基于DST文件解析与机器视觉结合的绣布激光切割系统研究

摘要

在毛绒玩具制造业中，制造毛绒玩具的布片是利用激光切割机切割加工后的绣布产生的。由于老式激光切割机在切割时采用人工定位切割线的方式，整个过程由工人手工操作，非常浪费劳动力，而且切割精度很难保证。为此本文提出一种基于DST文件[1][2](Digital Scheme of Tajima:电脑绣花机使用的绣花CAD文件)解析与机器视觉结合的激光切割系统:通过机器视觉的方式提取放置在切割机上的绣布图像信息，获取绣布图像内部的特征并与DST文件解析得到的结果进行匹配，最终将设计的切割线映射到切割机坐标系中，以此来实现切割线的自主定位。
　　首先，根据DST文件的组成格式，对该文件进行解析:对读入的数据进行判断，判断出每一单位数据的具体操作。由于DST文件包含多个单元，一次性处理所有单元难度较大，因此本文采用分单元处理的方式，在解析过程中分别提取每一个单元的质心、Hu矩特征[3]与切割线信息。
　　其次，提取绣布图像信息并处理。第一次使用相机时需要进行标定，以获取相机的内参矩阵、畸变参数，本文采用改进的张正友棋盘格标定法[4][5]对相机进行标定，并运用切割圆方法获取切割机坐标系到相机坐标系的变换矩阵。对于绣布图像，同样采用分单元进行处理:根据DST文件解析的结果，在绣布图像中大致确定各单元的位置，对每一个单元运用多点漫水填充法进行二值化处理，提取单元的质心与Hu矩特征，并与DST文件中对应单元进行匹配，从而计算出由DST文件坐标系到相机坐标系的仿射变换矩阵，并将DST文件解析获取的切割线根据获得的两个变换矩阵映射到切割机坐标系中。
　　最后，在激光切割机上实际运行本系统对绣布进行加工操作，通过切割实验验证本系统的有效性。实验结果表明，依靠本文设计的切割系统，能够很好地解决切割线定位依赖人工手工操作的问题，极大地提高切割机的切割精度与切割速度，并且可以将工人从繁重的工业生产过程中解脱出来，减少行业对工人生产技艺的依赖，简化生产过程，具有很高的实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．3 课题来源

1．4 论文的主要工作与章节安排

第二章 新型绣布自动切割方法总体框架

2．1 原有切割系统介绍与问题分析

2．2 改进的切割方法提出与流程介绍

2．3 小结

第三章 DST文件解析

3．1 DST文件的组成

3．1．1 文件头组成

3．1．2 DST文件体组成

3．2 整版DST文件中的单元获取

3．2．1 DST文件体解析

3．2．2 整幅文件外边框的判断

3．2．3 DST文件中各单元边框的判断

3．2．4 DST单元内部特征获取

3．3 小结

第四章 绣布图像提取与处理

4．1 绣布图像提取

4．1．1 相机标定

4．1．2 图像提取

4．2 绣布图像处理

4．2．1 绣布单元定位

4．2．2 绣布图像二值化

4．2．3 花型单元特征提取

4．3 匹配

4．4 切割线映射

4．5 小结

第五章 系统验证与结果分析

5．1 切割系统简介

5．1．1 系统硬件改造

5．1．2 系统软件构成

5．1．3 运动控制器介绍

5．2 实验验证

5．3 结果分析

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果