CN111070283A - 一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统及方法，包括机座和设于机座上方的机架，涉及纸板裁切技术领域。所述系统包括工业计算机、纸板输送装置、设于纸板输送装置上的包括刀具的裁切装置、设于刀具进料端的图像采集装置以及裁切控制装置；所述图像采集装置包括拍摄模块和图像采集模块，所述工业计算机包括图像处理模块和精密定时裁切模块，所述裁切控制装置，用于根据所述裁切信号控制裁切装置上刀具对纸板上的裁切标志进行裁切动作。本发明通过通过利用机器视觉技术采集纸板的裁切标志，利用微秒级计算机定时检测技术，定位动态纸板裁切标志，用以解决现有技术无法高效精密裁切纸板的技术问题。

Description

一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统及方法
技术领域
本发明涉及纸板裁切技术领域，具体涉及一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统及方法。
背景技术
纸板是一种应用最广泛的包装制品，通常用作商品的包裹物或物品保护外层使用物，更是现代物流不可缺少的一部分。纸板的加工通常要经过纸板的切分、压痕和印刷等步骤，其中，切分步骤主要是通过纸板裁切机完成，传统的纸板裁切机在纸板裁切过程中，首先需要在纸板上标出需要裁切的位置，再采用裁切机进行裁切。若要对纸板进行定长裁切需测量好纸板的长度再进行裁切，存在操作不便的问题。
现有技术中，当裁切刀具对纸板进行裁切时，存在不能对纸板进行动态精准裁切的情况，这样使得在裁切纸板时，大大降低了纸板的裁切效率；此外，该领域还存在依靠人力对纸板进行裁切的情况，人们急需要寻找一种能够提高动态裁切效率且保证裁切精度的系统及方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统及方法，通过利用机器视觉技术采集纸板的裁切标志，利用微秒级计算机定时检测技术，定位动态纸板裁切标志，用以解决现有技术无法高效精密裁切纸板的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
作为本发明的第一方面，提供一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板控制系统包括：工业计算机、纸板输送装置、设于纸板输送装置上的裁切装置、设于刀具进料端的图像采集装置以及裁切控制装置；所述图像采集装置与工业计算机的图像处理模块连接，所述图像处理模块与裁切控制装置连接，所述裁切控制装置用于控制裁切装置上刀具的裁切动作；
所述纸板输送装置用于带动纸板向刀具进料端移动；
所述图像采集装置，用于在初始裁切之后，每隔一定时间获取一次纸板上标志块的图像信息，其中，第a次图像采集和第a+1次图像采集之间的间隔时间为Ta+1，并将拍摄模块获取的纸板上裁切标志的图像信息传输到图像处理模块；
所述图像处理模块，用于根据图像采集模块采集到的标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位；
所述裁切控制装置，用于根据图像处理模块计算得到的裁切标志的位置向裁切装置输出裁切信号。
进一步的，所述图像处理模块，具体用于：
根据对采集切割标志逐行扫描，求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2，令初值为求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2；
令阈值为T0＝(Z1+Z2)/2，根据阈值T0将图像分割为目标和背景两部分，求出新的阈值T1＝(T0+Z2)/2，若Tk＝Tk+1，则Tk+1为所求阈值，否则转到上一步，迭代求解；
得出所求阈值后，筛选灰度大于阈值的像素点，所有灰度大于阈值的像素点即为标志块感兴趣区域，利用边缘检测算法，对标志块的轮廓进行识别，得到标志块边界；
对标志块的正确性进行判断，计算标志块同样大小的模板w×h内像素总和为N，对标志块边界内的区域求像素和M，若M＝N，则判断标志块正确，保留标注块，若M≠N，则判断标志块错误，去掉标志块；
找到标志块的位置(x0,y0)，对该标志块的位置区域标识，所有所述标志块的形状大小均相同且尺寸已知，根据标志块的形状尺寸，计算出标志块的中心点位置(x,y)，所述标志块的中心点位置(x,y)即为裁切标志。
进一步的，：Ta+1＝l/v+t1-2+t2-3+……ta-(a+1)，其中，l为纸板上相邻两个标志块之间距离的最小值，v为纸板的传输速度，其中，ta-(a+1)为裁切补偿时间，ta-(a+1)＝(na-na+1)/f，所述，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，na为在执行第a次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，na+1为在执行第a+1次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
进一步的，所述裁切控制装置包括CPLD控制模块、继电器、开关电源，所述精密定时裁切模块连接CPLD控制模块，所述CPLD控制模块连接继电器，所述继电器连接开关电源，所述开关电源连接裁切装置上的刀具；
所述CPLD控制模块包括Fenpin模块和Rxd子模块：
所述Fenpin模块，用于对时钟CLK进行分频处理；
所述Rxd子模块，用于实现八位数据的串并转换功能。
作为本发明的第二方面，提供一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板方法，所述方法包括如下步骤：
S1、在初始裁切之后，每隔一定时间获取一次纸板上标志块的图像信息，其中，第a次图像采集和第a+1次图像采集之间的间隔时间为Ta+1；
S2、根据标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位；
S3、根据裁切标志的位置向裁切装置输出裁切信号。
进一步的，所述步骤S2中根据标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位的具体步骤为：
S2011、根据对采集切割标志逐行扫描，求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2，令初值为求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2；
S2012、令阈值为T0＝(Z1+Z2)/2，根据阈值T0将图像分割为目标和背景两部分，求出新的阈值T1＝(T0+Z2)/2，若Tk＝Tk+1，则Tk+1为所求阈值，否则转到上一步，迭代求解；
S2013、得出所求阈值后，筛选灰度大于阈值的像素点，所有灰度大于阈值的像素点即为标志块感兴趣区域，利用边缘检测算法，对标志块的轮廓进行识别，得到标志块边界；
S2014、对标志块的正确性进行判断，计算标志块同样大小的模板w×h内像素总和为N，对标志块边界内的区域求像素和M，若M＝N，则判断标志块正确，保留标注块，若M≠N，则判断标志块错误，去掉标志块；
S2015、找到标志块的位置(x0,y0)，对该标志块的位置区域标识，所有所述标志块的形状大小均相同且尺寸已知，根据标志块的形状尺寸，计算出标志块的中心点位置(x,y)，所述标志块的中心点位置(x,y)即为裁切标志。
进一步的，初始裁切时，根据SetTimer()函数对拍摄模块进行初始定时，以寻找纸板的裁切标志；间隔时间t的计算方法为：t＝(n1-n2)/f，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，n1为在执行上次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，n2为在执行本次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
进一步的，所述步骤S3中裁切控制装置根据所述裁切信号控制裁切装置上刀具对纸板进行裁切动作的具体步骤为：将裁切信号发送给CPLD控制模块，CPLD控制模块控制继电器导通开关电源，导通的开关电源驱动裁切装置上的刀具裁切纸板,CPLD控制模块控制继电器导通开关电源的具体步骤为：运用Fenpin模块对时钟CLK进行分频处理，并运用Rxd子模块实现八位数据的串并转换功能。
相比于现有技术，本发明具有的有益效果是：通过采用机器视觉技术采集纸板的裁切标志，便于工业计算机内的图像处理模块对纸板的裁切标志进行快速精确的定位；通过经由图像处理模块定位的纸板裁切标志，结合微秒极计算机定时检测技术，可进一步定位动态纸板的裁切标志，从而实现对纸板的精密裁切，本发明在保证纸板裁切精度的同时，极大提高了对动态纸板的裁切效率，很好的解决了现有技术存在的效率低、操作不便、以太存在人力作业的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统的局部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统的连接示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种图像处理模块定位纸板上裁切标志的匹配算法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种CPLD控制模块控制继电器的电路接线示意图。
具体实施方式
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。
本发明中所述的机器视觉技术是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科。机器视觉技术主要是用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。机器视觉技术最大的特点是速度快、信息量大、功能多。在本发明实施例中，正是采用机器视觉技术作为系统的眼睛，将处理后的图像信息转化为有序的数字信号，进而通过裁切控制装置控制裁切装置上刀具的裁切动作。
本发明使用时，裁切纸板上已被标记好多个标志块，纸板输送装置带动纸板向刀具进料端移动，每当一个标志块移动到道具下方后，图像采集装置采集到标志块位置，裁切装置将纸板在标志块位置裁开，如此反复裁切后，即可将纸板裁成多块。参考图1和图2所示，本发明实施例提供一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板控制系统，包括：工业计算机、纸板输送装置、设于纸板输送装置上的裁切装置、设于刀具进料端的图像采集装置以及裁切控制装置；所述图像采集装置与工业计算机的图像处理模块连接，所述图像处理模块与裁切控制装置连接，所述裁切控制装置用于控制裁切装置上刀具的裁切动作；
所述纸板输送装置用于带动纸板向刀具进料端移动；
所述图像采集装置，用于在初始裁切之后，每隔时间t获取一次纸板上标志块的图像信息，并将拍摄模块获取的纸板上裁切标志的图像信息传输到图像处理模块；
所述图像处理模块，用于根据图像采集模块采集到的标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位；
所述裁切控制装置，用于根据图像处理模块计算得到的裁切标志的位置向裁切装置输出裁切信号。
所述图像处理模块，具体用于：
根据对采集切割标志逐行扫描，求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2，令初值为求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2；
令阈值为T0＝(Z1+Z2)/2，根据阈值T0将图像分割为目标和背景两部分，求出新的阈值T1＝(T0+Z2)/2，若Tk＝Tk+1，则Tk+1为所求阈值，否则转到上一步，迭代求解；
得出所求阈值后，筛选灰度大于阈值的像素点，所有灰度大于阈值的像素点即为标志块感兴趣区域，利用边缘检测算法，对标志块的轮廓进行识别，得到标志块边界；
对标志块的正确性进行判断，计算标志块同样大小的模板w×h内像素总和为N，对标志块边界内的区域求像素和M，若M＝N，则判断标志块正确，保留标注块，若M≠N，则判断标志块错误，去掉标志块；
找到标志块的位置(x0,y0)，对该标志块的位置区域标识，所有所述标志块的形状大小均相同且尺寸已知，根据标志块的形状尺寸，计算出标志块的中心点位置(x,y)，所述标志块的中心点位置(x,y)即为裁切标志。
其中：Ta+1＝l/v+t1-2+t2-3+……ta-(a+1)，其中，l为纸板上相邻两个标志块之间距离的最小值，v为纸板的传输速度，其中，ta-(a+1)为裁切补偿时间，ta-(a+1)＝(na-na+1)/f，所述，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，na为在执行第a次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，na+1为在执行第a+1次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
初始裁切时，根据SetTimer()函数对拍摄模块进行初始定时，以寻找纸板的裁切标志；所述时间t的计算方法为：t＝(n1-n2)/f，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，n1为在执行上次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，n2为在执行本次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
所述裁切控制装置包括CPLD控制模块、继电器、开关电源，所述精密定时裁切模块连接CPLD控制模块，所述CPLD控制模块连接继电器，所述继电器连接开关电源，所述开关电源连接裁切装置上的刀具。
如图5所示，所述CPLD控制模块包括Fenpin模块和Rxd子模块：
所述Fenpin模块，用于对时钟CLK进行分频处理；
所述Rxd子模块，用于实现八位数据的串并转换功能。
如图3所示，作为本发明的另一方面，提供一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板方法，所述方法包括如下步骤：
S1、在初始裁切之后，每隔一定时间获取一次纸板上标志块的图像信息，其中，第a次图像采集和第a+1次图像采集之间的间隔时间为Ta+1；
其中：Ta+1＝l/v+t1-2+t2-3+……ta-(a+1)，其中，l为纸板上相邻两个标志块之间距离的最小值，v为纸板的传输速度，其中，ta-(a+1)为裁切补偿时间，ta-(a+1)＝(na-na+1)/f，所述，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，na为在执行第a次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，na+1为在执行第a+1次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
初始裁切时，根据SetTimer()函数对拍摄模块进行初始定时，以寻找纸板的裁切标志；间隔时间t的计算方法为：t＝(n1-n2)/f，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，n1为在执行上次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，n2为在执行本次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
当本发明实施例所述一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统启动时，由于还没有对纸板11的裁切标志22进行定位，需要以定时的方式先寻找一个裁切标志22，待找到之后转入正常工作裁切纸板的状态，通常将以定时方式寻找一个裁切标志22的状态定义为计算机认知标志模式，当系统处于计算机认知标志模式时，可利用工业相机对纸板11上的裁切标志22的图像进行读取，利用SDK开发包将图像读进缓冲区中去，基于计算机定时器隔一定时间对图像进行采集，从而完成对图像的连续采集的工作，实际中，将这一计算机定时器的定时时间为300ms，采用计算机自带的SetTimer()函数进行初始定时，用以捕获纸板的裁切标志，保证工业相机拍摄到的纸板11不会出现漏检。
计算机定时需要将QueryPerformanceFrequency()函数和GetTickCount()函数配合使用才能对事件发生前后进行精确的定时，本发明实施例设置的定时时间为两个相邻裁切标志22之间的定时时间，即而且为了保证定时的精确性，在图像采集时需要采用精密定时方法，由于纸板上相邻两个标志块之间距离大小不等，取l为纸板上相邻两个标志块之间距离的最小值，可以防止漏拍，由于每次拍摄时间均为一个区间，而标志块也有一定宽度，因此如果直接用Ta+1＝l/v，则经过多次拍摄后，误差会越来越大，因此每次拍摄后需要加上前一次的补偿值，Ta+1＝l/v+t1-2+t2-3+……ta-(a+1)，其中，l为纸板上相邻两个标志块之间距离的最小值，v为纸板的传输速度，其中，ta-(a+1)为裁切补偿时间，ta-(a+1)＝(na-na+1)/f，所述，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，na为在执行第a次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，na+1为在执行第a+1次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，通过调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率f，再在需要每次采集图像前分别调用QueryPerformanceCounter()函数取得高精度和计数值n1、n2，两次数值的差通过f换算成定时时间间隔t＝(n1-n2)/f，通过不断查询n2计算时间间隔t，可以检测采样事件的发生，更为准确的计算出定时时间。
S2、根据标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位；
S3、根据裁切标志的位置向裁切装置输出裁切信号。
由于本发明实施例所述一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统需要满足实时处理的要求，因此图像处理速度要大大高于纸板11的传输速度，这就需要采用到图像分割和匹配的算法来完成裁切标志的定位，基于此，参考图4所示，所述步骤S2中根据标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位的具体步骤为：
S2011、根据对采集切割标志逐行扫描，求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2，令初值为求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2；
S2012、令阈值为T0＝(Z1+Z2)/2，根据阈值T0将图像分割为目标和背景两部分，求出新的阈值T1＝(T0+Z2)/2，若Tk＝Tk+1，则Tk+1为所求阈值，否则转到上一步，迭代求解；
S2013、得出所求阈值后，筛选灰度大于阈值的像素点，所有灰度大于阈值的像素点即为标志块感兴趣区域，利用边缘检测算法，对标志块的轮廓进行识别，得到标志块边界；
S2014、对标志块的正确性进行判断，计算标志块同样大小的模板w×h内像素总和为N，对标志块边界内的区域求像素和M，若M＝N，则判断标志块正确，保留标注块，若M≠N，则判断标志块错误，去掉标志块；
S2015、找到标志块的位置(x0,y0)，对该标志块的位置区域标识，所有所述标志块的形状大小均相同且尺寸已知，根据标志块的形状尺寸，计算出标志块的中心点位置(x,y)，所述标志块的中心点位置(x,y)即为裁切标志。
所述步骤S3中裁切控制装置根据所述裁切信号控制裁切装置上刀具对纸板进行裁切动作的具体步骤为：将裁切信号发送给CPLD控制模块，CPLD控制模块控制继电器导通开关电源，导通的开关电源驱动裁切装置上的刀具裁切纸板,CPLD控制模块控制继电器导通开关电源的具体步骤为：运用Fenpin模块对时钟CLK进行分频处理，并运用Rxd子模块实现八位数据的串并转换功能。
上述CPLD控制模块5011包括有EPM7128这种常用器件，作为ALTERA公司的MAX7000系列产品，它借助集成开发软件平台，用硬件描述生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到芯片中，实现数字系统的设计，本发明实施例所述系统中有用到常见的MAX488芯片，将MAX488芯片转换过来的TTL电平连接到CPLD上，编程实现串口编程。
上述实现方式是利用VHDL语言设计Fenpin模块5011-1和Rxd子模块5011-2。Fenpin模块5011-1的输入时钟CLK为14.7456MHz，串口通信波特率为9600Hz，将CLK分频96倍，得到9600波特率所使用的频率：9600×16Hz。Rxd子模块5011-2可实现八位数据的串并转换功能，定义串口通信协议，具体为：80H－继电器触点全合；81H－继电器1触点分；82H－继电器2触点分；83H－继电器3触点分；84H－继电器4触点分；85H－继电器5触点分；86H－继电器6触点分；87H－继电器7触点分；88H－继电器8触点分。
灵活定义通信协议，实现继电器触点分合的任意组合。最后，利用VHDL语言将输出的逻辑信号通过CPLD的8个IO引脚输出，接入到ULN2803和继电器上，以此控制继电器。
将上位机通过USB线与CPLD控制模块5011电性连接，接好电源，上位机使用串口调试助手，发送十六进制数至串口，并观察继电器开关状态，各个继电器的触点分合符合上位机的控制要求，证明系统设计正确、系统工作正常。
综上所述，从工业计算机101发送信号驱动工业相机开始拍摄到刀具3011裁切完成时刻，整个过程分为3个时间段，工业计算机101和工业相机之间的通信，图像处理模块1011处理时间，工业计算机101与CPLD控制模块5011通信和继电器控制处理时间：
T总时间＝∑(A+B+C)
其中：A代表工业计算机101和工业相机之间的通信产生的时间延迟，B代表图像处理模块1011处理图像产生的时间延迟，C代表业计算机101与CPLD控制模块5011通信以及继电器控制处理产生的时间延迟。经过分析，A代表的时间延迟由P1394总线传输信号到工业相机的延迟、工业相机的曝光延迟和P1394总线传输图像到工业计算机101的延迟组成；B代表的时间延迟主要由图像处理模块1011对采集图像运动模糊产生的定位不准造成；C代表的时间延迟由切割触发输出的继电器的开关误差产生。通过建立系统的时间延迟模型，可为系统的精度和误差分析提供理论基础。
结合现有系统建立时间延迟模型，其中，现有的系统采用BalserA601fc工业相机作为纸板11上裁切标志22的拍摄模块4011，此工业相机的快门时间为6ms，而将纸板11出料速度调为常用的0.35mm/ms，P1394总线传输触发信号到工业相机和P1394总线传输图像到工业计算机101对系统的影响基本为125us；曝光产生的时间延迟为1.32ms；图像处理模块1011对采集图像运动模糊产生的定位不准造成的时间延迟，与纸板11传送的速度有关系，经过多次测量，给出经验公式：
Figure BDA0002274573310000091
而通过示波器的监测从开关控制板上的信号输入时间确定继电器的开关延迟为N＝3ms，另外，系统的切割刀具存在一个固有误差E，通过试验测量为5mm；系统的最大误差为5.7mm，即纸板定位裁切精度约为6mm，由此可以得出，本发明实施例所述一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板控制系统及方法，其定位检测裁切方法误差时间小于0.2s，动态裁切精度为6mm，很好地实现了对动态纸板进行高效且保证精度的裁切。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板控制系统，其特征在于，包括：工业计算机、纸板输送装置、设于纸板输送装置上的裁切装置、设于刀具进料端的图像采集装置以及裁切控制装置；所述图像采集装置与工业计算机的图像处理模块连接，所述图像处理模块与裁切控制装置连接，所述裁切控制装置用于控制裁切装置上刀具的裁切动作；
所述纸板输送装置用于带动纸板向刀具进料端移动；
所述图像采集装置，用于在初始裁切之后，每隔一定时间获取一次纸板上标志块的图像信息，其中，第a次图像采集和第a+1次图像采集之间的间隔时间为Ta+1，并将拍摄模块获取的纸板上裁切标志的图像信息传输到图像处理模块；
所述图像处理模块，用于根据图像采集模块采集到的标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位；
所述裁切控制装置，用于根据图像处理模块计算得到的裁切标志的位置向裁切装置输出裁切信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统，其特征在于，所述图像处理模块，具体用于：
根据对采集切割标志逐行扫描，求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2，令初值为求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2；
令阈值为T0＝(Z1+Z2)/2，根据阈值T0将图像分割为目标和背景两部分，求出新的阈值T1＝(T0+Z2)/2，若Tk＝Tk+1，则Tk+1为所求阈值，否则转到上一步，迭代求解；
得出所求阈值后，筛选灰度大于阈值的像素点，所有灰度大于阈值的像素点即为标志块感兴趣区域，利用边缘检测算法，对标志块的轮廓进行识别，得到标志块边界；
对标志块的正确性进行判断，计算标志块同样大小的模板w×h内像素总和为N，对标志块边界内的区域求像素和M，若M＝N，则判断标志块正确，保留标注块，若M≠N，则判断标志块错误，去掉标志块；
找到标志块的位置(x0,y0)，对该标志块的位置区域标识，所有所述标志块的形状大小均相同且尺寸已知，根据标志块的形状尺寸，计算出标志块的中心点位置(x,y)，所述标志块的中心点位置(x,y)即为裁切标志。
3.根据权利要求2所述的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统，其特征在于：Ta+1＝l/v+t1-2+t2-3+……ta-(a+1)，其中，l为纸板上相邻两个标志块之间距离的最小值，v为纸板的传输速度，其中，ta-(a+1)为裁切补偿时间，ta-(a+1)＝(na-na+1)/f，所述，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，na为在执行第a次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，na+1为在执行第a+1次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
4.根据权利要求3所述的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板系统，其特征在于,所述裁切控制装置包括CPLD控制模块、继电器、开关电源，所述精密定时裁切模块连接CPLD控制模块，所述CPLD控制模块连接继电器，所述继电器连接开关电源，所述开关电源连接裁切装置上的刀具；
所述CPLD控制模块包括Fenpin模块和Rxd子模块：
所述Fenpin模块，用于对时钟CLK进行分频处理；
所述Rxd子模块，用于实现八位数据的串并转换功能。
5.一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、在初始裁切之后，每隔一定时间获取一次纸板上标志块的图像信息，其中，第a次图像采集和第a+1次图像采集之间的间隔时间为Ta+1；
S2、根据标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位；
S3、根据裁切标志的位置向裁切装置输出裁切信号。
6.根据权利要求5所述的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板方法，其特征在于，所述步骤S2中根据标志块图像信息进行图像处理，从而完成纸板上裁切标志的定位的具体步骤为：
S2011、根据对采集切割标志逐行扫描，求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2，令初值为求出图像中的最大灰度值Z1和最小灰度值Z2；
S2012、令阈值为T0＝(Z1+Z2)/2，根据阈值T0将图像分割为目标和背景两部分，求出新的阈值T1＝(T0+Z2)/2，若Tk＝Tk+1，则Tk+1为所求阈值，否则转到上一步，迭代求解；
S2013、得出所求阈值后，筛选灰度大于阈值的像素点，所有灰度大于阈值的像素点即为标志块感兴趣区域，利用边缘检测算法，对标志块的轮廓进行识别，得到标志块边界；
S2014、对标志块的正确性进行判断，计算标志块同样大小的模板w×h内像素总和为N，对标志块边界内的区域求像素和M，若M＝N，则判断标志块正确，保留标注块，若M≠N，则判断标志块错误，去掉标志块；
S2015、找到标志块的位置(x0,y0)，对该标志块的位置区域标识，所有所述标志块的形状大小均相同且尺寸已知，根据标志块的形状尺寸，计算出标志块的中心点位置(x,y)，所述标志块的中心点位置(x,y)即为裁切标志。
7.根据权利要求5所述的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板方法，其特征在于，初始裁切时，根据SetTimer()函数对拍摄模块进行初始定时，以寻找纸板的裁切标志；间隔时间t的计算方法为：t＝(n1-n2)/f，其中f为根据调用QueryPerformanceFrequency()函数获得计算机内部定时器的时钟频率，n1为在执行上次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值，n2为在执行本次裁切动作时调用QueryPerformanceCounter()取得的计数值。
8.根据权利要求5所述的一种基于微秒级定时的计算机精密裁切纸板方法，其特征在于，所述步骤S3中裁切控制装置根据所述裁切信号控制裁切装置上刀具对纸板进行裁切动作的具体步骤为：将裁切信号发送给CPLD控制模块，CPLD控制模块控制继电器导通开关电源，导通的开关电源驱动裁切装置上的刀具裁切纸板,CPLD控制模块控制继电器导通开关电源的具体步骤为：运用Fenpin模块对时钟CLK进行分频处理，并运用Rxd子模块实现八位数据的串并转换功能。
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