一种轮廓切割巡边定位方法与流程

1.本发明涉及刻字机领域，具体为一种轮廓切割巡边定位方法。

背景技术：

2.刻字机属于终端设备。用户通过电脑可以向刻字机发出指令，由电脑驱动并控制刻字机的工作方式。刻字机主要是利用本身自带刀具切割，按电脑应用程序设计的文字或图案、通过指令在柔性介质(如：纸张、pvc膜和塑料薄膜等)上按照指令要求切割。
3.现有的轮廓切割定位主要是红点定位，红点定位广泛应用于刻字机的轮廓切割定位中，是比较成熟的定位技术了。它成本相对较低，硬件和软件上开发也较简单，但缺点在于定位精度没有摄像头巡点定位高，巡点成功率也会相对低一些，特别是某些特殊的刻绘材质和光线下会经常有寻不到点的情况。
4.在轮廓切割中只有起始定位精准才能达到轮廓的精准切割，因此提高刻字机的巡点精度成了亟需解决的难题。

技术实现要素：

5.本发明的发明目的在于提供一种轮廓切割巡边定位方法，用于提升刻字机的定位精度，达到自动纠偏，实现图形的精准切割。
6.本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
7.一种轮廓切割巡边定位方法，包括以下步骤：
8.s1、解析轮廓文件，确定刻绘范围和定位点的理论坐标；
9.s2、根据理论坐标依次自动寻定位点，通过摄像头拍取定位点图片，更新定位点的实际坐标；
10.s3、根据定位点的实际坐标计算刻绘图形中的点的实际位置。
11.进一步的，所述步骤s1之前还包括：
12.设置刀头与摄像头中心点的平面投影距离；
13.根据刻绘材质调整摄像头的背景光源；
14.根据摄像头的安装高度，校准拍摄图像的像素与坐标之间的对应值。
15.进一步的，所述步骤s1包括以下子步骤：
16.s11、识别抓取“tb25”指令字符；
17.s12、获取“tb25”指令字符位置；
18.s13、若“tb25”指令字符位于每段指令开始处，则识别提取“tb25”指令后面图形的y轴和x轴长度信息，确定刻绘范围；若“tb25”指令字符位于其他位置，则暂定刻绘并报错提醒。
19.进一步的，所述步骤s2包括以下子步骤：
20.s21、人工将刀头对齐第一定位点的中心处；
21.s22、摄像头移动到刀头位置拍照，进行拍照巡点，更新第一定位点的中心处为刀
头坐标原点；
22.s23、根据理论坐标，依次寻其他定位点，并分别进行拍照巡点，计算理论坐标与定位点的中心处偏差，调整摄像头位置与定位点中心对齐，并更新定位点的中心处实际坐标。
23.进一步的，所述拍照巡点具体为：
24.摄像头拍摄定位点图像，识别到定位点，则巡点成功；
25.若第一次拍摄未拍到定位点，则根据固有顺序和距离驱动摄像头环绕定位点的理论坐标逐步拍摄，若环绕拍摄依旧未拍摄到定位点，则发出巡点失败警告。
26.进一步的，所述定位点数量为四个，位于刻绘范围的四个顶点处，连接四个顶点形成四边形。
27.进一步的，所述步骤s23具体为：
28.根据第二定位点的理论坐标移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第二定位点中心处的实际坐标；
29.根据第一定位点和第二定位点的实际坐标计算刻绘图形偏移角度和横向伸缩比例；
30.根据第三定位点的理论坐标、刻绘图形偏移角度和横向伸缩比例移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第三定位点中心处的实际坐标；
31.根据第二定位点和第三定位点的实际坐标计算刻绘图形的纵向伸缩比例；
32.根据第四定位点的理论坐标、刻绘图形偏移角度、横向伸缩比例和纵向伸缩比例移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第四定位点中心处的实际坐标。
33.进一步的，所述步骤s3具体为：根据定位点的理论坐标和实际坐标，通过十字交叉法计算刻绘图形中各个点的实际坐标位置。
34.进一步的，所述十字交叉法计算的过程为：
35.取刻绘图形中任一点m；
36.计算m点在四边形上下两条边线的对应位置，并连线；
37.计算m点在四边形左右两条边线的对应位置，并连线；
38.计算两条连线的交点坐标，更新为m点的实际坐标。
39.一种终端设备，包括摄像头和处理器，所述摄像头用于拍摄图片，所述处理器用于执行上述方法。
40.应用本发明的技术方案，相比现有技术具有以下优点：
41.1.定位点识别精度高，通过摄像头拍图片，清晰度高，识别准确；
42.2.通过图像识别技术，以定位点的中心处为参考点，定位误差小；
43.3.通过自动巡点寻边，识别定位点的实际坐标，计算伸缩效果和偏转角度，达到纠偏的效果，实现精准切割；
44.4.自动程度高，减少人工劳动强度。
45.发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
46.下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。
47.图1是本发明一种轮廓切割巡边定位方法的流程图；
48.图2是本发明一种轮廓切割巡边定位方法的拍照巡点流程图；
49.图3是本发明一种轮廓切割巡边定位方法的摄像头巡点失败位移图；
50.图4是本发明一种轮廓切割巡边定位方法的纠偏示意图。
具体实施方式
51.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
52.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.如图1-2所示，一种轮廓切割巡边定位方法，包括以下步骤：
55.s1、解析轮廓文件，确定刻绘范围和定位点的理论坐标；
56.s2、根据理论坐标依次自动寻定位点，通过摄像头拍取定位点图片，更新定位点的实际坐标；
57.s3、根据定位点的实际坐标计算刻绘图形中的点的实际位置。
58.刻绘的轮廓文件都是plt格式的，通过轮廓文件内的指令，判断刻绘图案的长于宽，即判断刻绘范围，从而根据刻绘坐标系得出定位点的的理论坐标；根据理论坐标移动刀头，摄像头与刀头保持固有距离且随刀头同步运动，通过摄像头拍摄定位点，判断定位点的实际坐标是否与理论坐标相同或在误差允许范围内；若因实际操作中刻绘的布料倾斜或者存在拉伸，定位点的实际位置与理论位置存在偏差，通过摄像头拍摄的定位点图片，识别图片中的定位点的实际坐标并更新，通过纠正后的定位点的实际坐标纠偏刻绘图案中所有的点的坐标，达到自动纠偏的目的，提高刻绘精确度；相比红外寻边，摄像头拍照识别抓取定位点能适应更复杂的使用环境和刻绘材料，精度更高，定位效率更快。
59.本实施案例中，所述步骤s1之前还包括：
60.设置刀头与摄像头中心点的平面投影距离；
61.根据刻绘材质调整摄像头的背景光源；
62.根据摄像头的安装高度，校准拍摄图像的像素与坐标之间的对应值。
63.摄像头与刀头同步运动，还需要进行一些准备工作，在识别定位中，往往先通过摄像头与定位点对齐，再通过摄像头与刀头的距离，间接实现刀头的定位校正；所以刀头与摄像头的距离需要在定位之间确认并校正，是实现精准定位的必要前提，此参数设置错误，摄像头不能移动到刀头位置，拍摄不到定位点，可能会造成多次移动摄像头拍摄寻定位点，或距离定位点太远移动多次都拍不到而造成巡点失败；除了检查刀头与摄像头中心点的平面投影距离之外，还应该通过光源保证摄像头拍照的清晰，更换新的刻绘材质时，最好同步更新一下摄像头的背景光源，这样更有利于保证巡点的成功率，因为每种材质的颜和反光率等都不同，事情根据情况调整摄像头的背景光源；除了以上两点要素，在刻字机定位前还需要根据摄像头拍摄图像的分辨率和摄像头的安装高度，调整校准拍摄图像的像素与坐标之间的对应值，是将像素转化为距离信息的必要数据，这是处理器根据图片实现精准调整电机转动的必要要素。
64.本实施案例中，所述步骤s1包括以下子步骤：
65.s11、识别抓取“tb25”指令字符；
66.s12、获取“tb25”指令字符位置；
67.s13、若“tb25”指令字符位于每段指令开始处，则识别提取“tb25”指令后面图形的y轴和x轴长度信息，确定刻绘范围；若“tb25”指令字符位于其他位置，则暂定刻绘并报错提醒。
68.一个轮廓文件可以分为几个段，每段以“tb25”指令开始，pg或！pg指令结束，“tb25”指令只有在段文件开始才会生效，其它位置收到“tb25”指令都会报文件指令错误，并提前结束刻绘。“tb25”指令格式为“tb25 y轴图形段长度x轴图形段长度；”或“tb25，y轴图形段长度，x轴图形段长度；”。例如："tb252000010000；"或者"tb25，20000，10000；"表示当前段图形长度y轴长20000个plt单位(500mm)，图形宽度x轴长10000个plt单位(250mm)。
69.本实施案例中，所述步骤s2包括以下子步骤：
70.s21、人工将刀头对齐第一定位点的中心处；
71.s22、摄像头移动到刀头位置拍照，进行拍照巡点，更新第一定位点的中心处为刀头坐标原点；
72.s23、根据理论坐标，依次寻其他定位点，并分别进行拍照巡点，计算理论坐标与定位点的中心处偏差，调整摄像头位置与定位点中心对齐，并更新定位点的中心处实际坐标。
73.摄像头巡点定位有两个关键点，一个是如何精准的巡点定位；一个是图形中的点如何根据定位点来偏移。这两点做好了才能保证整副轮廓图精确的被刻绘出来。为了保证定位的准确性，我们要求每次巡点都要寻到“定位点”中心位置。虽然原理上只要一次拍到“定位点”就能定位到“定位点”中心位置，但实际过程中摄像头高度安装，轴移动时有机械误差，虽然校准时会对摄像头和刻刀距离，还有像素与实际距离对应关系进行校准，但也做不到百分百准确，而减少这些误差的最好办法就是直接定位到中心位置，或者在中心点位置允许误差范围内。
74.本实施案例中，所述拍照巡点具体为：
75.摄像头拍摄定位点图像，识别到定位点，则巡点成功；
76.若第一次拍摄未拍到定位点，则根据固有顺序和距离驱动摄像头环绕定位点的理
论坐标逐步拍摄，若环绕拍摄依旧未拍摄到定位点，则发出巡点失败警告。
77.考虑实际刻绘情况的复杂性，当出现定位点的实际位置与理论位置偏移距离过大的时候，会出现摄像头第一次拍照未寻到定位点的情况；此时可以根据预先设置的移动方向和顺序，按照固有的距离依次挪动摄像头并拍照，尝试捕捉到定位点，若一个周期后仍然未捕捉到定位点，即发出提示，需要人工介入，人工辅助摄像头巡点，若人工辅助过后任然显示未捕捉到定位点，则考虑是设备故障，刻绘中止。
78.如图3所示，本实施案例中摄像头巡点位置为9个，第一次是定位点的理论坐标，剩余8次拍照位置围绕定位点的理论位置四周呈正方形依次分布，预设每次偏移距离为9mm。
79.本实施案例中，所述定位点数量为四个，位于刻绘范围的四个顶点处，连接四个顶点形成四边形。矩形的校正边框容易计算，为优选方案，只要能使摄像头计算出图形分辨率与实际长度的对应关系，且能精确修正摄像头中心与刀头之间的距离参数的形状都可以。
80.如图所示，本实施案例中，刻绘图形较小，一次定位即可；在另一实施案例中，刻绘文件较大，需要分段刻绘，多段巡点时因为后一段有两个点与前一段的重合；后一段巡点时可以选择重新定位两个重合点，或者是直接利用上一段的巡点数据只定位其它两个定位点。无论哪种方式只要机械精度有保证就没有区别，机械精度差的情况下重新定位精度会更好。
81.本实施案例中，所述步骤s23具体为：
82.根据第二定位点的理论坐标移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第二定位点中心处的实际坐标；
83.根据第一定位点和第二定位点的实际坐标计算刻绘图形偏移角度和横向伸缩比例；
84.根据第三定位点的理论坐标、刻绘图形偏移角度和横向伸缩比例移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第三定位点中心处的实际坐标；
85.根据第二定位点和第三定位点的实际坐标计算刻绘图形的纵向伸缩比例；
86.根据第四定位点的理论坐标、刻绘图形偏移角度、横向伸缩比例和纵向伸缩比例移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第四定位点中心处的实际坐标。
87.为了提高后续定位点的拍照巡点的成功率，在寻后续的定位点时不单单依靠定位点理论坐标寻位，还会结合之前定位点的偏差情况，预判下一个的定位点的偏移情况，提高拍照巡点的成功概率，使拍照巡点更加智能，提高效率，减少人工介入的频率。
88.本实施案例中，所述步骤s3具体为：根据定位点的理论坐标和实际坐标，通过十字交叉法计算刻绘图形中各个点的实际坐标位置。
89.根据计算出的实际坐标进行刻绘，只要图形是均匀变化就能保证刻绘出的图形跟实际轮廓吻合，从而达到精准纠偏。
90.本实施案例中，所述十字交叉法计算的过程为：
91.取刻绘图形中任一一点m；
92.计算m点在四边形上下两条边线的对应位置，并连线；
93.计算m点在四边形左右两条边线的对应位置，并连线；
94.计算两条连线的交点坐标，更新为m点的实际坐标。
95.如图4所示，这里主要采取十字交叉法来计算点坐标，现举例说明如下：
96.例：已知“tb25，20000，10000”，定位点的实际坐标为：a(0，0)、b(50，20320)、c(10180，19960)、d(10020，-156)，求图形中点m1(4000，7200)实际对应的坐标值。
97.1.先将刀头移动到第一个定位点中心，此处坐标作为该段图形的原点。那么四个定位点的理论坐标和实际定位坐标分别为：
98.理论坐标实际坐标a1(0，0)a(0，0)b1(0，20000)b(50，20320)c1(10000，20000)c(10180，19960)d1(10000，0)d(10020，-156)
99.注意理论上和实际上都是将a点作为原点。
100.2.读取图形中点m1坐标，例如m1(4000，7200)；
101.3.计算点m横坐标xm、ym；
102.先计算出m点对应在直线ad和bc上的点e1和e2的坐标；
103.l
tbx
为tb指令中x轴方向长度，l
tby
为tb指令中y轴方向长度。
104.x
e1
＝x
m1
*xd/l
tbx
＝4000*10020/10000＝4008；
105.ye1＝x
m1
*yd/l
tbx
＝4000*(-156)/10000＝-62.4；
106.x
e2
＝x
m1
*(x
c-xb)/l
tbx
+xb＝4000*(10180-50)/10000+50＝4102；
107.y
e2
＝x
m1
*(y
c-yb)/l
tbx
+yb＝4000*(19960-20320)/10000+20320＝20176；
108.x
f1
＝y
m1
*xb/l
tby
＝7200*50/20000＝18；
109.y
f1
＝y
m1
*yb/l
tby
＝7200*20320/20000＝7315.2；
110.x
f2
＝y
m1
*(x
c-xd)/l
tby
+xd＝7200*(10180-10020)/20000+10020＝10077.6；
111.y
f2
＝y
m1
*(y
c-yd)/l
tby
+yd＝7200*(19960+156)/20000-156＝7085.76；
112.4.计算直线e1e2和f1f2的公式；
113.直线e1e2公式：
114.k
e1e2
＝(y
e1-y
e2
)/(x
e1-x
e2
)＝(-62.4-20176)/(4008-4102)＝50596/235；
115.b
e1e2
＝y
e1-k
e1e2
*x
e1
＝-62.4-50596*4008/235＝-202803432/235；
116.直线f1f2公式：
117.k
f1f2
＝(y
f1-y
f2
)/(x
f1-x
f2
)＝(7315.2-7085.76)/(18-10077.6)
118.ꢀꢀꢀꢀ
＝-2826/125745
119.b
f1f2
＝y
f1-k
f1f2
*x
f1
＝7315.2+2826*18/125745＝919900692/125745
120.5.计算两条直线交点m坐标：
121.xm＝(b
f1f2-b
e1e2
)/(k
e1e2-k
f1f2
)
122.＝(919900692/125745+202803432/235)/(50596/235+2826/125745)＝4042
123.ym＝k
e1e2
*xm+b
e1e2
＝50596*4041.846/235-202803432/235＝7225
124.则点m1(4000，7200)对应的实际坐标是m(4042，7225)。
125.一种终端设备，包括摄像头和处理器，所述摄像头用于拍摄图片，所述处理器用于执行上述方法。
126.所述终端设备可以是带有摄像头和处理器的刻字机，也可以是带有摄像头的刻字机和pc端连接。
127.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、解析轮廓文件，确定刻绘范围和定位点的理论坐标；s2、根据理论坐标依次自动寻定位点，通过摄像头拍取定位点图片，更新定位点的实际坐标；s3、根据定位点的实际坐标计算刻绘图形中的点的实际位置。2.根据权利要求1所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述步骤s1之前还包括：设置刀头与摄像头中心点的平面投影距离；根据刻绘材质调整摄像头的背景光源；根据摄像头的安装高度，校准拍摄图像的像素与坐标之间的对应值。3.根据权利要求1所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下子步骤：s11、识别抓取“tb25”指令字符；s12、获取“tb25”指令字符位置；s13、若“tb25”指令字符位于每段指令开始处，则识别提取“tb25”指令后面图形的y轴和x轴长度信息，确定刻绘范围；若“tb25”指令字符位于其他位置，则暂定刻绘并报错提醒。4.根据权利要求3所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下子步骤：s21、人工将刀头对齐第一定位点的中心处；s22、摄像头移动到刀头位置拍照，进行拍照巡点，更新第一定位点的中心处为刀头坐标原点；s23、根据理论坐标，依次寻其他定位点，并分别进行拍照巡点，计算理论坐标与定位点的中心处偏差，调整摄像头位置与定位点中心对齐，并更新定位点的中心处实际坐标。5.根据权利要求4所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述拍照巡点具体为：摄像头拍摄定位点图像，识别到定位点，则巡点成功；若第一次拍摄未拍到定位点，则根据固有顺序和距离驱动摄像头环绕定位点的理论坐标逐步拍摄，若环绕拍摄依旧未拍摄到定位点，则发出巡点失败警告。6.根据权利要求5所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述定位点数量为四个，位于刻绘范围的四个顶点处，连接四个顶点形成四边形。7.根据权利要求6所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述步骤s23具体为：根据第二定位点的理论坐标移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第二定位点中心处的实际坐标；根据第一定位点和第二定位点的实际坐标计算刻绘图形偏移角度和横向伸缩比例；根据第三定位点的理论坐标、刻绘图形偏移角度和横向伸缩比例移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第三定位点中心处的实际坐标；根据第二定位点和第三定位点的实际坐标计算刻绘图形的纵向伸缩比例；根据第四定位点的理论坐标、刻绘图形偏移角度、横向伸缩比例和纵向伸缩比例移动摄像头，进行拍照巡点，拍照巡点成功后记录第四定位点中心处的实际坐标。8.根据权利要求7所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：根据定位点的理论坐标和实际坐标，通过十字交叉法计算刻绘图形中各个点的实际坐标位置。
9.根据权利要求8所述轮廓切割巡边定位方法，其特征在于，所述十字交叉法计算的过程为：取刻绘图形中任一点m；计算m点在四边形上下两条边线的对应位置，并连线；计算m点在四边形左右两条边线的对应位置，并连线；计算两条连线的交点坐标，更新为m点的实际坐标。10.一种终端设备，其特征在于，包括摄像头和处理器，所述摄像头用于拍摄图片，所述处理器用于执行如权利要求1-9任一所述方法。

技术总结

本发明公开了一种轮廓切割巡边定位方法，包括以下步骤：S1、解析轮廓文件，确定刻绘范围和定位点的理论坐标；S2、根据理论坐标依次自动寻定位点，通过摄像头拍取定位点图片，更新定位点的实际坐标；S3、根据定位点的实际坐标计算刻绘图形中的点的实际位置。通过轮廓文件内的指令，判断刻绘范围，根据理论坐标移动刀头，摄像头与刀头保持固有距离且随刀头同步运动，通过摄像头拍摄定位点，判断定位点的实际坐标是否与理论坐标相同或在误差允许范围内；通过摄像头拍摄的定位点图片，识别图片中的定位点的实际坐标并更新，通过纠正后的定位点的实际坐标纠偏刻绘图案中所有的点的坐标，达到自动纠偏的目的，提高刻绘精确度。提高刻绘精确度。提高刻绘精确度。