CN112021731A - 基于视觉识别技术的鞋面改刀方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉识别技术的鞋面改刀方法，包括：相机校正步骤、视觉模板制作步骤、关联标准样片步骤，关联标准样片步骤为将标准样片的CAD文件导入视觉系统，并在标准样片上标记特征点，特征点的位置与所制作的模板的输出点对应，特征点的数量支持2个或多个，然后将标准样片文件与模板品种号关联并保存，方便后期重复使用；识别切割步骤，将鞋面放入拍照区并打开标准样片文件，视觉系统首先拍照识别并返回相关坐标值，坐标值经过校正、计算后得到相关角度及位置，将标准样片进行坐标变换，变换后的标准样片数据被传送至切割预处理模块，然后送料至切割区，切割机开始切割。此外，本发明还公开了一种基于视觉识别技术的鞋面改刀系统。

Description

基于视觉识别技术的鞋面改刀方法及系统

技术领域

本发明涉及鞋面改刀的技术，尤其涉及一种基于视觉识别技术的鞋面改刀 方法及系统。

背景技术

鞋子行业传统的鞋面改刀一般是用人工挂钉加刀模冲裁或人工挂钉后由激 光切割机切割。人工挂钉一次要挂8至10个孔，孔多且不标准，挂钉之前还要 逐个扩孔，效率低下且较容易伤手。挂钉加刀模冲裁方法在应对多样化、小订 单时会造成刀模的巨大浪费，挂钉加激光切割的方法虽然较灵活，但激光很不 环保且很多鞋面材料如白色材料加工后会烧焦、发黄，无法应用，只能换到挂 钉加刀模方法。

因此，亟需一种基于视觉识别技术的鞋面改刀方法及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于视觉识别技术的鞋面改刀方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：本发明实施例提供一种基 于视觉识别技术的鞋面改刀方法，包括：

相机校正步骤，按照设定值制作包含多个十字的文件并用切割机画出来， 在视觉系统中制作十字模板，拍照并读取十字中心坐标，相机找到所有的十字 并进行校正；

视觉模板制作步骤：在软件上选定模板的区域，然后选定搜索区域及要输 出的点，查找时首先利用位置补正模板找到大概的位置及角度，然后在此基础 上精确查找普通模板；

具体地，视觉识别利用视觉领域较成熟的基于灰度值的模板匹配方法，找 到特定特征的位置坐标，然后与标准样片中的特征点坐标做比较，得出合适的 角度及位置。

视觉模板制作，本系统中的模板包括位置旋转补正模板及普通模板。模板 制作时首先选定模板区域，区域的形状可以为矩形、标准圆、椭圆及任意多边 形；然后选定搜索区域及要输出的点。查找时系统首先利用位置补正模板找到 大概的位置及角度，然后在此基础上精确查找普通模板；位置补正模板及普通 模板从属于一个品种，品种可以复制、粘贴，方便不同型体、不同尺码的鞋面 创建模板。

关联标准样片步骤，将标准样片的CAD文件导入视觉系统，并在标准样片 上标记特征点，特征点的位置与所制作的模板的输出点对应，特征点的数量支 持2个或多个，然后将标准样片文件与模板品种号关联并保存，方便后期重复 使用；

识别切割步骤，将鞋面放入拍照区并打开标准样片文件，视觉系统首先拍 照识别并返回相关坐标值，坐标值经过校正、计算后得到相关角度及位置，将 标准样片进行坐标变换，变换后的标准样片数据被传送至切割预处理模块，然 后送料至切割区，切割机开始切割。

所述模板制作步骤中，所述位置补正模板及普通模板从属于一个品种，品 种可以复制、粘贴，方便不同型体、不同尺码的鞋面创建模板。

所述识别切割步骤中，同时视觉系统拍照识别下一个送过来的鞋面，坐标 变换后同样将样片数据放入切割预处理模块，切割结束后系统自动送料并启动 新的切割。

为了实现上述目的，本发明还提供的技术方案为：提供一种基于视觉识别 技术的鞋面改刀系统，其特征在于，包括：

相机校正单元，按照设定值制作包含多个十字的文件并用切割机画出来， 在视觉系统中制作十字模板，拍照并读取十字中心坐标，相机找到所有的十字 并进行校正；

视觉模板制作单元，在软件上选定模板的区域，然后选定搜索区域及要输 出的点，查找时首先利用位置补正模板找到大概的位置及角度，然后在此基础 上精确查找普通模板；

关联标准样片单元，将标准样片的CAD文件导入视觉系统，并在标准样片 上标记特征点，特征点的位置与所制作的模板的输出点对应，特征点的数量支 持2个或多个，然后将标准样片文件与模板品种号关联并保存，方便后期重复 使用；

识别切割单元，将鞋面放入拍照区并打开标准样片文件，视觉系统首先拍 照识别并返回相关坐标值，坐标值经过校正、计算后得到相关角度及位置，将 标准样片进行坐标变换，变换后的标准样片数据被传送至切割预处理模块，然 后送料至切割区，切割机开始切割。

所述模板制作单元中，所述视觉系统中的模板包括位置补正模板及普通模 板，模板制作时首先选定模板区域，模板区域的形状可以为矩形、标准圆、椭 圆及任意多边形，然后选定搜索区域及要输出的点。

所述模板制作单元中，所述位置补正模板及普通模板从属于一个品种，品 种可以复制、粘贴，方便不同型体、不同尺码的鞋面创建模板。

所述识别切割单元中，同时视觉系统拍照识别下一个送过来的鞋面，坐标 变换后同样将样片数据放入切割预处理模块，切割结束后系统自动送料并启动 新的切割。

对比传统的作业方式，本技术有以下优点：

提高了效率，操作人员不用再逐个挂钉；

避免了小单多样化时的刀模浪费；

对比激光切割机更加环保；

可以加工激光切割机不能加工的多种鞋面材料，如白色等。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释 本发明的实施例。

附图说明

图1所示为相机校正流程图。

图2所示为识别切割流程图。

图3a～3c变换样片数据的几何示图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元 件。

本系统首先利用视觉设备识别鞋面上特定的区域并输出相应的坐标点，然 后与标准样片中的坐标点做比较，计算得出合适的位置及角度，最终在切割机 上切出标准样片。系统主要包括相机校正、视觉模板制作、关联标准样片、识 别切割步骤及方案。

如上所述，本发明的一个实施例提供一种基于视觉识别技术的鞋面改刀方 法，包括：

参考图1，图1为相机校正的流程图，在相机校正步骤中，首先需要设定校 正的起始点坐标、长宽尺寸及等分数，按照设定值由CAD软件制作包含多个十 字的文件并用切割机软件导入后画出来，在视觉系统中制作十字模板，拍照并 读取十字中心坐标，具体是，通过相机拍照、识别读取所有的十字中心坐标， 十字中心坐标可以是所有十字中的任意一点，判断相机是否找到所有的十字并 进行校正，如果否，则重新拍照读取十字中心坐标，直到相机找到所有的十字 为止，待相机找到所有的十字则进行校正；

本步骤中，相机校正，使用的是标准的工业相机。按鞋面的最大尺寸设计， 相机的视野范围为380mm×320mm，在此尺寸时镜头会产生较大畸变，为保证 识别的准确度，需要对镜头进行校正。

视觉模板制作步骤：在软件上选定模板的区域，然后选定搜索区域及要输 出的点，查找时首先利用位置补正模板找到大概的位置及角度，然后在此基础 上精确查找普通模板；

位置补正模板属于模板的一种，匹配后会得到相应的位置及角度，普通模 板在此位置及角度基础上精确匹配，得到其位置及角度。利用位置补正模板提 高了匹配速度。关联标准样片步骤，将标准样片的CAD文件导入视觉系统，并 在标准样片上标记特征点，特征点的位置与所制作的模板的输出点对应，特征 点的数量支持2个或多个，然后将标准样片文件与模板品种号关联并保存，方 便后期重复使用；

识别切割步骤，将鞋面放入拍照区并打开标准样片文件，视觉系统首先拍 照识别并返回相关坐标值，坐标值经过校正、计算后得到相关角度及位置，将 标准样片进行坐标变换，变换后的标准样片数据被传送至切割预处理模块，然 后送料至切割区，切割机开始切割。

具体地，参考图2，3a～3c：

开始；

步骤01，切割机软件中导入样片文件并设置当前品种，其中，样片包括3 个特征点：如图3a所示：P0:(x0，y0),P1:(x1，y1),P2:(x2，y2)；

步骤02，按下启动按钮；

步骤03，拍照并得到输出坐标，具体的拍照并得到模板匹配后的特征点标 记为：P01:(x01，y01),P11:(x11，y11),P21:(x21，y21)；

步骤04，判断点是否全部找到，即点p01，p11，p21的x及y值都大于0？ 如果否，则进入步骤04a，直到找到3个特征点，或者结束，若是则进入步骤 05；

步骤04a，判断是否继续拍照，若是则进入步骤03，若否，则结束。

步骤05，校正所有输出点并计算偏移及角度值，即校正p01，p11，p21， 并得到校正后的点p02:(x02,y02)，p12(x12,y12)，p22(x22,y22)；

步骤06，变换样片数据并传送至切割预处理模块，具体的，如图3a、3b， 将p0平移至p02，得到偏移量Δx＝x02-x0，Δy＝y02-x0，Δx＝x02-x0，点p1的 xy坐标分别与Δx，Δy相加，得到点p13:(x13,y13)，其中x13＝x1+Δx，y13＝x1+ Δy；

求三点p13，p02，p12之间的夹角θ1取值范围：(0，180度)；

重复上述步骤，依次求取线段p0p2与线段p02p22之间的夹角θ2、线段p1p2 与线段p12p22之间的夹角θ3，取值范围同θ1；

求三个夹角的平均值θ，θ＝(θ1+θ2+θ3)/3；

三个夹角的平均值θ的作用是误差平均化。

计算p0,p1,p2三点的中心点，pc:(xc,yc)，xc＝(x0+x1+x2)/3，yc＝(y0+y1+y2)/3；

计算p02,p12,p22三点的中心点，pc2:(xc2,yc2)，xc2＝(x02+x12+x22)/3， yc2＝(y02+y12+y22)/3；

计算中心点pc至中心点pc2的偏移量Δx2、Δy2，Δx2＝xc2-xc，Δ y2＝yc2-yc；

变换样片数据，将样片中所有的点的坐标先平移后旋转，平移量为：(Δx2、 Δy2)，旋转角度为θ，旋转中心为pc2；

变换的作用实现了将标准图形变换到了实际位置。

将变换后的样片数据传送至运动缓冲区；

步骤07，送料；

步骤08，样片数据是否已传送至运动缓冲腔，若否则进入步骤4a，若是则 进入步骤09；

步骤09，开始切割、拍照、模板匹配并计算新样片上的角度及偏移值。

所述模板制作步骤中，所述视觉系统中的模板包括位置补正模板及普通模 板，模板制作时首先选定模板区域，模板区域的形状可以为矩形、标准圆、椭 圆及任意多边形，然后选定搜索区域及要输出的点。

所述模板制作步骤中，所述位置补正模板及普通模板从属于一个品种，品 种可以复制、粘贴，方便不同型体、不同尺码的鞋面创建模板。

所述识别切割步骤中，同时视觉系统拍照识别下一个送过来的鞋面，坐标 变换后同样将样片数据放入切割预处理模块，切割结束后系统自动送料并启动 新的切割。

本发明实施例还提供一种基于视觉识别技术的鞋面改刀系统：

参考图1，图1为相机校正的流程图，在相机校正单元中，首先需要设定校 正的起始点坐标、长宽尺寸及等分数，按照设定值制作包含多个十字的文件并 用切割机画出来，在视觉系统中制作十字模板，拍照并读取十字中心坐标，判 断相机是否找到所有的十字并进行校正，如果否则重新拍照读取十字中心坐标， 直到相机找到所有的十字为止，待相机找到所有的十字则进行校正；

视觉模板制作单元：在软件上选定模板的区域，然后选定搜索区域及要输 出的点，查找时首先利用位置补正模板找到大概的位置及角度，然后在此基础 上精确查找普通模板；

关联标准样片单元，将标准样片的CAD文件导入视觉系统，并在标准样片 上标记特征点，特征点的位置与所制作的模板的输出点对应，特征点的数量支 持2个或多个，然后将标准样片文件与模板品种号关联并保存，方便后期重复 使用；

识别切割单元，将鞋面放入拍照区并打开标准样片文件，视觉系统首先拍 照识别并返回相关坐标值，坐标值经过校正、计算后得到相关角度及位置，将 标准样片进行坐标变换，变换后的标准样片数据被传送至切割预处理模块，然 后送料至切割区，切割机开始切割。

具体地，参考图2，3a～3c：

开始；

步骤01，切割机软件中导入样片文件并设置当前品种，其中，样片包括3 个特征点P0:(x0，y0),P1:(x1，y1),P2:(x2，y2)；

步骤02，按下启动按钮；

步骤03，拍照并得到输出坐标，具体的拍照并得到模板匹配后的特征点 P01:(x01，y01),P11:(x11，y11),P21:(x21，y21)；

步骤04，判断点是否全部找到，即点p01，p11，p21的x及y值都大于0？ 如果否，则进入步骤04a，直到找到3个特征点，或者结束，若是则进入步骤 05；

步骤04a，判断是否继续拍照，若是则进入步骤03，若否则结束。

步骤05，校正所有输出点并计算偏移及角度值，即校正p01，p11，p21， 并得到校正后的点p02:(x02,y02)，p12(x12,y12)，p22(x22,y22)；

步骤06，变换样片数据并传送至切割预处理模块，具体的，如图3a、3b， 将p0平移至p02，得到偏移量Δx＝x02-x0，Δy＝y02-x0，Δx＝x02-x0，点p1的 xy坐标分别与Δx，Δy相加，得到点p13:(x13,y13)，其中x13＝x1+Δx，y13＝x1+ Δy；

求三点p13，p02，p12之间的夹角θ1取值范围：(0，180度)；

重复上述步骤，依次求取线段p0p2与线段p02p22之间的夹角θ2、线段p1p2 与线段p12p22之间的夹角θ3，取值范围同θ1；

求三个夹角的平均值θ，θ＝(θ1+θ2+θ3)/3；

计算p0,p1,p2三点的中心点，pc:(xc,yc)，xc＝(x0+x1+x2)/3，yc＝(y0+y1+y2)/3；

计算p02,p12,p22三点的中心点，pc2:(xc2,yc2)，xc2＝(x02+x12+x22)/3， yc2＝(y02+y12+y22)/3；

计算中心点pc至中心点pc2的偏移量Δx2、Δy2，Δx2＝xc2-xc，Δ y2＝yc2-yc；

变换样片数据，将样片中所有的点的坐标先平移后旋转，平移量为：(Δx2、 Δy2)，旋转角度为θ，旋转中心为pc2；

将变换后的样片数据传送至运动缓冲区；

步骤07，送料；

步骤08，样片数据是否已传送至运动缓冲腔，若否则进入步骤4a，若是则 进入步骤09；

步骤09，开始切割、拍照、模板匹配并计算新样片上的角度及偏移值。

所述模板制作步骤中，所述视觉系统中的模板包括位置补正模板及普通模 板，模板制作时首先选定模板区域，模板区域的形状可以为矩形、标准圆、椭 圆及任意多边形，然后选定搜索区域及要输出的点。

所述模板制作单元中，所述位置补正模板及普通模板从属于一个品种，品 种可以复制、粘贴，方便不同型体、不同尺码的鞋面创建模板。

所述识别切割单元中，同时视觉系统拍照识别下一个送过来的鞋面，坐标 变换后同样将样片数据放入切割预处理模块，切割结束后系统自动送料并启动 新的切割。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明 之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖 的范围。

Claims (8)

1.一种基于视觉识别技术的鞋面改刀方法，其特征在于，包括：

相机校正步骤，按照设定值在CAD软件上制作包含多个十字的文件并用切割机软件导入后画出来，在视觉系统中制作十字模板，拍照并读取十字中心坐标，相机找到所有的十字并进行校正；

视觉模板制作步骤：在软件上选定模板的区域，然后选定搜索区域及要输出的点，查找时首先利用位置补正模板找到大概的位置及角度，然后在此基础上精确查找普通模板；

关联标准样片步骤，将标准样片的CAD文件导入视觉系统，并在标准样片上标记特征点，特征点的位置与所制作的模板的输出点对应，特征点的数量支持2个或多个，然后将标准样片文件与模板品种号关联并保存，方便后期重复使用；

识别切割步骤，将鞋面放入拍照区并打开标准样片文件，视觉系统首先拍照识别并返回相关坐标值，坐标值经过校正、计算后得到相关角度及位置，将标准样片进行坐标变换，变换后的标准样片数据被传送至切割预处理模块，然后送料至切割区，切割机开始切割。

2.如权利要求1所述的基于视觉识别技术的鞋面改刀方法，其特征在于，所述模板制作步骤中，所述视觉系统中的模板包括位置补正模板及普通模板，模板制作时首先选定模板区域，模板区域的形状可以为矩形、标准圆、椭圆及任意多边形，然后选定搜索区域及要输出的点。

3.如权利要求1或2所述的基于视觉识别技术的鞋面改刀方法，其特征在于，所述模板制作步骤中，所述位置补正模板及普通模板从属于一个品种，品种可以复制、粘贴，方便不同型体、不同尺码的鞋面创建模板。

4.如权利要求1所述的基于视觉识别技术的鞋面改刀方法，其特征在于，所述识别切割步骤中，同时视觉系统拍照识别下一个送过来的鞋面，坐标变换后同样将样片数据放入切割预处理模块，切割结束后系统自动送料并启动新的切割。

5.一种基于视觉识别技术的鞋面改刀系统，其特征在于，包括：

相机校正单元，按照设定值在CAD软件上制作包含多个十字的文件并用切割机软件导入后画出来，在视觉系统中制作十字模板，拍照并读取十字中心坐标，相机找到所有的十字并进行校正；

视觉模板制作单元，在软件上选定模板的区域，然后选定搜索区域及要输出的点，查找时首先利用位置补正模板找到大概的位置及角度，然后在此基础上精确查找普通模板；

关联标准样片单元，将标准样片的CAD文件导入视觉系统，并在标准样片上标记特征点，特征点的位置与所制作的模板的输出点对应，特征点的数量支持2个或多个，然后将标准样片文件与模板品种号关联并保存，方便后期重复使用；

识别切割单元，将鞋面放入拍照区并打开标准样片文件，视觉系统首先拍照识别并返回相关坐标值，坐标值经过校正、计算后得到相关角度及位置，将标准样片进行坐标变换，变换后的标准样片数据被传送至切割预处理模块，然后送料至切割区，切割机开始切割。

6.如权利要求5所述的基于视觉识别技术的鞋面改刀系统，其特征在于，所述模板制作单元中，所述视觉系统中的模板包括位置补正模板及普通模板，模板制作时首先选定模板区域，模板区域的形状可以为矩形、标准圆、椭圆及任意多边形，然后选定搜索区域及要输出的点。

7.如权利要求5或6所述的基于视觉识别技术的鞋面改刀系统，其特征在于，所述模板制作单元中，所述位置补正模板及普通模板从属于一个品种，品种可以复制、粘贴，方便不同型体、不同尺码的鞋面创建模板。

8.如权利要求5所述的基于视觉识别技术的鞋面改刀系统，其特征在于，所述识别切割单元中，同时视觉系统拍照识别下一个送过来的鞋面，坐标变换后同样将样片数据放入切割预处理模块，切割结束后系统自动送料并启动新的切割。

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