本发明主要涉及机床工件定位，具体涉及一种基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法及系统。
背景技术：
1、随着光学设计和光学加工技术的迅猛发展，精密光学元件在航空航天、军事、工业和民用等各个领域扮演着至关重要的角色，同时也对光学加工能力提出了更高的要求。上世纪提出的计算机控制光学加工技术(ccos)，基于高精度的测量技术和计算机控制技术，以定量检测、定量加工代替手工加工，使加工过程能够定量地向确定性方向发展。目前，基于ccos的小磨头抛光、射流抛光和磁流变抛光已广泛应用于光学元件的加工。
2、实现定点、定量加工的前提是工件在抛光机床上的有较高的定位精度，现阶段抛光过程中工件的夹装仍然采用传统的手动对刀方式，工人利用百分表或千分表以及夹具来实现工件的定位。人工夹装操作繁琐、效率低下，且受人为因素影响较大，其精度和稳定性难以保证，最终导致面形误差收敛率降低。
3、专利申请cn105252376a公布了一种用于高精度抛光机床的工件自寻位方法，该方法使用接触式测头一次测量一个坐标点，多次测量得到测量点集，最后通过算法来实现工件面形在机床上的定位。该方法数据采集效率低，定位精度依赖于测量点的数量，测量点越多定位精度越高，同时耗费时间也越长，且接触式的测头与光学元件接触时会造成一定程度的表面损伤，影响工件的光学性能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种非接触、定位高效率高的基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法及系统。
2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
3、一种基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法，包括步骤：
4、s1、对机器视觉系统进行标定，解算出像素坐标与机床坐标之间的转换关系；
5、s2、获取机器视觉系统所采集的工件图像以及机器视觉系统相对应的机床坐标，并根据工件图像检测工件边缘的像素坐标；
6、s3、根据工件边缘的像素坐标、机器视觉系统相对应的机床坐标以及像素坐标与机床坐标之间的转换关系，得到工件的机床坐标和工件中心的机床坐标。
7、优选地，步骤s2的具体过程为：
8、s201、获取工件图像并转换为灰度图；
9、s202、消除图像中的噪声；
10、s203、计算出背景与工件的最佳分割阈值，完成图像二值化，得到二值图像；
11、s204、对二值图像进行膨胀和腐蚀，将膨胀图像和腐蚀图像作差得到工件初始边缘；
12、s205、沿着工件初始边缘将去噪后的图像分割为若干个小图像，并分别检测各小图像的工件边缘，将各小图像的工件边缘进行拼接，得到整张图像的工件边缘；
13、s206、对整张图像的工件边缘进行一阶差分，剔除斜率突变的点；
14、s207、根据整张图像的工件边缘坐标和梯度方向，使用插值法在原灰度图像中进行亚像素工件边缘检测，并采用多项式拟合的方法将离散点拟合为一条连续的工件边缘，得到工件边缘像素坐标。
15、优选地，在步骤s203中，采用寻峰算法确定灰度直方图中两个峰值之间的峰谷，峰谷的灰度值即为分割背景与工件的最佳分割阈值。
16、优选地，在步骤s205中，通过改进的canny算法来检测各小图像的工件边缘；其中改进的canny算法改进非极大抑制过程，将沿梯度方向的局部抑制扩展为沿梯度方向的全局抑制，以最终获得单条不连续的边缘。
17、优选地，在步骤s3中，对于圆形工件，根据边缘坐标采用四点法求出其圆心坐标；对于矩形工件，根据边缘坐标求出角点坐标，对角连线的交点为矩形中心。
18、优选地，步骤s1的具体过程为：
19、s101、使用千分表在机床中定位一个圆形工件，圆形工件中心的机床机械坐标点记作(x1,y1)，将图像中心视为接触式测头的中心，使用四点法测得圆形工件的圆心坐标记作(x2,y2)，二者作差得到(δx，δy)；则相机在机床上的坐标为：数控系统的机械坐标+(δx，δy)；
20、s102、将标定板放在机床上，拍摄一张图片，检测标定板上九个圆的圆心，并记录其像素坐标(u1，v1)、(u2，v2)…(u9，v9)；记当前相机坐标为(xmc，ymc)；
21、s103、实时检测标定板上各圆的圆心，移动相机分别使像主点与标定板各圆心重合，相机在机床上的坐标即为标定板圆心的机械坐标，得到九个圆的圆心坐标，记作(xm1，ym1)、(xm2，ym2)…(xm9，ym9)；
22、s104、根据测量数据和式(1)，使用最小二乘法即可解出待定参数a、b、c、d、e、f，其中式(1)为从像素坐标到机床坐标的转换关系，具体为：
23、
24、式中，xm、ym为工件边缘的机床坐标，a、b、c、d、e、f为待标定参数，u、v为工件边缘的像素坐标，u0、v0为图像中心坐标，xmc、ymc为相机在机床上的坐标。
25、本发明还公开了一种基于机器视觉的抛光机床工件自寻位系统，包括控制单元、工业相机、夹具安装板、镜头夹具、点光源和远心镜头；所述夹具安装板安装在a轴支撑梁上，所述镜头夹具安装在夹具安装板上，所述镜头夹具和远心镜头通过过盈配合相连；所述控制单元与所述工业相机和机床伺服运动机构相连，用于根据工业相机拍摄的图片和机床伺服运动机构的坐标信息，执行如上所述方法的步骤以得到工件的机床坐标和工件中心的机床坐标。
26、本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
27、本发明进一步公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
28、本发明还公开了一种基于机器视觉的抛光机床工件自寻位系统，包括相互连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器运行时执行如上所述方法的步骤。
29、与现有技术相比，本发明的优点在于：
30、本发明在图像采集过程中，依赖于数控机床的伺服运动控制视觉系统沿工件边缘采集若干图像，并记录下当前的机床坐标；根据采集图像的位置坐标和图像，能够解算出每张图片中工件边缘对应的机床坐标，从而实现超视场高精度测量，且适用于任意尺寸工件的高精度定位；上述机床工件自寻位方法能够实现非接触定位，精度高且效率高。
31、本发明选用畸变小的远心镜头，工作距离达到220mm，非接触测量、加工和定位过程中均不会出现干涉现象，且安装简单、无需附加装置；视觉系统与机床的数控系统间相互通信，可实现自动图像采集、工件中心点计算和工件偏置的设置，减小人为因素的干预，提高工件定位的稳定性；将视觉技术应用到抛光机床，基于数控机床的反馈进行图像采集，可以突破相机视场的限制，实现任意尺寸工件的高精度定位；使用图像处理技术进行工件边缘坐标的检测，与传统接触式测头和千分表相比能够一次采集多个点的数据，提高了工件定位的稳定性和效率。
1.一种基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法，其特征在于，步骤s2的具体过程为：
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法，其特征在于，在步骤s203中，采用寻峰算法确定灰度直方图中两个峰值之间的峰谷，峰谷的灰度值即为分割背景与工件的最佳分割阈值。
4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法，其特征在于，在步骤s205中，通过改进的canny算法来检测各小图像的工件边缘；其中改进的canny算法改进非极大抑制过程，将沿梯度方向的局部抑制扩展为沿梯度方向的全局抑制，以最终获得单条不连续的边缘。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法，其特征在于，在步骤s3中，对于圆形工件，根据边缘坐标采用四点法求出其圆心坐标；对于矩形工件，根据边缘坐标求出角点坐标，对角连线的交点为矩形中心。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于机器视觉的抛光机床工件自寻位方法，其特征在于，步骤s1的具体过程为：
7.一种基于机器视觉的抛光机床工件自寻位系统，其特征在于，包括控制单元、工业相机(2)、夹具安装板(3)、镜头夹具(4)、点光源(5)和远心镜头(6)；所述夹具安装板(4)安装在a轴支撑梁(1)上，所述镜头夹具(4)安装在夹具安装板(3)上，所述镜头夹具(4)和远心镜头(6)通过过盈配合相连；所述控制单元与所述工业相机(2)和机床伺服运动机构相连，用于根据工业相机(2)拍摄的图片和机床伺服运动机构的坐标信息，执行如权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤以得到工件的机床坐标和工件中心的机床坐标。
8.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤。
10.一种基于机器视觉的抛光机床工件自寻位系统，包括相互连接的存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器运行时执行如权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤。
