CN107876269A - 鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统及其工作方法，该系统包括高度调整机构、传送带和工控机，传送带设于高度调整机构上，传送带上沿传送方向依次设有编码器、鞋模图像采集组件和光电传感器，传送带的驱动电机连接有变频器，鞋模图像采集组件包括固定架、第一相机、第二相机、第三相机和两个光照器，固定架架设于传送带上，一光照器、第一相机和另一光照器沿传送方向依次设于固定架的顶面上，两个光照器的照射方向和第一相机的镜头均朝下，第二相机和第三相机对称设于与传送方向平行的固定架侧面上，第二相机的镜头和第三相机的镜头相向设置。与现有技术相比，本发明具有价格相对低廉、示教简单、柔性高的优点。

Description

鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及制鞋生产设备领域，尤其是涉及一种鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统及其工作方法。

背景技术

目前为止，我国已是世界制鞋工业大国，产量占到世界总量的60%以上。而鞋底粘胶工艺是制鞋过程中用工量最多，耗时最多的关键工艺之一。该工艺决定了鞋帮同鞋底的粘合牢度，反映了鞋子质量的优劣。实现鞋底自动喷胶是实现制鞋自动化的关键技术之一。传统的喷胶工艺均采用手工操作或是手工半自动操作，生产效率低，而且粘胶剂挥发出来的有毒性气体严重威胁操作工人的身体健康。

近几年随着国家“中国制造2025”的推进，工业机器人开始在制鞋企业大量应用。鞋底的自动喷胶是工业机器人在制鞋流程的主要应用点之一。喷胶轨迹的提取是实现工业机器人自动喷胶的核心步骤。喷胶轨迹提取最常见的方式是通过手工示教来完成， 该方式存在柔性不够和精确度不够的问题。如果制鞋的尺寸改变，就需要再次通过示教进行调整。同时如果流水线上的鞋模和示教鞋模存在误差，就会导致喷涂的质量下降。正式在这种背景下，基于视觉的轨迹提取系统有了较多的应用。目前主要视觉方案主要由两种：一种是基于双目视觉的鞋模轨迹提取系统，比如申请号CN201010587709的发明，采用双目视觉进行单层皮革涂胶控制。该方法主要通过双目视觉实现喷涂轨迹的提取，但区配算法比较复杂，其精度受相机性能、光照影响较大。区配算法的复杂度高也间接影响了提取的效率；另外一种是采用结构光扫描仪进行喷胶轨迹提取，比如浙江理工大学的武传宇教授2010年指导学生完成的硕士论文“基于结构光的鞋底信息提取与机器人喷胶轨迹生成方法的研究”采用的就是结构光完成喷胶轨迹的提取，ABB公司的自动喷胶系统采用的是高速激光轮廓传感器。该方案虽然精度高、开发应用简单，但是价格十分昂贵，限制了系统的大规模应用。

综上，现有技术存在以下缺陷：

1、已有的纯手工鞋模涂胶方法工作效率低、精度低、危害工人健康的不足的缺点；

2、人工示教鞋模喷胶轨迹柔性不够，精度不高的缺点；

3、双目视觉区配算法复杂度高、对相机要求高的缺点；

4、结构光传感器价格昂贵，不利于大规模推广应用的缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统及其工作方法，具有价格相对低廉、示教简单、柔性高的优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，与六轴涂胶机器人配合使用，包括高度调整机构、传送带和工控机，所述传送带设于高度调整机构上，传送带上沿传送方向依次设有编码器、鞋模图像采集组件和光电传感器，传送带的驱动电机连接有变频器，所述鞋模图像采集组件包括固定架、第一相机、第二相机、第三相机和两个光照器，所述固定架架设于传送带上，一光照器、第一相机和另一光照器沿传送方向依次设于固定架的顶面上，所述两个光照器的照射方向和第一相机的镜头均朝下，所述第二相机和第三相机对称设于与传送方向平行的固定架侧面上，第二相机的镜头和第三相机的镜头相向设置，所述六轴涂胶机器人设于传送带的一侧并在传送方向上位于光电传感器之后，所述工控机分别与六轴涂胶机器人、变频器、编码器、第一相机、第二相机、第三相机和光电传感器连接。

所述工控机连接有无线路由器。

所述高度调整机构包括多个沿传送方向依次设置在传送带底面的高度调整组件，每个高度调整组件包括调节丝杠、调节转轮和两个竖直设置的竖梁座，两个竖梁座之间设有一平行设置的第一横梁，每个竖梁座内竖直设有一空腔，每个空腔内设有一竖梁，所述竖梁的顶端连接传送带，两个竖梁之间设有一平行设置的第二横梁，所述调节丝杠竖直设置，调节丝杠的顶端通过轴承与第二横梁连接，调节丝杠的底端通过螺母与第一横梁连接，所述调节转轮套设在调节丝杠上。

所述鞋模图像采集组件还包括第一相机位置调节滑轨和第一相机位置调节滑块，所述第一相机位置调节滑轨沿传送方向设置在固定架的顶面，所述第一相机位置调节滑块和第一相机位置调节滑轨滑动连接，所述第一相机设于第一相机位置调节滑块上。

所述鞋模图像采集组件还包括第二相机位置调节滑轨、第三相机位置调节滑轨、第二相机位置调节滑块和第三相机位置调节滑块，所述第二相机位置调节滑轨和第三相机位置调节滑轨分别沿传送方向设置在与传送方向平行的固定架侧面上，所述第二相机位置调节滑块和第二相机位置调节滑轨滑动连接，所述第二相机设于第二相机位置调节滑块上，所述第三相机位置调节滑块和第三相机位置调节滑轨滑动连接，所述第三相机设于第三相机位置调节滑块上。

所述鞋模图像采集组件还包括第二相机角度调节杆和第三相机角度调节杆，所述第二相机角度调节杆的一端通过第二相机角度转轴与第二相机位置调节滑块连接，第二相机角度调节杆的另一端与第二相机连接，所述第三相机角度调节杆的一端通过第三相机角度转轴与第三相机位置调节滑块连接，第三相机角度调节杆的另一端与第三相机连接，所述第二相机角度转轴和第三相机角度转轴均沿传送方向设置。

所述鞋模图像采集组件还包括两个光照器角度调节杆，每个光照器角度调节杆的一端通过光照器角度转轴与固定架的顶面连接，每个光照器角度调节杆的另一端与一光照器连接，所述光照器角度转轴水平设置并与传送方向相垂直。

一种上述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统的工作方法，包括以下步骤：

1）传送带按工作节拍依次传送鞋模，编码器实时采集传送带的位置数据；

2）当鞋模移动至固定架的正下方时，第一相机、第二相机和第三相机分别采集鞋模的俯视图像和两个侧视图像，并将采集到的鞋模的俯视图像和两个侧视图像传输给工控机；

3）工控机根据鞋模的俯视图像提取鞋底平面边缘轮廓，并根据鞋模的两个侧视图像提取对应两个鞋底侧面中线轮廓；

工控机根据鞋底平面边缘轮廓和鞋底侧面中线轮廓，进行区配和运动规划后得到六轴涂胶机器人的运动轨迹；

工控机将运动轨迹和图像采集时的编码器采集的位置数据传输给六轴涂胶机器人；

4）鞋模继续移动，当经过光电传感器后，光电传感器触发六轴涂胶机器人进行动作，六轴涂胶机器人根据运动轨迹、图像采集时的编码器采集的位置数据以及当前时刻编码器采集的位置数据进行鞋模的跟踪和喷胶。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、同使用示教器进行鞋模轨迹提取的方案相比，该方案降低了示教的难度，降低了应用推广的门槛，提高了系统的柔性。

2、同使用双目视觉进行鞋模轨迹提取的方案对比，该方案降低了算法的难度，降低了对工业相机性能的要求，有效降低成本且具有更好的适用性。

3、同使用结构光传感器方案进行鞋模轨迹提取的方案对比，该方案具有价格低廉、精度更高的优点。

4、本发明设计了高度调整机构，保证传送带结构稳定的同时，采用丝杠螺母结构，方便使用中对传输带高度进行调整。

5、本发明针对三个相机，设置了滑轨滑块调节结构，方便使用中对三个相机的拍摄位置进行调整，同时针对第二相机和第三相机还设置了角度调节杆，采用转轴链接可以通过旋转调整拍摄角度。

6、本发明针对两个光照器，设置了光照器角度调节杆，采用转轴链接可以通过旋转调整光源角度，该结构的采用方便用户在使用的时候对光照器的位置进行调整。

附图说明

图1为本发明系统的整体结构示意图；

图2为本发明系统的正视结构示意图；

图3为本发明系统中第一相机的安装示意图。

图中，1、传送带，1-1、驱动电机，2、六轴涂胶机器人，3、工控机，4、编码器，5、光电传感器，6、变频器，7、固定架，8、第一相机，9、第二相机，10、第三相机，11、光照器，12、无线路由器，13、调节丝杠，14、调节转轮，15、竖梁座，16、第一横梁，17、竖梁，18、第二横梁，19、第一相机位置调节滑轨，20、第一相机位置调节滑块，21、第二相机位置调节滑轨，22、第三相机位置调节滑轨，23、第二相机位置调节滑块，24、第三相机位置调节滑块，25、第二相机角度调节杆，26、第三相机角度调节杆，27、第二相机角度转轴，28、第三相机角度转轴，29、光照器角度调节杆，30、光照器角度转轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一种鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，与六轴涂胶机器人2配合使用，包括高度调整机构、传送带1和工控机3，传送带1设于高度调整机构上，传送带1上沿传送方向依次设有编码器4、鞋模图像采集组件和光电传感器5，传送带1的驱动电机1-1连接有变频器6，鞋模图像采集组件包括固定架7、第一相机8、第二相机9、第三相机10和两个光照器11，固定架7架设于传送带1上，一光照器11、第一相机8和另一光照器11沿传送方向依次设于固定架7的顶面上，两个光照器11的照射方向和第一相机8的镜头均朝下，第二相机9和第三相机10对称设于与传送方向平行的固定架7侧面上，第二相机9的镜头和第三相机10的镜头相向设置，六轴涂胶机器人2设于传送带1的一侧并在传送方向上位于光电传感器5之后，工控机3分别与六轴涂胶机器人2、变频器6、编码器4、第一相机8、第二相机9、第三相机10和光电传感器5连接，工控机3连接有一无线路由器12。其中，传送带1、编码器4、光电传感器5构成传输部分，其主要负责鞋模的传输和移动位置的输出；三个相机、提供光源的光照器11和固定架7结构组成图像采集部分，是本系统的核心，其主要负责鞋模图像的提取和传输，三个相机分别位于鞋模的顶部和左右两侧；小型工控机3和无线路由器12组成轨迹提取部分，其主要将图像采集部分的图像进行读取，并根据读取的图像提取鞋模的轨迹，最后将轨迹数据发送给六轴涂胶机器人2。

为了方便使用中对传送带1高度进行调整，传送带1还具备高度调整机构。高度调整机构包括多个沿传送方向依次设置在传送带1底面的高度调整组件，每个高度调整组件包括调节丝杠13、调节转轮14和两个竖直设置的竖梁座15，两个竖梁座15之间设有一平行设置的第一横梁16，每个竖梁座15内竖直设有一空腔，每个空腔内设有一竖梁17，竖梁17的顶端连接传送带1，两个竖梁17之间设有一平行设置的第二横梁18，调节丝杠13竖直设置，调节丝杠13的顶端通过轴承与第二横梁18连接，调节丝杠13的底端通过螺母与第一横梁16连接，调节转轮14套设在调节丝杠13上。

鞋模图像采集组件还包括第一相机位置调节滑轨19和第一相机位置调节滑块20，第一相机位置调节滑轨19沿传送方向设置在固定架7的顶面，第一相机位置调节滑块20和第一相机位置调节滑轨19滑动连接，第一相机8设于第一相机位置调节滑块20上。利用横向滑轨的结构可以调节第一相机8的拍摄位置，从图3可以看出，工形结构使得第一相机位置调节滑块20可以沿着第一相机位置调节滑轨19滑动调整位置，到位后通过螺丝锁紧固定。

鞋模图像采集组件还包括第二相机位置调节滑轨21、第三相机位置调节滑轨22、第二相机位置调节滑块23和第三相机位置调节滑块24，第二相机位置调节滑轨21和第三相机位置调节滑轨22分别沿传送方向设置在与传送方向平行的固定架7侧面上，第二相机位置调节滑块23和第二相机位置调节滑轨21滑动连接，第二相机9设于第二相机位置调节滑块23上，第三相机位置调节滑块24和第三相机位置调节滑轨22滑动连接，第三相机10设于第三相机位置调节滑块24上。

鞋模图像采集组件还包括第二相机角度调节杆25和第三相机角度调节杆26，第二相机角度调节杆25的一端通过第二相机角度转轴27与第二相机位置调节滑块23连接，第二相机角度调节杆25的另一端与第二相机9连接，第三相机角度调节杆26的一端通过第三相机角度转轴28与第三相机位置调节滑块24连接，第三相机角度调节杆26的另一端与第三相机10连接，第二相机角度转轴27和第三相机角度转轴28均沿传送方向设置。利用横向滑轨的结构可以调节第二相机9和第三相机10的拍摄位置，同时，采用转轴链接可以通过旋转调整拍摄角度。该结构的采用方便用户在使用的时候对工业相机的位置进行调整。

三个相机和小型工控机3通过无线路由器12工作在同个局域网下面，4个设备通过网线连接到无线路由器12的4个本地网口。小型工控机3的另外1个网口连接到六轴涂胶机器人2的控制器，实现两者的数据通信。本实施例中主要核心设备具体型号为：三个相机均采用的是迈德威视的MV-GE200GC-T，无线路由器12采用的是TP-LINK的TL-WDR5620，工控机3采用的是研华嵌入式工控机3AIMC-2000。另外用于进行测试的六轴涂胶机器人2采用的是微柏公司型号为MP-RH602的机器人。

鞋模图像采集组件还包括两个光照器角度调节杆29，每个光照器角度调节杆29的一端通过光照器角度转轴30与固定架7的顶面连接，每个光照器角度调节杆29的另一端与一光照器11连接，光照器角度转轴30水平设置并与传送方向相垂直。采用转轴链接可以通过旋转调整光源角度，该结构的采用方便用户在使用的时候对光照器11的位置进行调整，如图2所示，两个光照器11的照射方向与第一相机8的拍摄方向相交于鞋模的中心处。

系统的核心是提取鞋模的三维轨迹。系统中采用的三个工业相机的具体作用为：顶部的第一相机8负责采集鞋模的平面图像；另外侧面的两个相机分别用于抓取左侧面和右侧面的鞋模图像。轨迹提取部分的工控机3通过无线路由器12采集三个工业相机抓取的图片。建立空间坐标系O-XYZ，首先通过顶部的第一相机8的图像提取出鞋模的X-Y轴轮廓点。然后通过左右侧面的图像分别提取鞋模Z轴两侧轮廓高度的中点。最后工控机3将提取的X-Y轴轮廓点和左右侧Z轴轮廓中点通过小距离的直线-圆弧混合规划，得到可供工业机器人运动且速度平滑的轨迹。

图像采集和轨迹提取流程为：

1.如果系统是初次使用则要进行系统的标定。

2.鞋模通过传送带1移动到工业相机的抓拍区域。

3.三部工业相机同时启动抓拍动作，并保存图像。

4.工控机3依次读取三张图像。

5.工控机3从顶部相机抓取的图像提取出鞋模的X-Y轴轮廓点。

6.工控机3从左侧相机抓取的图片提取鞋模Z轴左侧轮廓高度的中点。

7.工控机3从右侧相机抓取的图片提取鞋模Z轴右侧轮廓高度的中点。

8.工控机3根据X-Y轴轮廓点和左右侧Z轴轮廓中点，得到工业机器人的运动轨迹。

则上述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统的工作方法，包括以下步骤：

1）传送带1按工作节拍依次传送鞋模，编码器4实时采集传送带1的位置数据；

2）当鞋模移动至固定架7的正下方时，第一相机8、第二相机9和第三相机10分别采集鞋模的俯视图像和两个侧视图像，并将采集到的鞋模的俯视图像和两个侧视图像传输给工控机3；

3）工控机3根据鞋模的俯视图像提取鞋底平面边缘轮廓，并根据鞋模的两个侧视图像提取对应两个鞋底侧面中线轮廓；

工控机3根据鞋底平面边缘轮廓和鞋底侧面中线轮廓，进行区配和运动规划后得到六轴涂胶机器人2的运动轨迹；

工控机3将运动轨迹和图像采集时的编码器4采集的位置数据传输给六轴涂胶机器人2；

4）鞋模继续移动，当经过光电传感器5后，光电传感器5触发六轴涂胶机器人2进行动作，六轴涂胶机器人2根据运动轨迹、图像采集时的编码器4采集的位置数据以及当前时刻编码器4采集的位置数据进行鞋模的跟踪和喷胶。

Claims (8)

1.一种鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，与六轴涂胶机器人（2）配合使用，其特征在于，包括高度调整机构、传送带（1）和工控机（3），所述传送带（1）设于高度调整机构上，传送带（1）上沿传送方向依次设有编码器（4）、鞋模图像采集组件和光电传感器（5），传送带（1）的驱动电机（1-1）连接有变频器（6），所述鞋模图像采集组件包括固定架（7）、第一相机（8）、第二相机（9）、第三相机（10）和两个光照器（11），所述固定架（7）架设于传送带（1）上，一光照器（11）、第一相机（8）和另一光照器（11）沿传送方向依次设于固定架（7）的顶面上，所述两个光照器（11）的照射方向和第一相机（8）的镜头均朝下，所述第二相机（9）和第三相机（10）对称设于与传送方向平行的固定架（7）侧面上，第二相机（9）的镜头和第三相机（10）的镜头相向设置，所述六轴涂胶机器人（2）设于传送带（1）的一侧并在传送方向上位于光电传感器（5）之后，所述工控机（3）分别与六轴涂胶机器人（2）、变频器（6）、编码器（4）、第一相机（8）、第二相机（9）、第三相机（10）和光电传感器（5）连接。

2.根据权利要求1所述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，其特征在于，所述工控机（3）连接有无线路由器（12）。

3.根据权利要求1所述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，其特征在于，所述高度调整机构包括多个沿传送方向依次设置在传送带（1）底面的高度调整组件，每个高度调整组件包括调节丝杠（13）、调节转轮（14）和两个竖直设置的竖梁座（15），两个竖梁座（15）之间设有一平行设置的第一横梁（16），每个竖梁座（15）内竖直设有一空腔，每个空腔内设有一竖梁（17），所述竖梁（17）的顶端连接传送带（1），两个竖梁（17）之间设有一平行设置的第二横梁（18），所述调节丝杠（13）竖直设置，调节丝杠（13）的顶端通过轴承与第二横梁（18）连接，调节丝杠（13）的底端通过螺母与第一横梁（16）连接，所述调节转轮（14）套设在调节丝杠（13）上。

4.根据权利要求1所述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，其特征在于，所述鞋模图像采集组件还包括第一相机位置调节滑轨（19）和第一相机位置调节滑块（20），所述第一相机位置调节滑轨（19）沿传送方向设置在固定架（7）的顶面，所述第一相机位置调节滑块（20）和第一相机位置调节滑轨（19）滑动连接，所述第一相机（8）设于第一相机位置调节滑块（20）上。

5.根据权利要求1所述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，其特征在于，所述鞋模图像采集组件还包括第二相机位置调节滑轨（21）、第三相机位置调节滑轨（22）、第二相机位置调节滑块（23）和第三相机位置调节滑块（24），所述第二相机位置调节滑轨（21）和第三相机位置调节滑轨（22）分别沿传送方向设置在与传送方向平行的固定架（7）侧面上，所述第二相机位置调节滑块（23）和第二相机位置调节滑轨（21）滑动连接，所述第二相机（9）设于第二相机位置调节滑块（23）上，所述第三相机位置调节滑块（24）和第三相机位置调节滑轨（22）滑动连接，所述第三相机（10）设于第三相机位置调节滑块（24）上。

6.根据权利要求5所述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，其特征在于，所述鞋模图像采集组件还包括第二相机角度调节杆（25）和第三相机角度调节杆（26），所述第二相机角度调节杆（25）的一端通过第二相机角度转轴（27）与第二相机位置调节滑块（23）连接，第二相机角度调节杆（25）的另一端与第二相机（9）连接，所述第三相机角度调节杆（26）的一端通过第三相机角度转轴（28）与第三相机位置调节滑块（24）连接，第三相机角度调节杆（26）的另一端与第三相机（10）连接，所述第二相机角度转轴（27）和第三相机角度转轴（28）均沿传送方向设置。

7.根据权利要求1所述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统，其特征在于，所述鞋模图像采集组件还包括两个光照器角度调节杆（29），每个光照器角度调节杆（29）的一端通过光照器角度转轴（30）与固定架（7）的顶面连接，每个光照器角度调节杆（29）的另一端与一光照器（11）连接，所述光照器角度转轴（30）水平设置并与传送方向相垂直。

8.一种如权利要求1所述的鞋模自动喷胶的三目视觉喷涂轨迹提取系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）传送带（1）按工作节拍依次传送鞋模，编码器（4）实时采集传送带（1）的位置数据；

2）当鞋模移动至固定架（7）的正下方时，第一相机（8）、第二相机（9）和第三相机（10）分别采集鞋模的俯视图像和两个侧视图像，并将采集到的鞋模的俯视图像和两个侧视图像传输给工控机（3）；

3）工控机（3）根据鞋模的俯视图像提取鞋底平面边缘轮廓，并根据鞋模的两个侧视图像提取对应两个鞋底侧面中线轮廓；

工控机（3）根据鞋底平面边缘轮廓和鞋底侧面中线轮廓，进行区配和运动规划后得到六轴涂胶机器人（2）的运动轨迹；

工控机（3）将运动轨迹和图像采集时的编码器（4）采集的位置数据传输给六轴涂胶机器人（2）；

4）鞋模继续移动，当经过光电传感器（5）后，光电传感器（5）触发六轴涂胶机器人（2）进行动作，六轴涂胶机器人（2）根据运动轨迹、图像采集时的编码器（4）采集的位置数据以及当前时刻编码器（4）采集的位置数据进行鞋模的跟踪和喷胶。