Kamera i AI — automatyczne bazowanie materiału na stole CNC

Ustawianie materiału na stole to czynność, którą wykonuje się kilkanaście razy dziennie i za każdym razem tak samo. Idealny kandydat do automatyzacji — pod warunkiem, że wynik jest powtarzalny lepiej niż ręczny.

Problem

Płyta położona na stole nigdy nie leży idealnie równolegle do osi maszyny. Ręczne bazowanie polega na dotknięciu krawędzi sondą w kilku punktach i przeliczeniu przesunięcia. Jest dokładne, ale zajmuje czas, a przy odpadach o nieregularnym kształcie bywa uciążliwe.

Kalibracja jest warunkiem, nie opcją

Każdy obiektyw wprowadza dystorsję — proste linie na obrzeżach kadru robią się wygięte. Bez kalibracji błąd na krawędziach obrazu potrafi być wielokrotnie większy od tolerancji, jakiej oczekujemy od obróbki.

Kalibrację robi się raz, szachownicą o znanym wymiarze, w kilkunastu pozycjach. Efektem jest macierz kamery i współczynniki dystorsji, które prostują każdy kolejny kadr.

Markery zamiast zgadywania

Markery ArUco naklejone w narożnikach stołu dają cztery punkty o znanych współrzędnych maszynowych. Z nich wyznacza się nie tylko skalę i obrót, ale też płaszczyznę stołu — a wykrycie, że stół nie jest równoległy do osi ruchu, bywa cenniejsze niż samo bazowanie.

Wykrywanie markerów jest odporne na częściowe zasłonięcie i zmienne oświetlenie, co w warsztacie ma znaczenie: wiór na markerze nie może przerywać procesu.

Stół CNC z płytą i markerami ArUco w narożnikach

Krawędzie materiału i transformacja

Mając odniesienie do stołu, wykrywamy obrys materiału. Dla płyt prostokątnych wystarczy detekcja linii i wyznaczenie ich przecięć. Dla odpadów o nieregularnym kształcie liczymy kontur i dopasowujemy do niego prostokąt o minimalnej powierzchni — to on wyznacza układ.

Wynikiem są trzy liczby: przesunięcie w dwóch osiach i kąt obrotu. Trafiają do przesunięcia roboczego kontrolera, a program CNC pozostaje niezmieniony.

Kontrola granic

Krok, bez którego całość byłaby niebezpieczna. Po transformacji sprawdzamy, czy cały obrys obróbki mieści się w materiale i w zakresie ruchu maszyny. Jeśli po obrocie ścieżka wychodzi poza płytę, program się nie uruchamia.

Obraz z kamery z naniesionymi punktami odniesienia i wykrytym konturem materiału

Wynik

Ustawienie płyty skróciło się z około sześciu minut do kilkudziesięciu sekund, a powtarzalność jest lepsza od ręcznej, bo nie zależy od tego, kto bazuje. Największą praktyczną korzyścią okazało się jednak wykorzystanie odpadów — wcześniej ustawianie nieregularnego kawałka było na tyle upierdliwe, że częściej sięgało się po nową płytę.