CN103171927A - 一种采用实时机器视觉技术的地毯自动切割装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置和方法。它采用机器视觉技术和现代电机及控制技术，从而在地毯生产过程中减少人工需求以及降低工人劳动强度。它包括一个切割平台，切割平台与地毯进料装置连接，所述切割平台与地毯进料装置连接处上方设有至少一台用于实时获取进入切割区域内PVC地毯图像的成像装置，所述成像装置将获取的图像送入处理器模块；所述处理器模块识别出图像中地毯本体的边沿进而确定切割边界，并通过运动控制模块控制安装在切割平台上的切割系统按照确定的切割边界完成PVC地毯切割。

Description

一种采用实时机器视觉技术的地毯自动切割装置和方法

技术领域

本发明涉及一种PVC地毯的切割装置，尤其涉及一种采用实时机器视觉技术的地毯自动切割装置和方法。

背景技术

地毯是一种使用非常普遍的物品，已经广泛应用在家庭、服务场所、工厂、办公室等很多场所。其中PVC地毯是使用最广泛的一种地毯。所谓的PVC地毯就是把地毯本体通过热熔的方式粘贴在PVC基材薄片上，这种PVC地毯的优点是结构稳定、使用方便。

传统的PVC地毯的生产加工方式分为三步。第一步，把地毯本体切割成预先设定的尺寸；第二步，把地毯本体放到大片的热熔的PVC基材薄片上；第三步，根据地毯本体的尺寸，把大片的PVC地毯切割成小片的PVC地毯。目前第三步都是靠人工来完成。这种生产加工方式中的第三步是需要人工最多的，也是工人劳动强度最大的。因此，需要有一种自动化的装置来尽量减少人工需求以及降低工人劳动强度。

中国专利201020216105.8给出了一种多功能切割装置,兼做手柄的夹板夹持固定有圆片割刀、滚刀支撑座及其圆片滚刀和刀片,夹板两表面沿滚刀支撑座一侧边沿设有对称的滑道及其滑架,滑架设有吸盘和固定螺栓,滑架及其吸盘与相应滚刀支撑座及其圆片滚刀构成圆切机构,夹板一侧夹持有由并列的对称磨削轮构成的刀片磨削器和一磨削轮与磨削条构成的剪刀磨削器。

中国专利201220339715.6给出了一种地毯切边装置，包括底座、切割刀、刀轴和切割传动机构及动力机构，还包括固定设置在底座一侧、切割刀下方的水平钢板，所述水平钢板上与切割刀对应处设有刀槽，切割刀的最下边缘陷入到刀槽内，所述刀槽的宽度a稍大于切割刀的厚度b，所述动力机构为传动电机，所述传动机构为链传动或皮带传动，所述底座下部设置水平钢板一侧竖直设有与水平钢板前后宽度匹配的导向滑槽，水平钢板通过底部的升降调节机构可以沿导向滑槽上下滑动。

上述两专利虽然能够实现PVC地毯的非人工切割，但它们并未解决如何准确实时的识别地毯边沿的问题，即在进料时就将地毯的边沿识别出来，并确定好切刀的运动路线，因此在切割过程中容易出现地毯边沿切割的误差过大，无法保证切割的精度，同时同坐效率也非常低。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置和方法，从而在地毯生产过程中减少人工需求以及降低工人劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，它包括一个切割平台，切割平台与地毯进料装置连接，所述切割平台与地毯进料装置连接处上方设有至少一台用于实时获取进入切割区域内PVC地毯图像的成像装置，所述成像装置将获取的图像送入处理器模块；所述处理器模块识别出图像中地毯本体的边沿进而确定切割边界，并通过运动控制模块控制安装在切割平台上的切割系统按照确定的切割边界完成PVC地毯切割。

所述处理器模块包括处理器、存储器、接口电路及相应外围电路，处理器模块确定地毯本体的边沿后根据需要，把地毯本体边沿的尺寸加上需要增加的预留尺寸信息作为切割边界发送给运动控制模块；运动控制模块通过切割系统按照计算出的切割边界进行切割。

所述成像装置为彩色或黑白的线阵相机。

所述线阵相机为多台，每台相机对切割平台宽度方向的一部分进行拍照，多台线阵相机拍摄的照片拼合为完整图像，多台线阵相机的视场允许有一部分重叠。

所述切割平台是一个皮带系统，包含一个电机、一个主动轮、一个被动轮和一个支撑台；支撑台在上部皮带的下方；PVC地毯在上部皮带的上方；所述切割系统安装在支撑台上。

所述切割系统包括：切刀、切刀转动系统以及三维运动系统，三维运动系统带动切刀及切刀转动系统在X、Y、Z三个方向上移动，切刀转动系统则使切刀在平面360度范围内朝向任意方向。

所述三维运动系统包括设置在切割平台的支撑台两侧的一对轨道，以及一个在轨道上进行Y向移动的横梁，切刀转动系统活动安装在该横梁上并进行X向运动，切刀转动系统4通过导轨或者直线电机与横梁连接，相对于切割平台和横梁切刀转动系统4可以进行Z向运动。

所述切刀还与地毯压紧器联动，地毯压紧器在切割时阻止地毯被切刀带动而滑动。

所述地毯压紧器是一个被动式滚轮装置，它和切刀联动，切刀向下运动切破PVC基材时，地毯压紧器压紧PVC地毯的PVC基材或者地毯本体。

所述皮带为耐划伤皮带或带有保护层皮带。

所述切刀为单向或者双向的片状刀具，或圆片旋转滚刀。

一种采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置的切割方法，它的步骤为：

步骤1，地毯进料装置将PVC地毯送入切割平台，待PVC地毯铺满切割平台时停止进料；

步骤2，利用线阵式的成像装置，实时获取进入切割平台切割区域的PVC地毯图像，处理器模块识别出PVC地毯中地毯本体的边沿，根据需要将预先设定好的边沿冗余量X累加到识别出的各地毯本体边沿坐标上，然后计算出切割边界坐标，该切割边界为直线；冗余量X是不小于零的数字；

步骤3，运动控制模块根据从处理器模块得到的切割边界坐标控制切割系统运动到相应的位置，下沉切刀并沿切割边界坐标方向直线切割地毯；

步骤4，切割好后，切刀抬起，等待下一次切割的命令；待切割平台上所有切割边界都已经切割完毕，切刀抬起，切割平台的皮带系统开始运动，把切好的PVC地毯带下切割平台，完成本轮切割；

步骤5，重复步骤1-4，进行PVC地毯的自动切割。

本发明的有益效果是：

1.本专利的方案可以实现自动进料、自动识别地毯、自动切割。代替部分人工操作。从而极大地降低了生产成本、降低工人劳动强度。

2.采用自动切割系统，可以大幅度提升生产能力，完成人工无法实现的生产率。

3.采用集成化的切割平台和运动控制系统，方案体积小而且成本低。

4.切割精度高。人工操作容易疲劳，所以会经常造成切割误差大，使地毯成为不合格产品。采用自动切割，机器视觉识别不受时间影响，识别精度可以一直保持很高。

5.使用线阵相机的情况下，在皮带带动PVC地毯运动到切割平台时，线阵相机就可以同时拍照；当PVC铺满整个待检测和切割区域时，拍照过程已经结束，线阵图像累积在一起就是整个待检测和切割区域的地毯的照片。处理器模块可以及时处理图像。因此，这种方式的好处是可以节省一部分拍照时间，系统的效率更高。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明三维运动系统结构图；

图3为切割平台结构示意图；

图4为切刀与地毯压紧器装配图；

图5为切割平台上的PVC基材上有一列或多列地毯排列图；

图6为切割平台上的PVC基材上有多个小片地毯排列图；

图7为切割平台上的PVC基材上有一列和小片排列地毯排列图；

图8为视觉识别时边沿与冗余量图；

图9为本发明的方法流程图；

图10为实施例1的结构示意图；

图10a为实施例1中一台相机的视场覆盖图示；

图11为实施例2的结构示意图

图11a为实施例2中两台相机的市场覆盖图示。

其中1、线阵相机，2、处理器模块，3、切刀，4、切刀转动系统，5、地毯压紧器，6、切割平台，7、三维运动系统，8、运动控制模块，9、压辊进料器，10.压辊器，11.PVC地毯，12.皮带，13.从动轮，14.支撑台，15.主动轮，16.PVC基材。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

图1、图10中，在本实施例中，它包括一个切割平台6，切割平台6与压辊进料器9的出料口配合，压辊进料器9包含一台电机、一个主动轮和一个被动轮。主动轮和被动轮之间有一定的空隙。在PVC地毯生产的热熔过程中，PVC基材以固定的宽度连续的从热熔机构中运动出来。此时切割好的地毯本体，可以是各种尺寸的矩形片状，已经被放置到PVC基材上组成PVC地毯11。进料时，将PVC地毯11放进空隙，主动轮压紧被动轮并转动，带动PVC地毯11前进，使得PVC地毯11运动到切割平台6上。当PVC地毯11铺满切割平台6的切割区域时，主动轮停止转动。

切割平台6与压辊进料器9连接的进料口处的上方设有一台线阵相机1，用来实时拍摄进入切割平台6的整片PVC地毯11的照片，它可以是黑白线阵相机，也可以是彩色线阵相机，线阵相机1获取的图像送入处理器模块2进行地毯本体边沿的识别。在本实施例中，使用一台线阵相机1，该线阵相机1视场将覆盖整个进料口的宽度。PVC地毯覆盖整个切割区域后切割平台6的皮带停止运动。此时该线阵相机1开始拍照，然后处理器模块2进行图像处理进行地毯本体边沿和切割边界识别。

处理器模块2包括处理器、存储器、接口电路等，用于处理线阵相机1拍摄的照片。通过寻找地毯本体的边沿，来确定各小片地毯本体的位置；如图8所示，根据需要，可以适当增加需要切割的PVC基材16的尺寸，把地毯本体边沿的尺寸加上需要增加的预留尺寸（即图中地毯边沿外部的轮廓线）得到切割边界，发送给运动控制模块8；运动控制模块8控制切刀3，按照计算出的切割边界控制三维运动系统7和切刀转动系统4的运动，该模块还可以和处理器模块2通讯，获得需要切割的起点和终点。

图2中，三维运动系统7安装在切割平台6上，三维运动系统7包括设置在切割平台6的支撑台14两侧的一对轨道，以及一个在轨道上进行Y向移动的横梁，切刀转动系统4活动安装在该横梁上并进行X向运动，切刀转动系统4通过导轨或者直线电机与横梁连接，相对于切割平台和横梁切刀转动系统4可以进行Z向运动。该系统有三个自由度，可以带动切刀3及切刀转动系统4在X、Y、Z三个方向上移动。在切割时，三维运动系统7先将切刀3移动到切割的起点，然后沿Z方向向下，切穿PVC基材；之后，带动切刀3在X、Y方向沿直线移动切割PVC地毯11，一直到切割的终点。该系统可以采用直线电机或者皮带传动系统。

图3中，切割平台6是一个皮带系统，包含一个电机、一个主动轮15、一个从动轮13和一个支撑台14。支撑台14在上部皮带12的下方。PVC地毯11则在上部皮带12的上方。当切割时，切刀3向下穿过PVC基材并压到皮带12上，然后平向移动切割。由于切刀3和皮带12有一定的接触，为了增加皮带12的寿命，这里采用耐划伤的皮带12；或者在普通皮带12外层套或者粘一层耐划材料，如橡胶等。实际使用中，耐划皮带12或者普通皮带12外面的一层是易耗品，需要定期或者不定期更换。采用皮带式的切割平台的优点是切割平台6体积小、结构简单、成本低。

图4中，地毯压紧器5是一个被动式滚轮装置，它和切刀3联动。当切刀3向下运动切破PVC基材时，地毯压紧器5可以压紧PVC地毯11的基材或者地毯本体。当切刀3进行PVC地毯11切割时，地毯压紧器5可以跟随并且滚动运动，防止PVC地毯11在皮带12上因切刀3的带动而滑动。切刀3可以是单向或者双向的片状刀具，也可以是圆片旋转滚刀。切刀转动系统4可以带动切刀3在平面360度范围内朝向任意方向。

图5、图6、图7中，分别给出了在PVC基材上布置不同的地毯本体后的示意图，在切割时都可采用本发明的系统完成自动切割。

图9中，本发明的工作原理为：

本发明的工作流程主要分为三个阶段。分别是进料、识别和切割：

进料阶段：第一次操作时，把PVC地毯11放进压辊进料器9里，然后带动PVC地毯11使之向前运动。当PVC地毯11铺满切割平台6时，压辊进料器9停止转动，PVC地毯11静止在切割平台6上。

识别阶段：利用固定在切割平台6与压辊进料器9连接的进料口处的上方的线阵相机1实时拍照，获取进入切割平台6的PVC地毯11图像；处理器模块2对照片进行图像处理并识别出其中地毯本体的边沿的坐标。

图像处理部分主要分为三步，即图像平滑、二值化和边缘确定。

处理算法最好首先进行图象平滑即滤波，以降低图像中噪点对后续处理的影响。，尤其是在签署的内容中，刻意强化了对比度的条件下。那么之后的二值化相对就比较容易。滤波一般采用NxN的窗口数据利用高斯滤波、中值滤波、中间值滤波，也可以采用孤立点消除的方法。

二值化是把图像像素点分为黑和白两种颜色。其方法主要是通过阈值来判断。实际应用中可以采用全局阈值或者局部阈值。

二值化之后的图像可以进行边缘检测。边缘检测可以采用一阶微分、Kirsch算子边缘检测等方法。然后通过边缘点拟合或者模板匹配的方式确定地毯边缘。

以上方法属于常规的图像处理方法，这里不再做详细的描述。

把预先设定好的边沿冗余量X累加到识别出的边沿坐标上，然后计算出的切割边界坐标，该切割边界为直线。冗余量X是不小于零的数字。处理器模块2把切割边界坐标发送给运动控制模块8。

切割阶段：运动控制模块8根据从处理器模块2得到切割边界坐标控制切刀3运动到相应的位置，下沉切刀3并沿坐标方向直线切割PVC地毯11。此时，地毯压紧器5把PVC地毯11压紧，使PVC地毯11不会滑动。切割好后，切刀3抬起，等待下一次切割的命令。如果切割平台6上所有切割边界都已经切割完毕，切刀3抬起，切割平台6的皮带系统开始运动，把切好的PVC地毯11带下切割平台6。同时，未切割PVC大片地毯将被带到切割平台6上并铺满，相机1准备下一次拍照处理。

如此循环操作即可。

实施例2：

如图11、图11a所示，在本实施例中，如果切割平台6的宽度太大而无法用一台线阵相机1覆盖整个宽度方向时，可以采用多台线阵相机1来协调工作，每台线阵相机1覆盖切割平台6宽度方向的一部分，多台线阵相机1图像综合起来就可以覆盖整个宽度方向了。

本实施例采用两台线阵相机1，每台线阵相机1处理切割平台6宽度方向的一部分进行拍照。两台线阵相机1的视场可以有一部分重叠。

Claims (10)

1.一种采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，它包括一个切割平台，切割平台与地毯进料装置连接，其特征是，所述切割平台与地毯进料装置连接处上方设有至少一台用于实时获取进入切割区域内PVC地毯图像的成像装置，所述成像装置将获取的图像送入处理器模块；所述处理器模块识别出图像中地毯本体的边沿进而确定切割边界，并通过运动控制模块控制安装在切割平台上的切割系统按照确定的切割边界完成PVC地毯切割。

2.如权利要求1所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述处理器模块包括处理器、存储器、接口电路及相应外围电路，处理器模块确定地毯本体的边沿后根据需要，把地毯本体边沿的尺寸加上需要增加的预留尺寸信息作为切割边界发送给运动控制模块；运动控制模块通过切割系统按照计算出的切割边界进行切割。

3.如权利要求1所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述成像装置为彩色或黑白的线阵相机。

4.如权利要求3所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述线阵相机为多台，每台相机对切割平台宽度方向的一部分进行拍照，多台线阵相机拍摄的照片拼合为完整图像，多台线阵相机的视场允许有一部分重叠。

5.如权利要求1所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述切割平台是一个皮带系统，包含一个电机、一个主动轮、一个被动轮和一个支撑台；支撑台在上部皮带的下方；PVC地毯在上部皮带的上方；所述切割系统安装在支撑台上。

6.如权利要求1或2或5所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述切割系统包括：切刀、切刀转动系统以及三维运动系统，三维运动系统带动切刀及切刀转动系统在X、Y、Z三个方向上移动，切刀转动系统则使切刀在平面360度范围内朝向任意方向。

7.如权利要求6所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述三维运动系统包括设置在切割平台的支撑台两侧的一对轨道，以及一个在轨道上进行Y向移动的横梁，切刀转动系统活动安装在该横梁上并进行X向运动切刀转动系统4通过导轨或者直线电机与横梁连接，相对于切割平台和横梁切刀转动系统4可以进行Z向运动。

8.如权利要求6所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述切刀还与地毯压紧器联动，地毯压紧器在切割时阻止地毯被切刀带动而滑动。

9.如权利要求8所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置，其特征是，所述地毯压紧器是一个被动式滚轮装置，它和切刀联动，切刀向下运动切破PVC基材时，地毯压紧器压紧PVC地毯的PVC基材或者地毯本体。

10.一种权利要求1所述的采用机器实时视觉技术的地毯自动切割装置的切割方法，其特征是，它的步骤为：

步骤1，地毯进料装置将PVC地毯送入切割平台，待PVC地毯铺满切割平台时停止进料；

步骤2，利用线阵式的成像装置，实时获取进入切割平台切割区域的PVC地毯图像，处理器模块识别出PVC地毯中地毯本体的边沿，根据需要将预先设定好的边沿冗余量X累加到识别出的各地毯本体边沿坐标上，然后计算出切割边界坐标，该切割边界为直线；冗余量X是不小于零的数字；

步骤3，运动控制模块根据从处理器模块得到的切割边界坐标控制切割系统运动到相应的位置，下沉切刀并沿切割边界坐标方向直线切割地毯；

步骤4，切割好后，切刀抬起，等待下一次切割的命令；待切割平台上所有切割边界都已经切割完毕，切刀抬起，切割平台的皮带系统开始运动，把切好的PVC地毯带下切割平台，完成本轮切割；

步骤5，重复步骤1-4，进行PVC地毯的自动切割。

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