一种基于机器视觉的毛边木板对中及输送机构的制作方法
本发明涉及木材加工技术领域，尤其是一种基于机器视觉的毛边木板对中及输送机构。
背景技术：
随着市场经济高速发展和人民生活水平的不断提高，实木板材的需求量持续快速增长，我国已成为锯材加工消耗第一大国。以木工机械技术升级促进木材高利用率、高质、高效利用的趋势，使得国内木工机械进入了改革的快车道。由于国内制材技术相对落后，设备自动化水平较低，毛边锯材加工过程普遍采用人工检测方式进行锯材毛边和表面质量的检测和判断，导致对原材料的综合利用效率较低，初等级的产品较多和精细加工的产品较少，而高度智能化与自动化的木工装备极为欠缺。市场上各类木质板材输送机械无法实现自动对中，存在分散跑偏，影响正常加工。而人工方式进行对中处理存在效率低、劳动强度大、成本高等问题。
技术实现要素：
本发明提出一种基于机器视觉的毛边木板对中及输送机构，能在毛边锯材输送时自动调整毛边锯材锯切时的位姿状态。
本发明采用以下技术方案。
一种基于机器视觉的毛边木板对中及输送机构，所述对中及输送机构包括控制模块、输送辊道、限位机构（12）、第一板姿调整模块（13）、第二板姿调整模块（14）、机器视觉组件；所述输送辊道的输送面处设有位于辊子（2）间隔处的挡位板升降口和托架升降口；所述挡位板升降口位于辊道后段或中段；所述第一、二板姿调整模块均包括可通过托架升降口升降的托架；所述限位机构包括可通过挡位板升降口升降的挡位板（41）；所述挡位板的初始位高于输送辊道输送面且初始位处设有板材传感器，当输送辊道输送的板材被挡位板阻挡时，所述第一、二板姿调整模块以托架托举板材至机器视觉组件的拍摄位，机器视觉组件对板材拍照并对照片进行分析，控制模块根据分析结果控制第一、二板姿调整模块运动以调整板材在水平面内的板材姿态。
所述第一板姿调整模块还包括竖向的第一气缸、水平向的第一丝杆滑块机构；所述第二板姿调整模块还包括竖向的第二气缸、水平向的第二丝杆滑块机构；所述限位机构还包括用于驱动挡位板升降的挡位气缸（42）；所述挡位气缸固定于水平向的支撑横梁（43）上；所述挡位板的板面垂直于输送辊道的输送方向；
第一板姿调整模块的托架为以第一气缸（22）垂直支撑于第一丝杆滑块机构（23）的滑块上的第一托架（21）；第二板姿调整模块的托架为以第二气缸（32）垂直支撑于第二丝杆滑块机构（33）的滑块上的第二托架（31）；第一、二托架均呈t形且t形的水平边垂直于输送辊道的输送方向；第一、二板姿调整模块通过调整板材在水平面内的板材姿态以利于后续锯切工序加工。
当第一板姿调整模块对其托举的板材进行姿态调整时，通过第一丝杆滑块机构移动第一气缸位置以改变第一托架所托举板材部位的位置；当第二板姿调整模块对其托举的板材进行姿态调整时，通过第二丝杆滑块机构移动第二气缸位置以改变第二托架所托举板材部位的位置。
所述输送辊道为设于传送带机架（1）上的水平向输送辊道；所述支撑横梁、第一丝杆滑块机构、第二丝杆滑块机构设于传送带机架处且位于输送辊道下方；所述板材为毛边锯材；当输送辊道输送毛边锯材时，毛边锯材以单块间隔方式有序地进入输送辊道的输送面。
所述输送辊道由减速电机（11）经链轮（10）、传动链条（9）驱动并保持匀速传动；所述输送辊道的辊子与机架连接处设有法兰轴承（8）；所述辊子为表面粗糙的包胶滚筒。
所述机器视觉组件包括工业相机、机器视觉检测系统和设于输送辊道中段或后段的龙门式相机支架（3）；所述龙门式相机支架的上部中央处设有工业相机（5）；所述工业相机的拍摄位处设第一激光传感器（6）；所述挡位板初始位处的板材传感器为第二激光传感器（7）；所述机器视觉检测系统与工业相机相连以获取拍摄位处的毛边锯材照片并对其分析；所述辊子表面的颜色采用与毛边锯材颜色具有较大对比度的深颜色或黑色。
所述对中及输送机构对毛边锯材进行对中时，按以下步骤进行；
a1、毛边锯材以单块间隔方式有序地进入输送辊道的输送面；
a2、当毛边锯材运动至被挡位板挡住时，所述第二激光传感器被触发；
a3、控制模块控制第一、二板姿调整模块以托架托举板材至机器视觉组件的拍摄位，第一激光传感器被触发；
a4、挡位气缸驱动挡位板下降脱离毛边锯材；
a5、工业相机采集毛边锯材的俯视向静态照片并传输至机器视觉检测系统；
a6、所述机器视觉检测系统对毛边锯材照片进行分析以生成后续锯切方案，所述后续锯切方案中包括毛边锯材的摆放姿态；
a7、所述控制模块控制第一丝杆滑块机构移动第一气缸位置以改变第一托架所托举毛边锯材部位在水平面内的位置，控制第二丝杆滑块机构移动第二气缸位置以改变第二托架所托举毛边锯材部位在水平面内的位置，以使毛边锯材的俯视向姿态符合后续锯切方案中毛边锯材的摆放姿态；
a8、第一气缸驱动第一托架回缩至输送辊道传输面下方，第二气缸驱动第二托架回缩至输送辊道传输面下方，第一、二托架的回缩速度相同，使调整好摆放姿态的毛边锯材重新放置于输送辊道传输面上，并被输送辊道送至后续工序；
a9、挡位气缸驱动挡位板上升至输送辊道传输面上方的初始位置。
所述龙门式相机支架处还设有位于工业相机旁侧的补光光源（4）。
所述龙门式相机支架覆以黑色密封罩。
所述机器视觉组件对照片进行分析时，使用高级直边方法实现有效锯材直线边缘查找及边缘检测；
所述高级直边方法在搜索路径上使用近似于傅里叶变换的canny一阶导数内核算子来计算边缘强度，设
所述高级直边方法的边缘检测为有效锯材边缘查找过程，通过高斯滤波器进行平滑处理以减少噪声，在搜索方向的各坐标点上均计算梯度值
所述有效锯材边缘查找过程基于选用最佳边缘靶子的方法，通过将二维搜索区域内搜索到的最强最好边缘点组成的一维最佳边缘点数组来找到直边位置；搜索参数包括最小边缘强度、最小边缘信噪比、内核尺寸、间距、投影宽度、插值方法、投影方法；当查找有效锯材左侧直边时，采用从图片左端到图片右端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性；查找有效锯材右侧直边时，采用从图片右端到图片左端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性；查找有效锯材上侧直边时，采用从图片上端到图片下端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性；查找有效锯材下侧直边时，采用从图片下端到图片上端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性。
本发明能采集毛边锯材图像信息并通过软件分析处理，获取毛边锯材的位姿及最佳锯切方案，以精确调整毛边锯材锯切时的位姿状态。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的示意图；
附图2是限位机构的示意图；
附图3是第一板姿调整模块的示意图；
附图4是第二板姿调整模块的示意图；
附图5是毛边锯材摆放姿态调整前后的变化示意图；
附图6是本发明的工作流程示意图；
图中：1-传送带机架；2-辊子；3-龙门式相机支架；4-补光光源；5-工业相机；6-第一激光传感器；7-第二激光传感器；8-法兰轴承；9-传动链条；10-链轮；11-减速电机；12-限位机构；13-第一板姿调整模块；14-第二板姿调整模块；21-第一托架；22-第一气缸；23-第一丝杆滑块机构；31-第二托架；32-第二气缸；33-第二丝杆滑块机构；41-挡位板；42-挡位气缸；43-支撑横梁；
101-托架升降口；102-挡位板升降口；103-板材；104-输送辊道。
具体实施方式
如图1-6所示，一种基于机器视觉的毛边木板对中及输送机构，所述对中及输送机构包括控制模块、输送辊道104、限位机构12、第一板姿调整模块13、第二板姿调整模块14、机器视觉组件；所述输送辊道的输送面处设有位于辊子2间隔处的挡位板升降口102和托架升降口101；所述挡位板升降口位于辊道后段或中段；所述第一、二板姿调整模块均包括可通过托架升降口升降的托架；所述限位机构包括可通过挡位板升降口升降的挡位板41；所述挡位板的初始位高于输送辊道输送面且初始位处设有板材传感器，当输送辊道输送的板材103被挡位板阻挡时，所述第一、二板姿调整模块以托架托举板材至机器视觉组件的拍摄位，机器视觉组件对板材拍照并对照片进行分析，控制模块根据分析结果控制第一、二板姿调整模块运动以调整板材在水平面内的板材姿态。
所述第一板姿调整模块还包括竖向的第一气缸、水平向的第一丝杆滑块机构；所述第二板姿调整模块还包括竖向的第二气缸、水平向的第二丝杆滑块机构；所述限位机构还包括用于驱动挡位板升降的挡位气缸42；所述挡位气缸固定于水平向的支撑横梁43上；所述挡位板的板面垂直于输送辊道的输送方向；
第一板姿调整模块的托架为以第一气缸22垂直支撑于第一丝杆滑块机构23的滑块上的第一托架21；第二板姿调整模块的托架为以第二气缸32垂直支撑于第二丝杆滑块机构33的滑块上的第二托架31；第一、二托架均呈t形且t形的水平边垂直于输送辊道的输送方向；第一、二板姿调整模块通过调整板材在水平面内的板材姿态以利于后续锯切工序加工。
当第一板姿调整模块对其托举的板材进行姿态调整时，通过第一丝杆滑块机构移动第一气缸位置以改变第一托架所托举板材部位的位置；当第二板姿调整模块对其托举的板材进行姿态调整时，通过第二丝杆滑块机构移动第二气缸位置以改变第二托架所托举板材部位的位置。
所述输送辊道为设于传送带机架1上的水平向输送辊道；所述支撑横梁、第一丝杆滑块机构、第二丝杆滑块机构设于传送带机架处且位于输送辊道下方；所述板材为毛边锯材；当输送辊道输送毛边锯材时，毛边锯材以单块间隔方式有序地进入输送辊道的输送面。
所述输送辊道由减速电机11经链轮10、传动链条9驱动并保持匀速传动；所述输送辊道的辊子与机架连接处设有法兰轴承8；所述辊子为表面粗糙的包胶滚筒。
所述机器视觉组件包括工业相机、机器视觉检测系统和设于输送辊道中段或后段的龙门式相机支架3；所述龙门式相机支架的上部中央处设有工业相机5；所述工业相机的拍摄位处设第一激光传感器6；所述挡位板初始位处的板材传感器为第二激光传感器7；所述机器视觉检测系统与工业相机相连以获取拍摄位处的毛边锯材照片并对其分析；所述辊子表面的颜色采用与毛边锯材颜色具有较大对比度的深颜色或黑色。
所述对中及输送机构对毛边锯材进行对中时，按以下步骤进行；
a1、毛边锯材以单块间隔方式有序地进入输送辊道的输送面；
a2、当毛边锯材运动至被挡位板挡住时，所述第二激光传感器被触发；
a3、控制模块控制第一、二板姿调整模块以托架托举板材至机器视觉组件的拍摄位，第一激光传感器被触发；
a4、挡位气缸驱动挡位板下降脱离毛边锯材；
a5、工业相机采集毛边锯材的俯视向静态照片并传输至机器视觉检测系统；
a6、所述机器视觉检测系统对毛边锯材照片进行分析以生成后续锯切方案，所述后续锯切方案中包括毛边锯材的摆放姿态；
a7、所述控制模块控制第一丝杆滑块机构移动第一气缸位置以改变第一托架所托举毛边锯材部位在水平面内的位置，控制第二丝杆滑块机构移动第二气缸位置以改变第二托架所托举毛边锯材部位在水平面内的位置，以使毛边锯材的俯视向姿态符合后续锯切方案中毛边锯材的摆放姿态；
a8、第一气缸驱动第一托架回缩至输送辊道传输面下方，第二气缸驱动第二托架回缩至输送辊道传输面下方，第一、二托架的回缩速度相同，使调整好摆放姿态的毛边锯材重新放置于输送辊道传输面上，并被输送辊道送至后续工序；
a9、挡位气缸驱动挡位板上升至输送辊道传输面上方的初始位置。
所述龙门式相机支架处还设有位于工业相机旁侧的补光光源4。
所述龙门式相机支架覆以黑色密封罩。
所述机器视觉组件对照片进行分析时，使用高级直边方法实现有效锯材直线边缘查找及边缘检测；
所述高级直边方法在搜索路径上使用近似于傅里叶变换的canny一阶导数内核算子来计算边缘强度，设
所述高级直边方法的边缘检测为有效锯材边缘查找过程，通过高斯滤波器进行平滑处理以减少噪声，在搜索方向的各坐标点上均计算梯度值
所述有效锯材边缘查找过程基于选用最佳边缘靶子的方法，通过将二维搜索区域内搜索到的最强最好边缘点组成的一维最佳边缘点数组来找到直边位置；搜索参数包括最小边缘强度、最小边缘信噪比、内核尺寸、间距、投影宽度、插值方法、投影方法；当查找有效锯材左侧直边时，采用从图片左端到图片右端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性；查找有效锯材右侧直边时，采用从图片右端到图片左端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性；查找有效锯材上侧直边时，采用从图片上端到图片下端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性；查找有效锯材下侧直边时，采用从图片下端到图片上端的搜索方向，选用黑到白的边缘极性。
实施例：
初始状态时，限位结构（12）上的气缸（42）处于伸出状态，即气缸伸出杆末端挡板（41）顶端略高于传送带（输送辊道）输送平面；位姿调整模块（13）（14）上的气缸（22）（32）处于收缩状态，两个“t”型托架（21）（31）顶端略低于传送带（输送辊道）输送平面，两组滑块（“t”型托架）位于传送带左右间距的中部。
毛边锯材从上一工序以单块间隔有序地进入输送带（输送辊道），当到达指定位置时，毛边锯材被限位结构（12）上的挡板（41）阻挡，安装于传送带机架（1）上且位于挡板（41）前端与输送平面平齐的激光传感器2（7）检测到毛边锯材，气缸（22）（32）伸出使得两组“t”型托架（21）（31）将毛边锯材顶起至指定高度。
此时，安装于激光传感器2（7）正上方与指定平面重合的激光传感器1（6）检测到毛边锯材。此时气缸（42）收缩，挡板（41）顶部下降至传送平面以下，与此同时，安装于龙门式相机支架（3）正上方中部的工业相机（5）采集静态毛边锯材照片。
机器视觉检测系统接收照片图像，经图像处理后形成锯切方案（毛边锯材位姿调整方案）。丝杠滑块组件（13）（14）上的步进电机驱动“t”型托架（21）（31）运动到要求位置，使得毛边锯材调整至指定位姿，然后气缸（22）（32）收缩带动2组“t”型托架（21）、（31）下降至传送平面一下，毛边锯材返回输送平面，沿传送带继续前进，进入下一工序。气缸（22）（32）收缩动作结束后，气缸（42）带动挡板（41）复位，整个过程传送带保持匀速传动。
本例中，输送辊道输送毛边锯材过程平稳，且输送辊道为单一黑色使得数字图像中毛边锯材与传送带的颜色对比度较大，便于锯材毛边机器视觉检测系统图像处理的有效实施。毛边锯材位姿调整结构以锯材毛边机器视觉检测系统图像处理机构为基础，将毛边锯材调整至指定位姿放置。为适应不同厚度毛边锯材的锯切，可通过调节传送带速度，进而调节设备加工速度和锯材锯切断面质量。
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