边切割方法，首先通过摄像机采集需要切割物料上的图像，用校正文件进行校正，生成轮廓图形；然后以轮廓图形为基准建立匹配模型，然后将实时切割的图案通过摄像机按照设定的参数进行采集；再对采集到的图像进行矢量化处理产生图形；将图形与匹配模型按设定的相似度进行对比，满足设定相似度的为匹配成功的图像，对匹配成功的图像按照实际拍摄图像的轮廓图形产生切割数据；最后将切割数据发送到激光切割设备进行切割。这种方法可以在一定相似度范围内能自适应被切割图像的差异性，但由于现有轮廓识别技术的精度较低，该方法的加工精度不高，而且当图像差异性较大时，不能自主进行校准找正，无法完成对物料上图像的自动切割。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，在现有基于图像轮廓识别的自动切割技术的基础上提供一种能够自动找正的数控切割方法，从而提高图像轮廓切割时的精度以及切割效率。

本发明的思路是对待印刷图像添加若干定位标识图像，通过安装在切割设备主轴上的摄像机提取标识图像特定点在切割设备坐标系中的坐标，找到图像坐标系与切割设备坐标系之间的变换关系，对初始轮廓识别产生的数控加工代码进行修正，得到精确定位的数控加工代码，从而实现自动找正的预印制图像数控切割。本发明方法具体按照以下步骤执行：

A、提取待印刷图像的轮廓并根据提取的图像轮廓生成初始的数控加工代码；

本步骤中所述提取图像轮廓有多种现有技术可选择，例如：Canny边缘检测法、Sobel边缘检测法、二值法等，本发明优选二值法，并对二值法提取的图像轮廓进行消除噪声处理。

相邻轮廓点在像素位置上相邻或相隔一两个像素，它们之间的实际印刷距离由图像分辨率和打印尺寸决定，对于印刷板材，这个距离通常较小，若直接利用此图像轮廓去生成NC代码，易造成步长过小，使机床切割的速度发生波动和平均速度下降，从而影响加工质量和效率。因此，在将轮廓交由数控编程模块生成数控代码前，有必要对图像轮廓进行曲线拟合，拟合成直线、圆弧和B样条等矢量图元对象。本发明优选直线拟合方式，并提出了一种基于曲率的分段拟合方法。

本发明具体按照以下步骤进行印刷图像的轮廓提取：

A1、对图像进行二值化处理得到初步的图形轮廓；

A2、去除步骤A1得到的初步的图形轮廓中的噪声；

A3、采用基于曲率的分段拟合算法将图像轮廓拟合成矢量图元对象，具体包括以下分步骤：