一种基于三点定位的轨迹计算方法及系统

技术领域

本申请涉及自动定位的技术领域，特别是涉及一种基于三点定位的轨迹计算方法及系统。

背景技术

在砂轮切割设备针对LED小屏幕材料进行切割时，由于LED小屏幕切割工艺的特殊要求，需要将材料切割成一个矩形。一般通过材料上的四个标记点进行识别定位并计算切割位置。假设四个标记点记为A、B、C、D点，标记点印刷时确保线段AB与线段CD平行；定位时使用A、B点两点确定拉直，C、D点两点拉直，来确定两条线段，再根据设置的屏幕尺寸计算出划片机运动控制部分在切割材料上的下刀位置，即切割轨迹。由划片机完成切割，产生一个矩形LED屏幕。

砂轮划片机的切割部由X、Y、Z、T四个运动控制轴和空气静压主轴组成，视觉部由镜头、相机、光源组成。工件对位、切割动作由切割部和视觉部共同完成。定位时，视觉部负责图像采集，辅助操作人员完成定位功能。切割时空气静压主轴高速旋转，X、Y、Z、T轴四轴联动，完成切割动作。在设备装配完成后须调试设备并寻找正确的X、Y轴位置，使旋转T轴中心与视觉中心重合，保证旋转T轴中心点与相机中心点连线与X轴所在平面垂直，即过相机中心X轴方向直线与X轴运动轴所在直线平行；定位时，视觉部不动，切割部X、Y、Z、T轴联动完成视觉定位。

如图1，点A、B是同一切割街区上的两个标记点，点A、B确定的直线与X轴运动轴所在直线存在夹角γ，T轴旋转角度γ，使线段AB所在直线与X轴方向直线平行，即确定切割轨迹T轴角度，获取当前Y轴位置，加上对准偏差值得到Y向切割位置，通过分度计算出其余Y向切割位置，通过工件尺寸、切割中心点、切割时X轴方向左右预留量获取切割时X轴切割起点、终点位置，Z轴位置通过工件厚度、切割剩余量计算，从而得到工件所有切割轨迹。切割时空气静压主轴高速旋转，运动轴根据设定的轨迹，Z轴运动到抬刀位置，X、Y、T轴运动到切割起点位置，Z轴下降到切割位置，Y、T轴不动，X运动轴移动至切割结束位置，一刀切割完成；之后Z轴上升至抬刀位置，X、Y、T运动轴移动至下一刀切割起点位置，Z轴下降，Y、T轴不动，X轴运行至切割结束位置，如此往复，直至所有的切割轨迹都被执行完成。

工件切割线(切割街区)之间的距离称为分度，通常认为每个通道都有自己的分度，如图2，第一通道有两个分度，第二通道有一个分度。计算轨迹时需要对位结果需要结合当前分度进行计算。

如图3，在一种切割序列中由于Y方向有多个切割分度，且这些分度是循环且有规律的，单独的块称为一个Block，每个Block需要对第一条线和最后一条线进行对准，因此称为“两点对准”。这种对准方式在确定每一条线位置时也最少需要两点确定两条直线的位置。确定位置后，获取当前每条线的Y、T轴位置坐标Y1、Y2、T1、T2，由此根据给定的Y向步进重复次数计算出新的Y方向步进值，以纠正Y方向步进值，同时可以根据T1、T2坐标位置计算出每刀的T轴切割位置。这种对准方式可以简化为图4的方式，LED小屏幕切割时使用“两点对准”方式至少需要四点，步进重复次数为1，并且T轴使用T1、T2轴坐标平均值，从而实线切割目的。

在实际应用过程中，使用大量LED小屏幕拼接成一个巨型屏幕，当某一块出现故障时需要更换修理。返修后用于定位的四个点由于某些原因变为三点，无法再使用两点拉直方法确定切割矩形的四条边，因此，通过四个定位点确定对准位置计算切割轨迹方法，并不能完全满足LED小屏幕的切割。

一个巨型屏幕是由多个LED小型屏幕组成的，尺寸、形状要求严格，形状必须是矩形，四个角必须是90度，而“两点对准”第一通道对准后只确定AB、CD线段，AC、BD方向切割轨迹需要重新对位拉直才能完成。且由于LED小屏幕材料制作工艺原因，对准标记点位A、B、C、D点位印刷不会严格按照矩形排列，如图5，如果采用“两点对准方式”，AB、CD对位拉直后获得的T1、T2坐标需要平均，保证切割后AB、CD平行；同理AC、BD拉直后T1、T2坐标也须平均，保证切割后AC、BD平行。但这种方法无法保证切割后的四个角为直角。因此这种方式在切割此类产品时会出现切坏产品情况，或者经常报警，降低切割效率。

当屏幕出现损坏需要返修，由于材料原因，这些屏幕修理并重新切割后仍可投入使用，大部分返修屏上的四个定位点由于种种原因变成3个，此时无法使用“两点对准”方式进行定位，如图6。

发明内容

本发明针对上述缺点，旨在解决如小型LED屏幕返修后定位点缺失时的轨迹计算方法。基于此，本发明有必要针对上述技术问题，提供一种基于三点定位的轨迹计算方法及系统。

一种基于三点对准的轨迹计算方法，所述轨迹计算方法包括教学流程和自动定位流程；

所述教学流程包括：

依次设置四个定位点，并获取每个所述定位点的参数特征；

所述定位流程包括：

根据所述定位点的参数特征，依次搜索工件上与定位点匹配的特征区域，并确定第一通道的标记点位置坐标；

根据所述第一通道的标记点位置坐标，确定第二通道的标记点位置坐标；

根据所述第一通道和第二通道，计算下刀切割位置，确定切割轨迹。

作为一个可替换的实施例，所述依次设置四个定位点，并获取每个所述定位点的参数特征，进一步包括：

根据四个定位点，输入预设的多个指标参数；

对四个定位点进行拉直；

选取第一定位点的特征区域，所述第一定位点的特征区域对应唯一一个第一模板；

保存第一模板的参数特征，所述参数特征包括位置坐标、光源亮度以及模板文件；

依次确定其他三个定位点的对应模板，并保存上述模板的参数特征。

其中，确定第一定位点的第一模版及第二定位点的第二模板后，计算第一定位点和第二定位点所在直线与实际切割街区的夹角。

作为一个可替换的实施例，所述四个定位点是根据具有完整四个定位点的工件确定的。

作为一个可替换的实施例，所述确定第一通道的标记点位置坐标，进一步包括第：

根据第一模板的参数特征，运动轴移动至第一模板的位置坐标所在点，光源亮度调整为第一模板的光源亮度；

搜索与第一模板匹配的特征区域；

若在预设的模板搜索次数内找到与第一模板匹配的特征区域，记录该第一标记点的位置；

计算搜索第二标记点的搜索位置，并确定第二标记点的位置；

若在预设的模板搜索次数内未找到与第一模板匹配的特征区域，则结束定位流程。

作为一个可替换的实施例，所述确定第二标记点的位置，进一步包括：

运动轴移动至所述第二标记点的搜索位置，根据第二模板的参数特征，搜索与第二模板匹配的特征区域；

若在预设的模板搜索次数内找到与第二模板匹配的特征区域，记录该第二标记点的位置；

确定第一标记点和第二标记点的最终位置；

若在预设的模板搜索次数内未找到与第二模板匹配的特征区域，则结束定位流程。

作为一个可替换的实施例，所述确定第一标记点和第二标记点的最终位置，进一步包括：

对所述记录的第一标记点和第二标记点进行拉直对位；

按照所述夹角的值，计算工作台旋转角度后的第一标记点和第二标记点的位置，并将工作台旋转所述夹角的值；

工作台旋转后，根据所述计算的结果，重新搜索第一标记点和第二标记的位置，确定第一标记点和第二标记点的最终位置。

作为一个可替换的实施例，所述确定第一通道的标记点位置坐标，进一步包括：

根据教学时第一定位点和第三定位点的位置坐标数据，确定第三标记点的搜索位置，运动轴移动至第三标记点的搜索位置，根据第三模板的参数特征，搜索与第三模板匹配的特征区域；

若在预设的模板搜索次数内找到与第三模板匹配的特征区域，记录该第三标记点的位置，并标记计算切割位置，完成获取第一通道的所有标记点位置坐标；

若在预设的模板搜索次数内未找到与第三模板匹配的特征区域，搜索第四标记点。

作为一个可替换的实施例，所述搜索第四标记点，进一步包括：

根据教学时第一定位点和第四定位点的位置坐标数据，确定第四标记点的搜索位置，运动轴移动至第四标记点的搜索位置，根据第四模板的参数特征，搜索与第四模板匹配的特征区域；

若在预设的模板搜索次数内找到与第四模板匹配的特征区域，记录该第四标记点的位置，第一通道的标记点位置坐标，并标记计算切割位置；

完成获取第一通道的所有标记点位置坐标；

若在预设的模板搜索次数内未找到与第四模板匹配的特征区域，则结束定位流程。

作为一个可替换的实施例，所述根据所述第一通道的标记点位置坐标，确定第二通道的标记点位置坐标，进一步包括：

根据第一通道的标记点的位置坐标，计算所有标记点旋转九十度后的位置坐标，所述计算得到的位置坐标即第二通道的标记点位置坐标。

一种基于三点对准的轨迹计算系统，所述轨迹计算系统包括教学模块和定位模块；

所述教学模块包括：

模板单元，所述模板单元用于依次设置四个定位点，并获取每个所述定位点的参数特征；

所述定位模块包括：

匹配单元，所述匹配单元用于根据所述定位点的参数特征，依次搜索工件上与定位点匹配的特征区域，并确定第一通道的标记点位置坐标；

计算单元，所述计算单元用于根据所述第一通道的标记点位置坐标，确定第二通道的标记点位置坐标；

位置单元，所述位置单元用于根据所述第一通道和第二通道，计算下刀切割位置，确定切割轨迹

上述基于三点对准的轨迹计算方法及系统，针对现有技术的缺点，使用3点定位方式来确定切割材料切割轨迹，应用于返修LED小屏幕或者特殊工艺材料切割；工件拉直后对位点与实际切割线存在夹角，也是应用与小屏幕切割的一个原因，返修屏幕C点不存在时可以使用其他特征点代替C点；教学时只需设置第一通道四个点的特征点，节省操作时间；自动定位时只搜索第一通道三个定位点位置，通过计算得到旋转90度后第二通道的三点位置，从而得出切割轨迹，省去第二通道的自动定位，提高生产效率；C点不存在时自动查找D点模板有效提高功能实用性。

附图说明

图1为同一切割街区上两个标记点的示意图；

图2为通道分度示意图；

图3为现有技术的一种切割分度示意图；

图4为现有技术的对准方式示意图；

图5为现有技术的四点定位示意图；

图6为现有技术四点定位中缺少定位点的示意图；

图7为本发明轨迹计算方法的流程示意图；

图8为本发明模板教学流程示意图；

图9为本发明自动定位及轨迹计算流程示意图；

图10为本发明自动定位系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。本发明的说明书和权利要求书以及附图中的术语“第一”“第二”“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后、内、外、侧面等，仅是参考附图的方向。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外，本发明在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的应用和/或其它材料的使用。

本发明提供了一种基于三点对准的轨迹计算方法，如图7-图9所示，该轨迹计算方法包括教学流程S100和定位流程S200。

教学流程S100主要包括依次设置四个定位点，并获取每个所述定位点的参数特征。

具体地，教学流程S100包括：

S101、根据四个定位点，输入预设的多个指标参数。

在本步骤中，四个定位点为第一定位点A、第二定位点B、第三定位点C、第四定位点D，可以手动输入指标参数，优选地，指标参数至少包括Index

其中，Index

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

Y

S

另外，回转轴中心点坐标(V

S102、对四个定位点进行拉直。

在本步骤中，需要根据步骤S110确定的四个定位点进行拉直，优选地，可以手动拉直，并且并非一定需要使用A、B点进行拉直。

S103、选取第一定位点的特征区域，第一定位点的特征区域对应唯一一个第一模板。

在本步骤中，需要找到A点对应的A点模板。

具体地，选取第一定位点A的特征区域，并且在一个定义范围内进行搜索，从而确保A点模板时独一无二的，唯一对应的。

S104、保存第一模板的参数特征，参数特征包括位置坐标、光源亮度以及模板文件。

在本步骤中，将步骤S103搜索到的A点模板的信息进行保存。

具体地，A点模板的位置坐标M

保存A点模板的位置坐标M

完成第一定位点A点后，依次确定其他三个定位点的对应模板，并保存上述模板的参数特征。

具体地，根据第二定位点B的相关信息，重复步骤S103和S104，即，

S105、选取第二定位点的特征区域，第二定位点的特征区域对应唯一一个第二模板。

在本步骤中，需要找到B点对应的B点模板。

具体地，选取第二定位点B的特征区域，并且在一个定义范围内进行搜索，从而确保B点模板时独一无二的，唯一对应的。

S106、保存第二模板的参数特征，参数特征包括位置坐标、光源亮度以及模板文件。

在本步骤中，将步骤S105搜索到的B点模板的信息进行保存。

具体地，B点模板的位置坐标M

保存B点模板的位置坐标M

进一步地，在确定第一定位点的第一模版及第二定位点的第二模板后，需要计算第一定位点和第二定位点所在直线与实际切割街区的夹角。

具体地，计算出A、B点所在直线与当前X轴，即实际切割街区的夹角γ。其中，γ是教学时手动对位后，A、B点所在直线与当前X轴夹角。

完成第二定位点B点后，根据第三定位点C的相关信息，重复步骤S103和S104，即，

S107、选取第三定位点的特征区域，第三定位点的特征区域对应唯一一个第三模板。

在本步骤中，需要找到C点对应的C点模板。

具体地，选取第三定位点C的特征区域，并且在一个定义范围内进行搜索，从而确保C点模板时独一无二的，唯一对应的。

S108、保存第三模板的参数特征，参数特征包括位置坐标、光源亮度以及模板文件。

在本步骤中，将步骤S107搜索到的C点模板的信息进行保存。

具体地，C点模板的位置坐标M

保存C点模板的位置坐标M

完成第三定位点C点后，根据第四定位点D的相关信息，重复步骤S103和S104，即，

S109、选取第四定位点的特征区域，第四定位点的特征区域对应唯一一个第四模板。

在本步骤中，需要找到D点对应的D点模板。

具体地，选取第四定位点D的特征区域，并且在一个定义范围内进行搜索，从而确保D点模板时独一无二的，唯一对应的。

S110、保存第三模板的参数特征，参数特征包括位置坐标、光源亮度以及模板文件。

在本步骤中，将步骤S109搜索到的D点模板的信息进行保存。

具体地，D点模板的位置坐标M

保存D点模板的位置坐标M

进一步地，四个定位点是根据具有完整四个定位点的工件确定的。具体地，教学时需要找一个A、B、C、D点完整的工件，再进行教学流程，在教学流程中，默认A、B点都在，如果没有A、B点，则需要重新放置工件并设置参数。

由此，完成教学流程S100。

自动定位流程S200包括如下步骤：

根据定位点的参数特征，依次搜索工件上与定位点匹配的特征区域，并确定第一通道的标记点位置坐标。

具体地，包括如下步骤：

S201、根据第一模板的参数特征，运动轴移动至第一模板的位置坐标所在点，光源亮度调整为第一模板的光源亮度。

在本步骤中，根据教学流程得到的A点模板参数，调整运动轴及光源亮度。

具体地，将X、Y、Z、T轴运行至M

S202、搜索与第一模板匹配的特征区域。

在本步骤中，搜索与A点模板匹配的特征区域。

S203、若在预设的模板搜索次数内找到与第一模板匹配的特征区域，记录该第一标记点的位置；若在预设的模板搜索次数内未找到与第一模板匹配的特征区域，则结束定位流程。

在本步骤中，需要将实际搜索次数与预设的板搜索次数S

S204、计算搜索第二标记点的搜索位置，并确定第二标记点的位置。

在本步骤中，根据教学时的A点模板X、Y、Z、T四个运动轴坐标位置M

进一步地，确定第二标记点的位置还包括：

S205、运动轴移动至第二标记点的搜索位置，根据第二模板的参数特征，搜索与第二模板匹配的特征区域。

在本步骤中，X、Y、Z、T运动轴移动至B点的搜索位置，根据B点模板的参数特征进行搜索，搜索与B点模板匹配的特征区域。

S206、若在预设的模板搜索次数内找到与第二模板匹配的特征区域，记录该第二标记点的位置，并继续进行下一步流程；若在预设的模板搜索次数内未找到与第二模板匹配的特征区域，则结束定位流程。

在本步骤中，需要将对B点模板的实际搜索次数与预设的板搜索次数S

进一步地，在步骤S206后，确定第一标记点和第二标记点的最终位置。

具体地，S207、对记录的第一标记点和第二标记点进行拉直对位。

在本步骤中，首先，根据两点确定一条直线的原理，对第一标记点A和第二标记点B点进行拉直对位。

S208、按照夹角的值，计算工作台旋转角度后的第一标记点和第二标记点的位置，并将工作台旋转夹角的值，工作台旋转后，根据计算的结果，重新搜索第一标记点和第二标记的位置，确定第一标记点和第二标记点的最终位置。

在本步骤中，根据教学流程时第一定位点A和第二定位点B所在直线与实际切割街区所在直线的夹角γ值，计算出工作台旋转γ角度后的标记点A、B位置，并将工作台旋转γ角度。旋转后根据计算结果重新搜索第一标记点A点和第二标记点B点的位置。

优选地，假设旋转前第一标记点A点的位置坐标为(X'

X

Y

对于第三定位点或第四定位点的确定流程，进一步包括：

S209、根据教学时第一定位点和第三定位点的位置坐标数据，确定第三标记点的搜索位置，运动轴移动至第三标记点的搜索位置，根据第三模板的参数特征，搜索与第三模板匹配的特征区域。

在本步骤中，需要对第三标记点进行搜索。首先要根据教学时的A点模板X、Y、Z、T四个运动轴坐标位置M

S210、若在预设的模板搜索次数内找到与第三模板匹配的特征区域，记录该第三标记点的位置，并标记计算切割位置，完成获取第一通道的所有标记点位置坐标；若在预设的模板搜索次数内未找到与第三模板匹配的特征区域，搜索第四标记点。

在本步骤中，需要将对C点模板的实际搜索次数与预设的板搜索次数S

S211、根据教学时第一定位点和第四定位点的位置坐标数据，确定第四标记点的搜索位置，运动轴移动至第四标记点的搜索位置，根据第四模板的参数特征，搜索与第四模板匹配的特征区域。

在本步骤中，需要继续对第四标记点进行搜索。首先要根据教学时的A点模板X、Y、Z、T四个运动轴坐标位置M

S212、若在预设的模板搜索次数内找到与第四模板匹配的特征区域，记录该第四标记点的位置，第一通道的标记点位置坐标，并标记计算切割位置，若在预设的模板搜索次数内未找到与第四模板匹配的特征区域，则结束定位流程。

在本步骤中，需要将对D点模板的实际搜索次数与预设的板搜索次数S

由此，完成获取第一通道的所有标记点位置坐标。

在获取第一通道的所有标记点位置坐标后，根据第一通道的标记点位置坐标，确定第二通道的标记点位置坐标。

具体地，S213、根据第一通道的标记点的位置坐标，计算所有标记点旋转九十度后的位置坐标，计算得到的位置坐标即第二通道的标记点位置坐标。

在本步骤中，根据步骤S201-步骤S212自动定位流程得到的结果：第一标记点的位置坐标R

对于第二通道的标记点位置坐标的确定方法，可以参考步骤S208，其中夹角γ为90度，计算步骤在此不再赘述。

由此，获得了第一通道和第二通道这两个通道的所有的对位点的坐标值，并且当前第一通道角度为切割时角度T

进一步地，再根据第一通道和第二通道，计算下刀切割位置，确定切割轨迹。

具体地，S214、计算第一通道Y轴的下刀位置。

在本步骤中，根据第一通道的定位结果，第一标记点的位置坐标R

S215、计算第二通道Y轴的下刀位置。

在本步骤中，根据第二通道的标记点位置，即第二通道的第一标记点的位置坐标R

由此，完成自动定位流程。

上述基于三点对准的轨迹计算方法，在教学流程，搜索次数可设置，只需要做一个通道的教学。同时，教学时自动纠正四个定位点的X，Y向距离。在自动定位流程，使用3点进行对准，可自动确定第3个点为C点或D点，第二通道标记点A、B、C或D位置是计算出来的，不需要再次搜索，省去第二通道的自动定位，提高生产效率，标记点A、B拉直后的直线与实际切割街区所在直线可存在角度差，能够根据定位点位置灵活设定切割尺寸。

应该理解的是，虽然流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，附图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了应用上述基于三点对准的轨迹计算方法的轨迹计算系统，如图10所示，轨迹计算系统包括教学模块和定位模块；

教学模块100包括：

模板单元101，模板单元101用于依次设置四个定位点，并获取每个定位点的参数特征；

自动定位模块200包括：

匹配单元201，匹配单元201用于根据定位点的参数特征，依次搜索工件上与定位点匹配的特征区域，并确定第一通道的标记点位置坐标；

计算单元202，计算单元202用于根据第一通道的标记点位置坐标，确定第二通道的标记点位置坐标；

位置单元203，位置单元203用于根据第一通道和第二通道，计算下刀切割位置，确定切割轨迹

关于轨迹计算系统的具体限定可以参见上文中对于基于三点对准的轨迹计算方法的限定，在此不再赘述。上述轨迹计算系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本发明的基于三点对准的轨迹计算方法及系统，使用3点定位方式来确定切割材料切割轨迹，应用与返修LED小屏幕或者特殊工艺材料切割；工件拉直后对位点与实际切割线存在夹角，也是应用与小屏幕切割的一个原因，返修屏幕C点不存在时可以使用其他特征点代替C点；教学时只需设置第一通道四个点的特征点，节省操作时间；自动定位时只搜索第一通道四个定位点位置，通过计算得到旋转90度后第二桶四点位置，从而得出切割轨迹，省去第二通道的自动定位，提高生产效率；C点不存在时自动查找D点模板有效提高功能实用性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。