CN111823303B - 一种3d智能布料及皮革切割机控制系统 - Google Patents

一种3d智能布料及皮革切割机控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111823303B
CN111823303B CN202010684218.9A CN202010684218A CN111823303B CN 111823303 B CN111823303 B CN 111823303B CN 202010684218 A CN202010684218 A CN 202010684218A CN 111823303 B CN111823303 B CN 111823303B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cutter
cutting
leather
cloth
card
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010684218.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111823303A (zh
Inventor
郑焕生
陈操
徐佳琦
汪黄根
刘娇娇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Zhongke Equipment Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Zhongke Longren Hi Tech Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhongke Longren Hi Tech Co ltd filed Critical Zhongke Longren Hi Tech Co ltd
Priority to CN202010684218.9A priority Critical patent/CN111823303B/zh
Publication of CN111823303A publication Critical patent/CN111823303A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111823303B publication Critical patent/CN111823303B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00—Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/005—Computer numerical control means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D5/00—Arrangements for operating and controlling machines or devices for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D5/007—Control means comprising cameras, vision or image processing systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Control Of Cutting Processes (AREA)

Abstract

本发明提供一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，包括：中央控制器、I/O卡、运动控制卡、伺服驱动器、运动电机、多个加工辅助设备、摄像机和激光测距仪；其中，中央控制器包括：数据读取与存储模块、图样显示模块、图样排版模块、切割路径规划模块和切割控制模块。本发明的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，提高了切割机切割布料及皮革的切割质量，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度，提高了对原材料的利用率，节约了原材料成本，提高了切割机的切割效率，大大缩短了生产周期，解决了国内制造商对国外切割机产品依赖性过高的问题。

Description

一种3D智能布料及皮革切割机控制系统
技术领域
本发明涉及切割机自动控制技术领域，特别涉及一种3D智能布料及皮革切割机控制系统。
背景技术
目前，随着我国经济持续发展，服装、制鞋等行业正逐步与国际接轨，电脑皮革及布料切割机的使用越来越多。但是，我国的电脑皮革切割机仍处于起步阶段，在提升切割机的切割质量、切割效率、切割速度和提升皮革及布料原材料利用率上仍存在很大进步空间，相比于国外仍然存在较大差距，这不仅导致人力成本、原材料成本和生产周期的增加，还造成国内制造厂对国外产品的依赖性很高。
发明内容
本发明目的之一在于提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，提高了切割机切割布料及皮革的切割质量，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度，提高了对原材料的利用率，节约了原材料成本，提高了切割机的切割效率，大大缩短了生产周期，解决了国内制造商对国外切割机产品依赖性过高的问题。
本发明实施例提供的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，包括：中央控制器、与所述中央控制器电连接的I/O卡、与所述中央控制器电连接的运动控制卡、与所述运动控制卡电连接的伺服驱动器、与所述伺服驱动器电连接的运动电机、与所述I/O卡电连接的多个加工辅助设备、与所述中央控制器电连接的摄像机和与所述中央控制器电连接的激光测距仪；
其中，所述中央控制器包括：数据读取与存储模块、图样显示模块、图样排版模块、切割路径规划模块和切割控制模块。
优选地，所述运动电机包括：X轴电机、Y轴电机、旋转电机和伸缩电机；
所述伺服驱动器包括：X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器和R轴伺服驱动器；
所述多个加工辅助设备包括：刀具、压盘和真空泵；
所述摄像机用于采集布料及皮革的图像信息；
所述激光测距仪用于采集所述摄像机到所述布料及皮革之间的距离数据；
所述I/O卡控制所述刀具的上移和下移、所述压盘的上移和下移、所述真空泵的开启和关闭；
所述运动控制卡向所述伺服驱动器发送脉冲信号，所述X轴伺服驱动器驱动所述Y轴电机转动，所述Y轴伺服驱动器驱动所述X轴电机转动，所述Z轴伺服驱动器驱动所述旋转电机转动，所述R轴伺服驱动器驱动所述伸缩电机转动。
优选地，所述中央控制器执行包括如下操作：
获取所述摄像机采集的布料及皮革的图像信息；
采用布料及皮革采样框对所述布料及皮革的所述图像信息进行扫描采样，获得多个布料及皮革候选图像；
将所述布料及皮革候选图像与预设标准布料及皮革图像进行比对，获得布料及皮革类似图像；
对所述布料及皮革类似图像进行边缘提取获得布料及皮革图像；
获取所述激光测距仪采集的所述摄像机到所述布料及皮革之间的距离数据；
对布料及皮革图像和所述摄像机到所述布料及皮革之间的距离数据进行处理获得布料及皮革尺寸信息；
基于所述布料及皮革尺寸信息，制成虚拟画布；
获取用户输入或选择的图形文件；
读取并存储所述图形文件中的图元信息；
显示所述图元信息；
对所述图元信息在所述虚拟画布上进行排版处理获得排版图元信息；
对所述排版图元信息进行处理获得切割路径信息；
获取工作人员输入的切割开始指令，控制所述运动电机、所述刀具、所述压盘和所述真空泵开始运行，进行切割。
优选地，所述中央控制器对所述图元信息在所述虚拟画布上进行排版处理获得排版图元信息，具体包括：
将所述图元信息中各图元排列在虚拟画布上；
制作出各图元的最小外切矩形，将各图元的最小外切矩形按照预设矩形排版规则进行排版，获得排版图元信息；
其中，制作出所述图元信息中任一图元的最小外切矩形，具体包括：
选取所述图元信息中任一图元；
所述任一图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xn,Yn)}由n个离散点(Xn,Yn)组成，n个离散点(Xn,Yn)按逆时针方向排序；
选取n个离散点(Xn,Yn)中任一离散点(Xi,Yi)及与所述任一离散点(Xi,Yi)前后相邻两个离散点(Xi－1,Yi－1)和(Xi+1,Yi+1)，计算(Xi,Yi)、(Xi－1,Yi－1)、和(Xi+1,Yi+1)三点构成的三角形的面积为：
Figure GDA0003112023750000031
若S△＞0，则离散点(Xi,Yi)为凸顶点，在图元中保留凸顶点；
若S△＜0，则离散点(Xi,Yi)为凹顶点，将凹顶点从图元中移除，并对剩余离散点按逆时针方向重新排序；
若S△＝0，则离散点(Xi,Yi)、离散点(Xi－1,Yi－1)和离散点(Xi+1,Yi+1)三点共线，继续选取任一离散点及与所述任一离散点相邻的两个离散点；
将任一图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xn,Yn)}中的离散点(Xn,Yn)做保留凸顶点、移除凸顶点处理后将剩余离散点按逆时针方向重新排序获得凸图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xk,Yk)}，凸图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xk,Yk)}由k个凸顶点(Xk,Yk)组成；
计算以凸图元k－1条边中任一条边为底边的外切矩形的面积，选取最小的外切矩形面积对应的外切矩形作为凸图元的最小外切矩形，获得所述任一图元的最小外切矩形；
其中，计算以凸图元k－1条边中任一条边为底边的外切矩形的面积，具体包括：
选取凸图元k－1条边中的第p条边作为外切矩形的底边，第p条边的两端顶点坐标为(Xt,Yt)和(Xt－1,Yt－1)，计算第p条边与X轴的夹角为：
Figure GDA0003112023750000041
以顶点(Xt,Yt)为中心，将凸图元旋转θ，使凸图元的第p条边与X轴平行；
旋转后的凸图元为{(X1′,Y1′),(X2′,Y2′),…,(Xk′,Yk′)}；
其中，
Figure GDA0003112023750000042
选取旋转后的凸图元{(X1′,Y1′),(X2′,Y2′),…,(Xk′,Yk′)}中Xk′的最大值Xmax′和最小值Xmin′，Yk′的最大值Ymax′和最小值Ymin′，获得(Xmin′,Ymin′)、(Xmin′,Ymax′)、(Xmax′,Ymax′)和(Xmax′,Ymin′)；
依次连接(Xmin′,Ymin′)、(Xmin′,Ymax′)、(Xmax′,Ymax′)和(Xmax′,Ymin′)，获得旋转后的凸图元的外切矩形；
计算旋转后的凸图元的外切矩形面积为：
S＝(Ymax′－Ymin′)×(Xmax′－Xmin′)。
优选地，所述中央控制器对所述排版图元信息进行处理获得切割路径信息，具体包括：
所述排版图元信息{V1,V2,…,Vq,…,Vk}由k个多边形Vk组成，所述排版图元信息中的第q个多边形Vq包含的顶点为{Vq1,Vq2,…,Vqj,…,Vq|m|}，其中，|m|为多边形Vq顶点的个数，第j个多边形Vj包含的顶点为{Vj1,Vj2,…,Vjq,…,Vj|r|}，其中，|r|为多边形Vj顶点的个数；
计算刀具切割空走路径为：
Figure GDA0003112023750000051
其中，D0为刀具切割空走路径，|Vqj－Vjq|为不同多边形各顶点之间的距离，Vqj∈Vq(1≤j≤|m|)，Vjq∈Vj(1≤q≤|r|)；
选取组成所述刀具切割空走路径的顶点作为多边形的入刀点；
计算预设切割起始零点与离所述预设切割起始零点最近入刀点之间的路径为：
D1＝min{∑|V0－Vc|}；
其中，D1为预设切割起始零点与离所述预设切割起始零点最近入刀点之间的路径，D1为预设切割起始零点，Vc为多边形的入刀点；
所述刀具切割总空走路径为：
Figure GDA0003112023750000052
选取多边形的轮廓作为轮廓切割路径；
将所述刀具切割总空走路径和所述轮廓切割路径组合获得切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}；
其中，所述切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}由a个离散点(Xa,Ya)组成；
计算出a个离散点(Xa,Ya)中任意相邻两个离散点之间的移动距离和移动方向，获得切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)，La为(Xa,Ya)和(Xa－1,Ya－1)两个离散点之间的移动距离，Ta为(Xa,Ya)和(Xa－1,Ya－1)两个离散点之间的移动方向；
将所述切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)组合获得所述切割路径信息；
其中，计算两个相邻离散点间的移动距离和移动方向，具体包括：
计算两个相邻离散点间所述移动距离为：
Figure GDA0003112023750000061
两个相邻离散点间的移动方向T为矢量
Figure GDA0003112023750000063
的方向；
其中，矢量
Figure GDA0003112023750000062
优选地，所述中央控制器获取工作人员输入的切割开始指令，控制所述运动电机、所述刀具、所述压盘和所述真空泵开始运行，进行切割，具体包括：
解析所述切割路径信息，获得切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)；
获取工作人员输入的开始切割指令；
基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)结合预设运动电机运行规则通过所述运动控制卡向所述伺服驱动器发送脉冲驱动所述运动电机转动，结合预设辅助设备运行规则通过I/O卡控制压盘上移、压盘下移、刀具上移、刀具下移、真空泵开启和真空泵关闭。
优选地，所述中央控制器基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)结合预设运动电机运行规则通过所述运动控制卡向所述伺服驱动器发送脉冲驱动所述运动电机转动，结合预设辅助设备运行规则通过I/O卡控制压盘上移、压盘下移、刀具上移、刀具下移、真空泵开启和真空泵关闭，具体包括：
基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)，获得第一起始点、第一切割轮廓、第一终止点、第二起始点、第二切割轮廓、第二终止点、第三起始点、第三切割轮廓和第三终止点；
通过I/O卡控制压盘升降机构的压盘沿Z向向下移动，使得压盘压紧布料及皮革；
通过I/O卡控制真空泵开启，使得真空泵抽取布料及皮革与切割平台之间间隙的空气；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第一起始点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第一起始点；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第一切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第一终止点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具在所述第一终止点沿Z向向上移动；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第二起始点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第二起始点；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第二切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第二终止点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具在所述第二终止点沿Z向向上移动；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第三起始点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第三起始点；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第三切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第三终止点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具在所述第三终止点沿Z向向上移动并复位；
通过I/O卡控制真空泵关闭；
通过I/O卡控制压盘升降机构的压盘沿Z向向上移动并复位。
优选地，3D智能布料及皮革切割机控制系统还包括：
监控中心模块，用于对切割机的运行状态进行实时监控；
CCD摄像机，用于采集切割机床表面的图像信息，与所述中央控制器电连接；
清理设备，用于清理切割机床表面的异物，与所述中央控制器电连接；
其中，所述清理设备包括：转台和安装在转台上的吸尘装置；
第一震动传感器，用于采集所述运动电机的第一震动幅值，与所述中央控制器电连接；
第二震动传感器，用于采集所述刀具的第二震动幅值，与所述中央控制器电连接；
所述监控中心模块执行包括如下操作：
获取所述CCD摄像机采集的图像信息；
将所述图像信息与预设标准异物图像数据库作比对，确定所述切割机床上是否存在异物；
若所述切割机床上存在异物，确定异物的位置坐标，获取工作人员输入的清理确认指令，向所述清理设备发送清理指令；
若所述切割机床上不存在异物，控制CCD摄像机继续采集切割机床表面的图像信息；
获取所述第一震动传感器采集的所述第一震动幅值；
将所述第一震动幅值与预设标准运动电机震动阈值比较，确定是否向所述运动控制卡发送运动电机震动抑制指令；
若所述第一震动幅值大于预设标准运动电机震动阈值，向所述运动控制卡发送运动电机震动抑制指令；
获取所述第二震动传感器采集的所述第二震动幅值；
将所述第二震动幅值与预设标准刀具震动阈值比较，确定是否向所述I/O卡发送刀具震动抑制指令；
若所述第一震动幅值大于预设标准刀具震动阈值，向所述I/O卡发送刀具震动抑制指令；
所述清理设备执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的所述清理指令，对所述位置坐标进行清理；
所述运动控制卡执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的运动电机震动抑制指令，减小向所述伺服驱动器发送的脉冲；
所述I/O卡执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的刀具震动抑制指令，减小刀具的上下移动速度。
优选地，3D智能布料及皮革切割机控制系统还包括：
刀具磨损状态监测模块，用于监测刀具的磨损状态；
监测摄像机，用于采集刀具的视频图像信息，与所述中央控制器电连接；
所述刀具磨损状态监测模块执行包括如下操作：
采用刀具候选采样框对所述刀具的视频图像信息进行扫描采样，获取多个刀具候选图像；
将所述刀具候选图像与预设刀具图像数据库中预设标准刀具图像进行比对，筛选出刀具类似图像；
将所述刀具类似图像进行边缘检测和边缘提取后获得刀具图像；
提取所述刀具图像的像素值，计算刀具的使用寿命为：
Figure GDA0003112023750000091
其中，
Figure GDA0003112023750000101
为像素值投影统计曲线在横轴上的投影面积，M为刀具图像的长度，N为刀具图像的宽度，y(p,q)为像素点(p,q)的像素值，0≤p≤M，0≤q≤N，vcut为刀具的切割速度，H为刀具的进给量，R为刀具的背吃刀量，T0为预设标准刀具正常使用寿命，k1，k2，k3，k4分别为刀具纹理像素值的投影面积、刀具的切割速度、刀具的进给量和刀具的背吃刀量对刀具使用寿命的影响程度系数；
将刀具的使用寿命与预设标准刀具剩余使用寿命阈值作比较，确定是否显示刀具磨损严重警示信息；
若刀具的使用寿命小于等于预设标准刀具剩余使用寿命阈值，显示刀具磨损严重警示信息。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种3D智能布料及皮革切割机控制系统的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，如图1所示，包括：中央控制器1、与所述中央控制器1电连接的I/O卡2、与所述中央控制器1电连接的运动控制卡3、与所述运动控制卡3电连接的伺服驱动器4、与所述伺服驱动器4电连接的运动电机5、与所述I/O卡2电连接的多个加工辅助设备6、与所述中央控制器1电连接的摄像机7和与所述中央控制器1电连接的激光测距仪8；
其中，所述中央控制器1包括：数据读取与存储模块11、图样显示模块12、图样排版模块13、切割路径规划模块14和切割控制模块15。
上述技术方案的工作原理为：
本发明实施例的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，包括：中央控制器1、I/O卡2、运动控制卡3、伺服驱动器4、运动电机5、摄像机7、激光测距仪8和多个加工辅助设备6，例如：刀具、刀具、压盘和真空泵；中央控制器1包括：数据读取与存储模块11、图样显示模块12、图样排版模块13、切割路径规划模块14和切割控制模块15；中央控制器1具体为工业计算机；工业计算机是为工业生产专门优化的工业计算机，在不同环境下具有良好的稳定性；I/O卡2主要控制刀具、压盘的上下行程和真空泵的开关位、电源的开关位等；运动控制卡3负责接收中央控制器1的指令数据，向伺服驱动器4发送脉冲，实时控制运动电机5的转动速度和转动时间；刀具的作用是对布料或皮革进行切割，压盘的作用是可以铺平切割平面，真空泵可以有效防止皮革或布料发生滑动，摄像机7用于采集原材料皮革及布料的图像，激光测距仪8用于测量摄像机7到原材料的距离，中央控制器1具有对读取的图形文件进行存储、排版、显示的功能，还具有规划切割路径并控制切割设备对布料或皮革进行切割的功能。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例的3D智能布料及皮革切割机控制系统采取中央控制器1的排版、切割路径规划功能最大程度利用原材料，采取最小切割路径完成对布料或皮革的精准切割，提高了切割机切割布料及皮革的切割质量，降低了操作者的劳动强度，节约了人力成本，提高了对原材料的利用率，节约了原材料成本，提高了切割机的切割速度，提高了切割机的切割效率，大大缩短了生产周期，解决了国内制造商对国外切割机产品依赖性过高的问题。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，所述运动电机5包括：X轴电机、Y轴电机、旋转电机和伸缩电机；
所述伺服驱动器4包括：X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器和R轴伺服驱动器；
所述多个加工辅助设备6包括：刀具、压盘和真空泵；
所述摄像机7用于采集布料及皮革的图像信息；
所述激光测距仪8用于采集所述摄像机7到所述布料及皮革之间的距离数据；
所述I/O卡2控制所述刀具的上移和下移、所述压盘的上移和下移、所述真空泵的开启和关闭；
所述运动控制卡3向所述伺服驱动器4发送脉冲信号，所述X轴伺服驱动器驱动所述Y轴电机转动，所述Y轴伺服驱动器驱动所述X轴电机转动，所述Z轴伺服驱动器驱动所述旋转电机转动，所述R轴伺服驱动器驱动所述伸缩电机转动。
上述技术方案的工作原理为：
运动电机5由X轴电机、Y轴电机和旋转电机组成，X轴电机和Y轴电机控制刀具在水平平面上的运动，旋转电机控制刀具的旋转；刀具的作用是对布料或皮革进行切割；压盘的作用是可以铺平切割平面；真空泵可以有效防止皮革或布料发生滑动；摄像机7用于采集原材料皮革及布料的图像；激光测距仪8用于测量摄像机7到原材料的距离；I/O卡2控制所述刀具的上移和下移、压盘的上移和下移、真空泵的开启和关闭；运动控制卡3接收工业计算机提供的控制信号，根据工业计算机发送的请求运动控制卡3模拟机器识别的信号发送到伺服服务器；伺服驱动器4的主要工作是将运动控制卡3开发出的数字信号转化为可以直接控制电机的模拟信号，伺服控制信号的精度直接影响电机切割的效果。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例的3D智能布料及皮革切割机控制系统利用中央控制器1控制运动电机5和刀具等加工辅助设备实现对皮革及布料的全自动切割，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，所述中央控制器1执行包括如下操作：
获取所述摄像机7采集的布料及皮革的图像信息；
采用布料及皮革采样框对所述布料及皮革的所述图像信息进行扫描采样，获得多个布料及皮革候选图像；
将所述布料及皮革候选图像与预设标准布料及皮革图像进行比对，获得布料及皮革类似图像；
对所述布料及皮革类似图像进行边缘提取获得布料及皮革图像；
获取所述激光测距仪8采集的所述摄像机7到所述布料及皮革之间的距离数据；
对布料及皮革图像和所述摄像机7到所述布料及皮革之间的距离数据进行处理获得布料及皮革尺寸信息；
基于所述布料及皮革尺寸信息，制成虚拟画布；
获取用户输入或选择的图形文件；
读取并存储所述图形文件中的图元信息；
显示所述图元信息；
对所述图元信息在所述虚拟画布上进行排版处理获得排版图元信息；
对所述排版图元信息进行处理获得切割路径信息；
获取工作人员输入的切割开始指令，控制所述运动电机5、所述刀具、所述压盘和所述真空泵开始运行，进行切割。
上述技术方案的工作原理为：
读取并存储所述图形文件中的图元信息由所述数据读取与存储模块11执行；
显示所述图元信息由所述图样显示模块12执行；
对所述图元信息在所述虚拟画布上进行排版处理获得排版图元信息由所述图样排版模块13执行；
对所述排版图元信息进行处理获得切割路径信息由所述切割路径规划模块14执行；
获取工作人员输入的切割开始指令，控制所述运动电机5、所述刀具、所述压盘和所述真空泵开始运行，进行切割由所述切割控制模块15执行；
通过布料及皮革的图像大小和摄像机7到布料及皮革的距离计算出布料及皮革的尺寸；
基于布料及皮革的尺寸，制成对应大小的虚拟画布，以供排版；
数据读取与存储模块11读取DXF格式文件；例如：工作人员可以在工业计算机上旋转要切割的DXF格式文件；DXF文件分为5个段：标题段，描述与图形相关的变量；表段，包括：线性表、层表、字体表和视图表等；块段，描述图形中组成每个块的实体；实体段，提供任何快的调用；结束段，表示文件结束；图样显示模块12可以显示读取的图元信息；例如：工作人员可以在工业计算机的显示屏上直接看到待切割的图形；图样排版模块13对图元信息中全部的多边形进行排版，使最小的面积内放最多的多边形，最大程度利用布料或皮革的面积；切割路径规划模块14基于根据排版后的多边形，计算出切割这些多边形的最短切割路径，最大程度上减少刀具的行驶路径，从而提高切割效率；切割控制模块15控制刀具对原材料按切割路径进行切割。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例的3D智能布料及皮革切割机控制系统利用中央控制器1的排版、切割路径规划功能最大程度利用原材料，采取最小切割路径完成对布料或皮革的切割，提高了切割机切割布料及皮革的切割质量，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度，提高了对原材料的利用率，节约了原材料成本，提高了切割机的切割速度，提高了切割机的切割效率，大大缩短了生产周期。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，所述中央控制器1对所述图元信息在所述虚拟画布上进行排版处理获得排版图元信息，具体包括：
将所述图元信息中各图元排列在虚拟画布上；
制作出各图元的最小外切矩形，将各图元的最小外切矩形按照预设矩形排版规则进行排版，获得排版图元信息；
其中，制作出所述图元信息中任一图元的最小外切矩形，具体包括：
选取所述图元信息中任一图元；
所述任一图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xn,Yn)}由n个离散点(Xn,Yn)组成，n个离散点(Xn,Yn)按逆时针方向排序；
选取n个离散点(Xn,Yn)中任一离散点(Xi,Yi)及与所述任一离散点(Xi,Yi)前后相邻两个离散点(Xi－1,Yi－1)和(Xi+1,Yi+1)，计算(Xi,Yi)、(Xi－1,Yi－1)、和(Xi+1,Yi+1)三点构成的三角形的面积为：
Figure GDA0003112023750000151
若S△＞0，则离散点(Xi,Yi)为凸顶点，在图元中保留凸顶点；
若S△＜0，则离散点(Xi,Yi)为凹顶点，将凹顶点从图元中移除，并对剩余离散点按逆时针方向重新排序；
若S△＝0，则离散点(Xi,Yi)、离散点(Xi－1,Yi－1)和离散点(Xi+1,Yi+1)三点共线，继续选取任一离散点及与所述任一离散点相邻的两个离散点；
将任一图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xn,Yn)}中的离散点(Xn,Yn)做保留凸顶点、移除凸顶点处理后将剩余离散点按逆时针方向重新排序获得凸图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xk,Yk)}，凸图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xk,Yk)}由k个凸顶点(Xk,Yk)组成；
计算以凸图元k－1条边中任一条边为底边的外切矩形的面积，选取最小的外切矩形面积对应的外切矩形作为凸图元的最小外切矩形，获得所述任一图元的最小外切矩形；
其中，计算以凸图元k－1条边中任一条边为底边的外切矩形的面积，具体包括：
选取凸图元k－1条边中的第p条边作为外切矩形的底边，第p条边的两端顶点坐标为(Xt,Yt)和(Xt－1,Yt－1)，计算第p条边与X轴的夹角为：
Figure GDA0003112023750000161
以顶点(Xt,Yt)为中心，将凸图元旋转θ，使凸图元的第p条边与X轴平行；
旋转后的凸图元为{(X1′,Y1′),(X2′,Y2′),…,(Xk′,Yk′)}；
其中，
Figure GDA0003112023750000162
选取旋转后的凸图元{(X1′,Y1′),(X2′,Y2′),…,(Xk′,Yk′)}中Xk′的最大值Xmax′和最小值Xmin′，Yk′的最大值Ymax′和最小值Ymin′，获得(Xmin′,Ymin′)、(Xmin′,Ymax′)、(Xmax′,Ymax′)和(Xmax′,Ymin′)；
依次连接(Xmin′,Ymin′)、(Xmin′,Ymax′)、(Xmax′,Ymax′)和(Xmax′,Ymin′)，获得旋转后的凸图元的外切矩形；
计算旋转后的凸图元的外切矩形面积为：
S＝(Ymax′－Ymin′)×(Xmax′－Xmin′)。
上述技术方案的工作原理为：
如果单独对所有复杂的多边形进行排版，工作量很大且效果不一定好，本发明实施例通过求出每个多边形的外切矩形，然后对这些外切矩形进行排版从而实现对所有多边形的排版；若要求出多边形的外切矩形，与外切矩形相切的一定是多边形的凸顶点，这样，就要求出多边形上所有的凸顶点；
判断顶点是否为凸顶点的方法如下：
选取n个离散点(Xn,Yn)中任一离散点(Xi,Yi)及与所述任一离散点(Xi,Yi)前后相邻两个离散点(Xi－1,Yi－1)和(Xi+1,Yi+1)，计算(Xi,Yi)、(Xi－1,Yi－1)、和(Xi+1,Yi+1)三点构成的三角形的面积为：
Figure GDA0003112023750000171
若S△＞0，则离散点(Xi,Yi)为凸顶点；
若S△＜0，则离散点(Xi,Yi)为凹顶点；
若S△＝0，则离散点(Xi,Yi)、离散点(Xi－1,Yi－1)和离散点(Xi+1,Yi+1)三点共线；
对离散点(Xn,Yn)做保留凸顶点、去除凹顶点处理从而得出凸多边形；
接着，求出凸多边形以凸多边形k－1条边为底边的外切矩形面积，选取外切矩形面积最小的外切矩形作为该凸多边形的最小外切矩形；
最后，对全部多边形的最小外切矩形按照预设矩形排版规则进行排版；
预设矩形排版规则具体为：将矩形从左到右，自上而下，按面积从大到小进行排版；当用户选定排放区域后，是从该区域的左上角向右下角排放，并且在排放方向上，长度大者优先排放，以保证矩形最后不至于不可排。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例的中央控制器1中的图样排版模块13通过对多边形的最小外切矩形进行排版，从而实现对多边形的排版，最大程度利用原材料，提高了对原材料的利用率，节约了原材料成本。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，所述中央控制器1对所述排版图元信息进行处理获得切割路径信息，具体包括：
所述排版图元信息{V1,V2,…,Vq,…,Vk}由k个多边形Vk组成，所述排版图元信息中的第q个多边形Vq包含的顶点为{Vq1,Vq2,…,Vqj,…,Vq|m|}，其中，|m|为多边形Vq顶点的个数，第j个多边形Vj包含的顶点为{Vj1,Vj2,…,Vjq,…,Vj|r|}，其中，|r|为多边形Vj顶点的个数；
计算刀具切割空走路径为：
Figure GDA0003112023750000181
其中，D0为刀具切割空走路径，|Vqj－Vjq|为不同多边形各顶点之间的距离，Vqj∈Vq(1≤j≤|m|)，Vjq∈Vj(1≤q≤|r|)；
选取组成所述刀具切割空走路径的顶点作为多边形的入刀点；
计算预设切割起始零点与离所述预设切割起始零点最近入刀点之间的路径为：
D1＝min{∑|V0－Vc|}；
其中，D1为预设切割起始零点与离所述预设切割起始零点最近入刀点之间的路径，D1为预设切割起始零点，Vc为多边形的入刀点；
所述刀具切割总空走路径为：
Figure GDA0003112023750000182
选取多边形的轮廓作为轮廓切割路径；
将所述刀具切割总空走路径和所述轮廓切割路径组合获得切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}；
其中，所述切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}由a个离散点(Xa,Ya)组成；
计算出a个离散点(Xa,Ya)中任意相邻两个离散点之间的移动距离和移动方向，获得切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)，La为(Xa,Ya)和(Xa－1,Ya－1)两个离散点之间的移动距离，Ta为(Xa,Ya)和(Xa－1,Ya－1)两个离散点之间的移动方向；
将所述切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)组合获得所述切割路径信息；
其中，计算两个相邻离散点间的移动距离和移动方向，具体包括：
计算两个相邻离散点间所述移动距离为：
Figure GDA0003112023750000191
两个相邻离散点间的移动方向T为矢量
Figure GDA0003112023750000192
的方向；
其中，矢量
Figure GDA0003112023750000193
上述技术方案的工作原理为：
刀具从起始点到第一个切割多边形的入刀点为空走路径，即刀具不接触原材料，抬刀进行移动；刀具切割完一个多边形移动到另一个多边形之间的路径也是空走路径；真正接触切割的是对多边形轮廓进行切割的路径；
想要求出刀具切割完一个多边形移动到另一个多边形之间的最短空走路径，就要比较多边形各个顶点之间的距离，取顶点间的最短距离作为空走路径，组成空走路径的顶点就是切割该多边形的入刀点；
计算刀具切割空走路径为：
Figure GDA0003112023750000194
其中，D0为刀具切割空走路径，|Vqj－Vjq|为不同多边形各顶点之间的距离，Vqj∈Vq(1≤j≤|m|)，Vjq∈Vj(1≤q≤|r|)；
想要求出刀具从起始点到第一个切割多边形的入刀点的最短空走路径，就要比较起始点到入刀点的距离，选取离起始点距离最小的入刀点对应的多边形作为第一个切割的多边形；
计算预设切割起始零点与离所述预设切割起始零点最近入刀点之间的路径为：
D1＝min{∑|V0－Vc|}；
切割信息不仅包括切割路径，每次切割的距离，切割的方向都要包含在内，切割距离就是两点坐标的距离，切割方向就是两点坐标对应向量的方向；
计算两个相邻离散点间的移动距离和移动方向，具体包括：
计算所述移动距离为：
Figure GDA0003112023750000195
所述移动方向T为矢量
Figure GDA0003112023750000201
的方向；
其中，矢量
Figure GDA0003112023750000202
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例的中央控制器1的切割路径规划模块14通过算法计算出刀具切割的最短路径，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度，提高了对原材料的利用率，提高了切割机的切割速度，提高了切割机的切割效率，大大缩短了生产周期。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，所述中央控制器1获取工作人员输入的切割开始指令，控制所述运动电机5、所述刀具、所述压盘和所述真空泵开始运行，进行切割，具体包括：
解析所述切割路径信息，获得切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)；
获取工作人员输入的开始切割指令；
基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)结合预设运动电机5运行规则通过所述运动控制卡3向所述伺服驱动器4发送脉冲驱动所述运动电机5转动，结合预设辅助设备运行规则通过I/O卡2控制压盘上移、压盘下移、刀具上移、刀具下移、真空泵开启和真空泵关闭。
上述技术方案的工作原理为：
预设运行电机运行规则具体为：控制刀具水平移动或旋转时，换算成相应的运动电机5运行速度和运行时间；
预设辅助设备运行规则具体为：控制压盘在切割起始点下移，在切割终点上移；控制刀具在多边形轮廓进行下移切割，在空走路径进行上移不与材料接触；控制真空泵在切割起始点开启，在切割终点关闭；
例如：当工作人员确认待切割图形无误后，按下确认键，切割控制模块15控制硬件部分开始切割；
若需要将刀具向左移动3mm，则向运动控制发送控制指令，控制X轴伺服驱动器驱动X轴运动电机5以一定的转速旋转一定的时间，就可以实现刀具的向左移动；
若需要将刀具向上移动3mm，则向运动控制发送控制指令，控制Y轴伺服驱动器驱动Y轴运动电机5以一定的转速旋转一定的时间，就可以实现刀具的向上移动；
切割开始时，控制真空泵开启，防止原材料滑动；控制压盘下移，将原材料压平；控制刀具下移至第一切割图形的入刀点开始切割；基于切割路径实时控制刀具依照切割路径进行切割；切割结束后，关闭真空泵、上移刀具和压盘。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例的中央控制器1的切割控制模块15控制刀具按最短切割路径对布料及皮革进行切割，实时控制刀具的切割速度和切割方向，提高了切割机切割布料及皮革的切割质量，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度，提高了切割机的切割速度，提高了切割机的切割效率，大大缩短了生产周期。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，所述中央控制器1基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)结合预设运动电机5运行规则通过所述运动控制卡3向所述伺服驱动器4发送脉冲驱动所述运动电机5转动，结合预设辅助设备运行规则通过I/O卡2控制压盘上移、压盘下移、刀具上移、刀具下移、真空泵开启和真空泵关闭，具体包括：
基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)，获得第一起始点、第一切割轮廓、第一终止点、第二起始点、第二切割轮廓、第二终止点、第三起始点、第三切割轮廓和第三终止点；
通过I/O卡2控制压盘升降机构的压盘沿Z向向下移动，使得压盘压紧布料及皮革；
通过I/O卡2控制真空泵开启，使得真空泵抽取布料及皮革与切割平台之间间隙的空气；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具移动到所述第一起始点；
通过I/O卡2控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第一起始点；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第一切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具移动到所述第一终止点；
通过I/O卡2控制刀具升降机构的刀具在所述第一终止点沿Z向向上移动；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具移动到所述第二起始点；
通过I/O卡2控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第二起始点；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第二切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具移动到所述第二终止点；
通过I/O卡2控制刀具升降机构的刀具在所述第二终止点沿Z向向上移动；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具移动到所述第三起始点；
通过I/O卡2控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第三起始点；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第三切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡3控制刀具行走机构的刀具移动到所述第三终止点；
通过I/O卡2控制刀具升降机构的刀具在所述第三终止点沿Z向向上移动并复位；
通过I/O卡2控制真空泵关闭；
通过I/O卡2控制压盘升降机构的压盘沿Z向向上移动并复位。
上述技术方案的工作原理为：
在切割开始前，中央控制器1需要控制真空泵开启和压盘下移，压紧布料及皮革，防止布料及皮革滑动；
在切割结束后，中央控制器1需要控制真空泵关闭和压盘上移并复位；
中央控制器1需要控制刀具移动到准备切割的第一个图形的入刀点即第一起始点，在第一起始点落刀并对图形轮廓即第一切割轮廓进行切割，切割完毕后在第一终止点提刀继续移动到准备切割的下一个图形的入刀点即第二起始点，在第二起始点落刀并对图形轮廓即第二切割轮廓进行切割，切割完毕后在第二终止点提刀继续移动到准备切割下一个图形的入刀点；
通过此切割规则，依次切割完所有图形轮廓；
在终点提刀并复位；
所述X向为切割平台的横向，所述Y向为切割平台的竖向，所述Z向为垂直于切割平台的方向；
所述压盘升降机构具体为控制压盘上移和下移的装置；
所述刀具升降机构具体为控制刀具上移和下移的装置；
所述刀具行走机构具体为控制刀具水平移动的装置；
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例通过中央控制器1控制刀具对布料及皮革按最小切割路径进行精准切割，提高了切割机切割布料及皮革的切割质量，降低了操作者的劳动强度，节约了人力成本，提高了对原材料的利用率，节约了原材料成本，提高了切割机的切割速度，提高了切割机的切割效率，大大缩短了生产周期。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，还包括：
监控中心模块，用于对切割机的运行状态进行实时监控；
CCD摄像机，用于采集切割机床表面的图像信息，与所述中央控制器1电连接；
清理设备，用于清理切割机床表面的异物，与所述中央控制器1电连接；
其中，所述清理设备包括：转台和安装在转台上的吸尘装置；
第一震动传感器，用于采集所述运动电机5的第一震动幅值，与所述中央控制器1电连接；
第二震动传感器，用于采集所述刀具的第二震动幅值，与所述中央控制器1电连接；
所述监控中心模块执行包括如下操作：
获取所述CCD摄像机采集的图像信息；
将所述图像信息与预设标准异物图像数据库作比对，确定所述切割机床上是否存在异物；
若所述切割机床上存在异物，确定异物的位置坐标，获取工作人员输入的清理确认指令，向所述清理设备发送清理指令；
若所述切割机床上不存在异物，控制CCD摄像机继续采集切割机床表面的图像信息；
获取所述第一震动传感器采集的所述第一震动幅值；
将所述第一震动幅值与预设标准运动电机震动阈值比较，确定是否向所述运动控制卡3发送运动电机震动抑制指令；
若所述第一震动幅值大于预设标准运动电机震动阈值，向所述运动控制卡3发送运动电机震动抑制指令；
获取所述第二震动传感器采集的所述第二震动幅值；
将所述第二震动幅值与预设标准刀具震动阈值比较，确定是否向所述I/O卡2发送刀具震动抑制指令；
若所述第一震动幅值大于预设标准刀具震动阈值，向所述I/O卡2发送刀具震动抑制指令；
所述清理设备执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的所述清理指令，对所述位置坐标进行清理；
所述运动控制卡3执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的运动电机震动抑制指令，减小向所述伺服驱动器4发送的脉冲；
所述I/O卡2执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的刀具震动抑制指令，减小刀具的上下移动速度。
上述技术方案的工作原理为：
例如：当切割机床上存在异物时，如果不及时对异物进行处理，不仅会造成原材料的污染，还有可能损坏刀头，严重影响切割质量；CCD摄像机具有抗震动的优点，适合安装在切割机床上；CCD摄像机实时采集切割车床上的图像信息，将图像信息与预设异物图像数据库比对，确定是否存在异物；当车床上出现异物时，工业计算机显示异物图像，如果是轻小物体，工作人员可以进行清理确认，向清理设备发送清理指令，清理设备就可以移动到相应的位置用吸尘装置直接清除异物；如果是重量大的物体，则可以人工清除，不在工业计算机上进行清理确认；当运动电机5震动幅值过高时，就会造成切割刀具的移动误差，所以需要对运动电机5的震动幅值进行实时监测，当运动电机5的震动幅值过高时，采取发送抑制信号的手段降低运动电机5的震动幅值；当刀具的震动幅值过高时，就会造成刀具切割的误差，所以需要对刀具切割的震动幅值进行实时监测，当刀具切割的震动幅值过高时，采取发送抑制信号的手段降低刀具切割的震动幅值；
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例增设了异物清理功能，减少了人工作业量，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度，还可以对刀具震动幅值和电机的震动幅值进行实时监测，提升了设备运行的稳定性和安全性。
本发明实施例提供了一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，还包括：
刀具磨损状态监测模块，用于监测刀具的磨损状态；
监测摄像机，用于采集刀具的视频图像信息，与所述中央控制器1电连接；
所述刀具磨损状态监测模块执行包括如下操作：
采用刀具候选采样框对所述刀具的视频图像信息进行扫描采样，获取多个刀具候选图像；
将所述刀具候选图像与预设刀具图像数据库中预设标准刀具图像进行比对，筛选出刀具类似图像；
将所述刀具类似图像进行边缘检测和边缘提取后获得刀具图像；
提取所述刀具图像的像素值，计算刀具的使用寿命为：
Figure GDA0003112023750000261
其中，
Figure GDA0003112023750000262
为像素值投影统计曲线在横轴上的投影面积，M为刀具图像的长度，N为刀具图像的宽度，y(p,q)为像素点(p,q)的像素值，0≤p≤M，0≤q≤N，vcut为刀具的切割速度，H为刀具的进给量，R为刀具的背吃刀量，T0为预设标准刀具正常使用寿命，k1，k2，k3，k4分别为刀具纹理像素值的投影面积、刀具的切割速度、刀具的进给量和刀具的背吃刀量对刀具使用寿命的影响程度系数；
将刀具的使用寿命与预设标准刀具剩余使用寿命阈值作比较，确定是否显示刀具磨损严重警示信息；
若刀具的使用寿命小于等于预设标准刀具剩余使用寿命阈值，显示刀具磨损严重警示信息。
上述技术方案的工作原理为：
例如：正常的刀具都需要工作人员进行定期检查和维护来确定刀具是否能够继续支持作业，通过监测摄像机采集刀具的实时图像，可以根据刀具图像的像素值的投影面积确定刀具纹理变化程度，当投影面积越大时，说明刀具的纹理越深，磨损就越严重；刀具的磨损还与刀具的切割速度有关，切割速度越高，刀具的温度就越高，就会加快刀具的磨损；刀具的磨损也与刀具的进给量和背吃刀量有关，进给量和背吃刀量越大，刀具的使用寿命就越低；
因此，通过刀具图像的像素值的投影面积、刀具的切割速度、刀具的进给量和背吃刀量计算刀具的使用寿命：
Figure GDA0003112023750000271
将刀具的使用寿命与预设标准刀具剩余使用寿命阈值作比较；
预设标准刀具剩余使用寿命阈值为预先设定好的刀具使用警戒值，当使用寿命小于等于预设标准刀具剩余使用寿命阈值时，则刀具不能再长时间使用，就要发出警告，以免发生事故；
当使用寿命大于等于预设标准刀具剩余使用寿命阈值时，则刀具可以继续使用。
上述技术方案的有益效果为：本发明实施例增设了刀具磨损状态监测功能，可以对刀具的磨损状态进行实时监测，替代了人工检查刀具磨损情况，节约了人力成本，降低了操作者的劳动强度，提升了设备运行的稳定性和安全性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，其特征在于，包括：中央控制器、与所述中央控制器电连接的I/O卡、与所述中央控制器电连接的运动控制卡、与所述运动控制卡电连接的伺服驱动器、与所述伺服驱动器电连接的运动电机、与所述I/O卡电连接的多个加工辅助设备、与所述中央控制器电连接的摄像机和与所述中央控制器电连接的激光测距仪；
其中，所述中央控制器包括：数据读取与存储模块、图样显示模块、图样排版模块、切割路径规划模块和切割控制模块；
所述运动电机包括：X轴电机、Y轴电机、旋转电机和伸缩电机；
所述伺服驱动器包括：X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器和R轴伺服驱动器；
所述多个加工辅助设备包括：刀具、压盘和真空泵；
所述摄像机用于采集布料及皮革的图像信息；
所述激光测距仪用于采集所述摄像机到所述布料及皮革之间的距离数据；
所述I/O卡控制所述刀具的上移和下移、所述压盘的上移和下移、所述真空泵的开启和关闭；
所述运动控制卡向所述伺服驱动器发送脉冲信号，所述X轴伺服驱动器驱动所述Y轴电机转动，所述Y轴伺服驱动器驱动所述X轴电机转动，所述Z轴伺服驱动器驱动所述旋转电机转动，所述R轴伺服驱动器驱动所述伸缩电机转动；
所述中央控制器执行包括如下操作：
获取所述摄像机采集的布料及皮革的图像信息；
采用布料及皮革采样框对所述布料及皮革的所述图像信息进行扫描采样，获得多个布料及皮革候选图像；
将所述布料及皮革候选图像与预设标准布料及皮革图像进行比对，获得布料及皮革类似图像；
对所述布料及皮革类似图像进行边缘提取获得布料及皮革图像；
获取所述激光测距仪采集的所述摄像机到所述布料及皮革之间的距离数据；
对布料及皮革图像和所述摄像机到所述布料及皮革之间的距离数据进行处理获得布料及皮革尺寸信息；
基于所述布料及皮革尺寸信息，制成虚拟画布；
获取用户输入或选择的图形文件；
读取并存储所述图形文件中的图元信息；
显示所述图元信息；
对所述图元信息在所述虚拟画布上进行排版处理获得排版图元信息；
对所述排版图元信息进行处理获得切割路径信息；
获取工作人员输入的切割开始指令，控制所述运动电机、所述刀具、所述压盘和所述真空泵开始运行，进行切割。
2.如权利要求1所述的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，其特征在于，所述中央控制器对所述图元信息在所述虚拟画布上进行排版处理获得排版图元信息，具体包括：
将所述图元信息中各图元排列在虚拟画布上；
制作出各图元的最小外切矩形，将各图元的最小外切矩形按照预设矩形排版规则进行排版，获得排版图元信息；
其中，制作出所述图元信息中任一图元的最小外切矩形，具体包括：
选取所述图元信息中任一图元；
所述任一图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xn,Yn)}由n个离散点(Xn,Yn)组成，n个离散点(Xn,Yn)按逆时针方向排序；
选取n个离散点(Xn,Yn)中任一离散点(Xi,Yi)及与所述任一离散点(Xi,Yi)前后相邻两个离散点(Xi－1,Yi－1)和(Xi+1,Yi+1)，计算(Xi,Yi)、(Xi－1,Yi－1)、和(Xi+1,Yi+1)三点构成的三角形的面积为：
Figure FDA0003112023740000031
若S△＞0，则离散点(Xi,Yi)为凸顶点，在图元中保留凸顶点；
若S△＜0，则离散点(Xi,Yi)为凹顶点，将凹顶点从图元中移除，并对剩余离散点按逆时针方向重新排序；
若S△＝0，则离散点(Xi,Yi)、离散点(Xi－1,Yi－1)和离散点(Xi+1,Yi+1)三点共线，继续选取任一离散点及与所述任一离散点相邻的两个离散点；
将任一图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xn,Yn)}中的离散点(Xn,Yn)做保留凸顶点、移除凸顶点处理后将剩余离散点按逆时针方向重新排序获得凸图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xk,Yk)}，凸图元{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xk,Yk)}由k个凸顶点(Xk,Yk)组成；
计算以凸图元k－1条边中任一条边为底边的外切矩形的面积，选取最小的外切矩形面积对应的外切矩形作为凸图元的最小外切矩形，获得所述任一图元的最小外切矩形；
其中，计算以凸图元k－1条边中任一条边为底边的外切矩形的面积，具体包括：
选取凸图元k－1条边中的第p条边作为外切矩形的底边，第p条边的两端顶点坐标为(Xt,Yt)和(Xt－1,Yt－1)，计算第p条边与X轴的夹角为：
Figure FDA0003112023740000032
以顶点(Xt,Yt)为中心，将凸图元旋转θ，使凸图元的第p条边与X轴平行；
旋转后的凸图元为{(X1′,Y1′),(X2′,Y2′),…,(Xk′,Yk′)}；
其中，
Figure FDA0003112023740000033
选取旋转后的凸图元{(X1′,Y1′),(X2′,Y2′),…,(Xk′,Yk′)}中Xk′的最大值Xmax′和最小值Xmin′，Yk′的最大值Ymax′和最小值Ymin′，获得(Xmin′,Ymin′)、(Xmin′,Ymax′)、(Xmax′,Ymax′)和(Xmax′,Ymin′)；
依次连接(Xmin′,Ymin′)、(Xmin′,Ymax′)、(Xmax′,Ymax′)和(Xmax′,Ymin′)，获得旋转后的凸图元的外切矩形；
计算旋转后的凸图元的外切矩形面积为：
S＝(Ymax′－Ymin′)×(Xmax′－Xmin′)。
3.如权利要求1所述的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，其特征在于，所述中央控制器对所述排版图元信息进行处理获得切割路径信息，具体包括：
所述排版图元信息{V1,V2,…,Vq,…,Vk}由k个多边形Vk组成，所述排版图元信息中的第q个多边形Vq包含的顶点为{Vq1,Vq2,…,Vqj,…,Vq|m|}，其中，|m|为多边形Vq顶点的个数，第j个多边形Vj包含的顶点为{Vj1,Vj2,…,Vjq,…,Vj|r|}，其中，|r|为多边形Vj顶点的个数；
计算刀具切割空走路径为：
Figure FDA0003112023740000041
其中，D0为刀具切割空走路径，|Vqj－Vjq|为不同多边形各顶点之间的距离，Vqj∈Vq(1≤j≤|m|)，Vjq∈Vj(1≤q≤|r|)；
选取组成所述刀具切割空走路径的顶点作为多边形的入刀点；
计算预设切割起始零点与离所述预设切割起始零点最近入刀点之间的路径为：
D1＝min{∑|V0－Vc|}；
其中，D1为预设切割起始零点与离所述预设切割起始零点最近入刀点之间的路径，D1为预设切割起始零点，Vc为多边形的入刀点；
所述刀具切割总空走路径为：
Figure FDA0003112023740000051
选取多边形的轮廓作为轮廓切割路径；
将所述刀具切割总空走路径和所述轮廓切割路径组合获得切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}；
其中，所述切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}由a个离散点(Xa,Ya)组成；
计算出a个离散点(Xa,Ya)中任意相邻两个离散点之间的移动距离和移动方向，获得切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)，La为(Xa,Ya)和(Xa－1,Ya－1)两个离散点之间的移动距离，Ta为(Xa,Ya)和(Xa－1,Ya－1)两个离散点之间的移动方向；
将所述切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)组合获得所述切割路径信息；
其中，计算两个相邻离散点间的移动距离和移动方向，具体包括：
计算两个相邻离散点间所述移动距离为：
Figure FDA0003112023740000052
两个相邻离散点间的移动方向T为矢量
Figure FDA0003112023740000053
的方向；
其中，矢量
Figure FDA0003112023740000054
4.如权利要求3所述的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，其特征在于，所述中央控制器获取工作人员输入的切割开始指令，控制所述运动电机、所述刀具、所述压盘和所述真空泵开始运行，进行切割，具体包括：
解析所述切割路径信息，获得切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)；
获取工作人员输入的开始切割指令；
基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)结合预设运动电机运行规则通过所述运动控制卡向所述伺服驱动器发送脉冲驱动所述运动电机转动，结合预设辅助设备运行规则通过I/O卡控制压盘上移、压盘下移、刀具上移、刀具下移、真空泵开启和真空泵关闭。
5.如权利要求4所述的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，其特征在于，所述中央控制器基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)结合预设运动电机运行规则通过所述运动控制卡向所述伺服驱动器发送脉冲驱动所述运动电机转动，结合预设辅助设备运行规则通过I/O卡控制压盘上移、压盘下移、刀具上移、刀具下移、真空泵开启和真空泵关闭，具体包括：
基于切割路径图{(X0,Y0),(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xa,Ya)}、切割距离(L1,L2,…,La)和切割方向(T1,T2,…,Ta)，获得第一起始点、第一切割轮廓、第一终止点、第二起始点、第二切割轮廓、第二终止点、第三起始点、第三切割轮廓和第三终止点；
通过I/O卡控制压盘升降机构的压盘沿Z向向下移动，使得压盘压紧布料及皮革；
通过I/O卡控制真空泵开启，使得真空泵抽取布料及皮革与切割平台之间间隙的空气；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第一起始点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第一起始点；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第一切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第一终止点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具在所述第一终止点沿Z向向上移动；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第二起始点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第二起始点；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第二切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第二终止点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具在所述第二终止点沿Z向向上移动；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第三起始点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具沿Z向向下移动接触所述第三起始点；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具对布料及皮革沿所述第三切割轮廓进行切割；
通过运动控制卡控制刀具行走机构的刀具移动到所述第三终止点；
通过I/O卡控制刀具升降机构的刀具在所述第三终止点沿Z向向上移动并复位；
通过I/O卡控制真空泵关闭；
通过I/O卡控制压盘升降机构的压盘沿Z向向上移动并复位。
6.如权利要求1所述的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，其特征在于，还包括：
监控中心模块，用于对切割机的运行状态进行实时监控；
CCD摄像机，用于采集切割机床表面的图像信息，与所述中央控制器电连接；
清理设备，用于清理切割机床表面的异物，与所述中央控制器电连接；
其中，所述清理设备包括：转台和安装在转台上的吸尘装置；
第一震动传感器，用于采集所述运动电机的第一震动幅值，与所述中央控制器电连接；
第二震动传感器，用于采集所述刀具的第二震动幅值，与所述中央控制器电连接；
所述监控中心模块执行包括如下操作：
获取所述CCD摄像机采集的图像信息；
将所述图像信息与预设标准异物图像数据库作比对，确定所述切割机床上是否存在异物；
若所述切割机床上存在异物，确定异物的位置坐标，获取工作人员输入的清理确认指令，向所述清理设备发送清理指令；
若所述切割机床上不存在异物，控制CCD摄像机继续采集切割机床表面的图像信息；
获取所述第一震动传感器采集的所述第一震动幅值；
将所述第一震动幅值与预设标准运动电机震动阈值比较，确定是否向所述运动控制卡发送运动电机震动抑制指令；
若所述第一震动幅值大于预设标准运动电机震动阈值，向所述运动控制卡发送运动电机震动抑制指令；
获取所述第二震动传感器采集的所述第二震动幅值；
将所述第二震动幅值与预设标准刀具震动阈值比较，确定是否向所述I/O卡发送刀具震动抑制指令；
若所述第一震动幅值大于预设标准刀具震动阈值，向所述I/O卡发送刀具震动抑制指令；
所述清理设备执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的所述清理指令，对所述位置坐标进行清理；
所述运动控制卡执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的运动电机震动抑制指令，减小向所述伺服驱动器发送的脉冲；
所述I/O卡执行包括如下操作：
接收所述监控中心模块发送的刀具震动抑制指令，减小刀具的上下移动速度。
7.如权利要求1所述的一种3D智能布料及皮革切割机控制系统，其特征在于，还包括：
刀具磨损状态监测模块，用于监测刀具的磨损状态；
监测摄像机，用于采集刀具的视频图像信息，与所述中央控制器电连接；
所述刀具磨损状态监测模块执行包括如下操作：
采用刀具候选采样框对所述刀具的视频图像信息进行扫描采样，获取多个刀具候选图像；
将所述刀具候选图像与预设刀具图像数据库中预设标准刀具图像进行比对，筛选出刀具类似图像；
将所述刀具类似图像进行边缘检测和边缘提取后获得刀具图像；
提取所述刀具图像的像素值，计算刀具的使用寿命为：
Figure FDA0003112023740000091
其中，
Figure FDA0003112023740000092
为像素值投影统计曲线在横轴上的投影面积，M为刀具图像的长度，N为刀具图像的宽度，y(p,q)为像素点(p,q)的像素值，0≤p≤M，0≤q≤N，vcut为刀具的切割速度，H为刀具的进给量，R为刀具的背吃刀量，T0为预设标准刀具正常使用寿命，k1，k2，k3，k4分别为刀具纹理像素值的投影面积、刀具的切割速度、刀具的进给量和刀具的背吃刀量对刀具使用寿命的影响程度系数；
将刀具的使用寿命与预设标准刀具剩余使用寿命阈值作比较，确定是否显示刀具磨损严重警示信息；
若刀具的使用寿命小于等于预设标准刀具剩余使用寿命阈值，显示刀具磨损严重警示信息。
CN202010684218.9A 2020-07-16 2020-07-16 一种3d智能布料及皮革切割机控制系统 Active CN111823303B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010684218.9A CN111823303B (zh) 2020-07-16 2020-07-16 一种3d智能布料及皮革切割机控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010684218.9A CN111823303B (zh) 2020-07-16 2020-07-16 一种3d智能布料及皮革切割机控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111823303A CN111823303A (zh) 2020-10-27
CN111823303B true CN111823303B (zh) 2021-07-27

Family

ID=72923414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010684218.9A Active CN111823303B (zh) 2020-07-16 2020-07-16 一种3d智能布料及皮革切割机控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111823303B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112643755B (zh) * 2020-11-30 2021-09-07 山东大学 一种基于机器视觉对任意形状的片状物进行全自动等面积分块的方法及装置
CN112831614B (zh) * 2020-12-28 2022-02-11 华科电子股份有限公司 一种皮革裁剪机头控制方法及系统
CN113997357B (zh) * 2021-10-28 2023-06-27 东莞市点亮软件有限公司 自动冲裁设备
CN114714418A (zh) * 2021-11-15 2022-07-08 广西民族大学 一种智能化甘蔗高效预切种闭环控制方法及系统
CN116512340B (zh) * 2023-05-04 2023-11-03 广州东融手袋制品有限公司 一种用于数控剪裁的智能控制方法及系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3079189B2 (ja) * 1991-02-06 2000-08-21 株式会社安川電機 板ガラス切断機の板取り方式
WO1997027522A1 (en) * 1996-01-26 1997-07-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for forming mounting data, and storage medium used therefor, and method and apparatus for mounting components using the same
TWI231437B (en) * 2003-07-18 2005-04-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd An apparatus and method for settling cutting tools
CN100445908C (zh) * 2005-12-16 2008-12-24 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 钣金整板下料系统及方法
CN1986835B (zh) * 2006-12-25 2011-08-24 浙江大学 功能集成式数控自动化皮革裁剪方法
CN207273331U (zh) * 2017-09-12 2018-04-27 浙江理工大学 一种基于图像处理优化切割路径的物料切割划线机

Also Published As

Publication number Publication date
CN111823303A (zh) 2020-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111823303B (zh) 一种3d智能布料及皮革切割机控制系统
CN108277720B (zh) 沥青搅拌站骨料级配在线检测、防溢料控制方法及系统
CN113012149B (zh) 一种智能清洗机器人路径规划方法及系统
CN102441581A (zh) 基于机器视觉的型钢断面尺寸在线检测的装置及方法
CN209446480U (zh) 车辆漆面及外观瑕疵检测装置
CN114235837A (zh) 基于机器视觉的led封装表面缺陷检测方法、装置、介质及设备
CN113618888A (zh) 外模清理打磨控制系统
CN112991259B (zh) 一种半导体制程缺陷的检测方法及系统
CN109239086A (zh) 车辆漆面及外观瑕疵检测系统
CN110394422A (zh) 一种砂型打印过程在线监控装置及方法
CN113255869A (zh) 一种基于机器视觉的板材计数系统及方法
CN115456999A (zh) 一种基于机器视觉的锯链表面缺陷自动化检测系统及缺陷检测方法
CN106000903B (zh) 一种用于检测织布机布铗刀口缝隙的非接触式检测系统及方法
CN112198227A (zh) 超声无损检测缺陷位置回溯方法
CN112102319B (zh) 脏污图像检测方法、脏污图像检测装置及脏污图像检测机构
CN112621408A (zh) 带有回收机构的透明石英管预制棒打磨系统及其控制方法
US8274597B2 (en) System and method for measuring a border of an image of an object
CN113070996A (zh) 混凝土预制件的生产控制方法控制设备及系统
CN116468703A (zh) 基于机器视觉的楼板钢筋验收方法及系统
CN206277559U (zh) 电视面框自动除尘装置
CN115791801A (zh) 基于机器视觉的3d玻璃在线监测平台
CN114897821A (zh) 探卡探针相对测试平台高度检测方法
CN210604354U (zh) 一种布料图案和字符在线采集装置
CN114998279A (zh) 一种石材大板表面凹坑和裂缝的识别定位方法
CN110646436B (zh) 一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备及其检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211125

Address after: 230088 Room 203, building 2, Chinese Academy of Sciences (Hefei) Technology Innovation Engineering Co., Ltd., No. 2666, Xiyou Road, high tech Zone, Hefei, Anhui Province

Patentee after: Hefei Zhongke Equipment Technology Co.,Ltd.

Address before: 12F, block B, World Trade Plaza, 9 Fuhong Road, Futian street, Futian District, Shenzhen, Guangdong 518000

Patentee before: Zhongke Longren Hi Tech Co.,Ltd.