基于视觉的皮革自适应切割技术研究

摘要

进入20世纪以来，皮革制品逐渐进入普通百姓家庭，其需求量在不断增大，其款式也在不断更新，制品工艺也更加细致。皮革制品企业为了寻求加工率将多张皮革堆叠裁剪切割出其大致轮廓，细节轮廓或难以加工的轮廓通过传统的人工与半自动化皮革裁剪设备进行二次切割裁剪，随着皮革制品的要求越来越高，该工艺无法满足当前皮革制品所需。随着机器视觉技术与图像处理技术的快速发展，以视觉图像处理技术为核心的智能化设备已成为当今企业设备升级改造的方向。本文将基于视觉图像处理技术，以半成品皮革的二次切割为研究对象，开发设计了一套自适应皮革材料切割装置。 本文主要对基于视觉处理技术自适应皮革切割装置的研发，包括装置的机械结构设计，皮革图像处理的关键算法与算法实现效果，运动控制系统的框架搭建及切割轨迹的插补算法及分析，样机的功能测试与实验分析等。 首先对当前皮革切割装置的研究现状进行分析，对皮革切割行业的需求进行调研分析，根据皮革切割装置的性能指标，构建了以视觉图像处理技术为核心的整体设计方案。对皮革切割装置的机械硬件进行了选型设计，对皮革切割装置关键部件结构进行了设计，使皮革在传输带上平稳运动不发生位姿变化，为装置的图像处理、轨迹切割等奠定基础。 其次针对皮革图像处理进行了相关算法的设计，包括图像双边滤波算法、图像二值化算法、轮廓腐蚀膨胀算法、边界追踪提取皮革轮廓算法、实现皮革轮廓匹配的Hu矩算法。提出利用轮廓最小外接圆的方法来选取皮革的关键参考点，利用模板皮革与当前皮革的关键参考点求出欧式变换矩阵，根据欧式变换矩阵生成当前皮革所需的切割轨迹，将切割轨迹传递给运动控制系统。 再次对运动控制系统的框架进行搭建，并对运动控制系统的硬件进行选型及I/O接口分配，结合切割轨迹进行直线、圆弧、曲线的插补运算及误差分析，利用上位机结合运动控制卡的模式完成切割运动。 最后对皮革切割装置两条传输带带速差、皮革切割尺寸精度等进行了实验，实验结果表明本文提出的基于视觉图像处理技术的自适应皮革切割装置的切割效率、精度都远高于人工切割和半自动化切割设备，皮革切割成功率96％以上，达到性能指标要求符合生产需要。同时也分析了实验中存在的一些问题明确了皮革切割装置的改进方向，在将来的研究中将会进一步改进装置以满足更高的生产要求。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究的背景及意义

1．2国内外研究现状及分析

1．2．1皮革裁剪技术研究

1．2．2视觉技术在皮革中的应用

1．3课题主要研究内容

第二章皮革切割装置的系统框架与结构设计

2．1切割系统总体设计方案

2．1．1切割装置性能指标分析

2．1．2切割系统总体方案分析

2．2皮革切割装置的结构设计

2．2．1框架结构的总体设计

2．2．2切割装置的硬件选型

2．2．3传输带衔接设计

2．2．4鼓形传输轴结构设计

2．2．5传输带计米器的结构设计

2．3本章小结

第三章基于视觉的皮革形状识别

3．1视觉系统的总体框架

3．1．1图像采集系统的搭建

3．1．2相机光源的选型

3．2皮革轮廓的提取

3．2．1图像预处理

3．2．2皮革图像分割

3．2．3皮革轮廓的坐标转换

3．3皮革切割轨迹的生成

3．3．1皮革样品的识别

3．3．2皮革样品的配准

3．4算法实现的案例

3．4．1图像去噪效果

3．4．2皮革轮廓提取效果

3．4．3皮革轮廓匹配效果

3．4．4皮革切割轨迹配准效果

3．4．5算法处理的实时性

3．5本章小结

第四章皮革切割运动控制系统

4．1运动控制系统硬件组成

4．1．1运动控制总体设计方案

4．1．2硬件选型与设计

4．1．3运动控制系统硬件分配

4．1．4运动控制电气柜布局设计

4．2运动轨迹的插补计算

4．2．1直线插补

4．2．2圆弧插补

4．2．3三次样条函数插补

4．3运动控制软件开发

4．3．1软件功能分析

4．3．2软件开发流程

4．3．3 MFC界面设计

4．4本章小结

第五章皮革切割装置实验与结果分析

5．1实验平台的搭建

5．2传输带线速度误差实验及分析

5．3皮革切割实验及分析

5．3．1皮革切割效率及外观缺陷实验

5．3．2皮革切割尺寸精度实验

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献