一种基于机器视觉的马赛克铺设系统的制作方法

本发明涉及马赛克铺设领域，更具体地说涉及一种基于机器视觉的马赛克铺设系统。

背景技术：

马赛克是现在最流行也是最受大众欢迎的一种铺贴方式，现有的马赛克铺设方式主要有两种。第一种是人工铺设，工人依靠肉眼依次辨别并挑选出每个与铺贴模板相符的马赛克颗粒，手工放置到对应的位置，如此反复，直到拼出整张马赛克，连续长时间工作非常考验工人的视力和心理极限，极容易出现差错，而且一个马赛克颗粒铺设不合格将导致整张产品作废，因而增加了耗材和生产成本，效率低下。第二种方法是使用机械装置进行自动铺设，机械铺设虽然避免了人工铺设的种种弊端，在一定程度上提高了生产效率，但目前市场上出现的机械装置在实际生产应用中仍存在各种不足，铺设准确度和自动化程度仍有待提高。

发明cn201810026993公开了“一种马赛克拼版装置”，包括托盘、料塔、夹持装置、吸放装置及控制装置。该装置虽然实现了自动铺设，但装置机械结构复杂，成本高，不能进行校正，对于个别马赛克颗粒铺设有误导致整张产品作废的情况仍无解决方案。

发明cn201310429507.4公开了“一种马赛克铺贴装置”，它使马赛克颗粒通过送料装置、掩模落入预设的胎模中，可在胎膜上铺设多种颜色的指定图案，通过光电传感器来检测马赛克是否铺贴就位。但是在实际铺设操作中，容易出现马赛克颗粒正面和反面不分的情况，从而导致马赛克贴反，因此在上料时需要人工分辨马赛克正反面，这样自动化程度不高且影响效率，而且只能应用于同一马赛克模板的铺设。

上述两种方法都未能解决的重要问题是：

不能同时适用于不同图案形状的马赛克铺设工作，无法满足日益迫切的加工生产需求。

在整个铺设过程中，不能实现对已铺设马赛克颗粒可靠的自动检验与校正，铺设成品质量合格难以保障。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种实现马赛克的自动铺设，以及对已铺设的马赛克颗粒进行检验和校正的马赛克铺设系统。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种基于机器视觉的马赛克铺设系统，包括：图像采集装置、机械臂、光源模块、铺贴板传送装置、马赛克颗粒传送装置、运动控制装置和电脑处理终端，所述电脑处理终端分别与图像采集装置、运动控制装置相连接，所述机械臂设置在所述铺贴板传送装置的左侧或右侧，用于马赛克颗粒的铺设，所述图像采集装置设置在所述铺贴板传送装置和所述马赛克颗粒传送装置的正上方，所述光源模块位于所述铺贴板传送装置和所述图像采集装置之间，所述运动控制装置用于控制机械臂完成马赛克颗粒的铺设。

进一步，所述运动控制装置包括可编程控制器和示教器，所述可编程控制器分别与电脑处理终端、示教器相连接。

进一步，所述图像采集装置包括彩色工业相机和偏振镜。

进一步，所述光源模块为由可调光源组成的条形组合光源，且其光源角度为低角度。

进一步，所述机械臂上设有用于吸取马赛克颗粒的真空吸盘，所述真空吸盘与空气压缩机或真空泵相连接。

进一步，所述机械臂上设有用于抓取马赛克颗粒的机械爪。

进一步，所述马赛克颗粒传送装置放置于铺贴板传送装置的左侧或右侧，且马赛克颗粒传送装置的传送方向与铺贴板传送装置的传送方向垂直，所述马赛克颗粒传送装置与所述铺贴板传送装置均为传送带。

本发明的有益效果是：本发明通过确定马赛克颗粒铺设样式、位置和铺设顺序，完成机械臂铺设，以及对已铺设的马赛克颗粒进行检验和校正，有效地保证铺设成品质量，实用性较强，且可以应用于不同的马赛克模板的铺设。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明系统装置结构示意图；

图2是本发明系统操作流程示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1，参照图1，一种基于机器视觉的马赛克铺设系统，包括：图像采集装置、机械臂300、光源模块500、铺贴板传送装置600、马赛克颗粒传送装置900、运动控制装置和电脑处理终端120，所述电脑处理终端120分别与图像采集装置、运动控制装置相连接，所述铺贴板传送装置600用于传送铺贴板700，所述马赛克颗粒传送装置900用于传送待铺设的马赛克颗粒，所述机械臂300设置在所述铺贴板传送装置600的左侧或右侧，用于马赛克颗粒的铺设，所述图像采集装置设置在所述铺贴板传送装置600和所述马赛克颗粒传送装置900的正上方，所述光源模块500位于所述铺贴板传送装置600和所述图像采集装置之间，所述运动控制装置用于控制机械臂300完成马赛克颗粒的铺设。

进一步作为优选的实施方式，所述运动控制装置包括可编程控制器110和示教器140，所述可编程控制器110分别与电脑处理终端120、示教器140相连接。

在运动控制装置中，可编程控制器110为gpc1000系列，作为主控器控制机械臂300自动完成马赛克颗粒的铺设。电脑处理终端120通过图像处理分析图像采集装置采集所得的图像，采用软件labview对所得图像进行处理和计算，得到铺贴板700的位置、待铺设马赛克颗粒的位置、待铺设马赛克颗粒在铺贴板700上的铺设样式、位置以及铺设顺序，确定机械臂300铺设马赛克颗粒时的取、放位置。电脑处理终端120进行坐标系的转换，将所述待铺设马赛克颗粒位置和待铺设马赛克颗粒在铺贴板700上的铺设位置的坐标系转换成世界坐标，再转换为机械臂300关节坐标，将机械臂300取、放位置逐一传输到可编程控制器110的寄存器中，可编程控制器110控制机械臂300完成铺设动作。示教器140用于手动调整、控制机械臂300运动，通过手动按压示教器140上的按钮，向可编程控制器110传输控制指令。

进一步作为优选的实施方式，所述图像采集装置包括彩色工业相机100和偏振镜200。

偏振镜200滤去马赛克颗粒表面的反射光成分后，图像被彩色工业相机100的感光元件接收。偏振镜200可有效减弱或消除马赛克颗粒表面的反射光，这种反射光是典型的偏振光，从而改善被摄物体的画质；另外，偏振镜200可以吸收环境中灰尘反射出的各方向杂光，增加成像反差，有效提高色彩饱和度。

参考图2，本发明实施例的工作过程：

样本录入过程：样本录入包括马赛克颗粒库录入和模板录入两个过程。

模板录入：将铺设模板放置在图像采集装置的下方，图像采集装置对铺设模板进行图像采集，将采集所得的图像发送到电脑处理终端120，电脑处理终端120对图像进行图像处理，首先对图像进行rgb-hsv转换，再进行图像预处理、边缘识别、图像分割等操作，从而提取出铺设模板中各个马赛克颗粒的图像样式和位置，按照所述图像样式和位置保存为模板信息。所述图像预处理为中值滤波、去噪、增强等操作，用于去掉图像无用的信息。

马赛克颗粒库录入，将各种样式的待铺设马赛克颗粒放置在图像采集装置下方的马赛克颗粒传送装置900，图像采集装置进行待铺设马赛克颗粒的图像采集，将采集所得的图像发送到电脑处理终端120，同理的，电脑处理终端120对图像进行图像处理，从而提取出各样式待铺设马赛克颗粒的图像，并将所述图像录入马赛克颗粒库。

铺设过程：将铺贴板700放置在铺贴板传送装置600，图像采集装置采集铺贴板700的图像，并对所得图像进行凹槽定位，并将所述各样式待铺设马赛克颗粒的图像与所述铺设模板的模板信息进行样式识别和匹配，根据模板信息确定在铺贴板700上铺设的待铺设马赛克颗粒样式、位置以及铺设顺序，同时确认机械臂300铺设马赛克颗粒时取、放顺序和位置。电脑处理终端120将所述取、放顺序和位置发送到可编程控制器110，可编程控制器110控制机械臂300依次从马赛克颗粒传送装置900上取走待铺设马赛克颗粒，并按照铺设顺序将所述待铺设马赛克颗粒铺设在铺贴板700上，完成铺设动作。

所述凹槽定位可以通过提取凹槽边缘或提取特征点来实现。提取凹槽边缘主要提取出图像中边缘信息，也就是图像中那些横、纵的直线。通过直线拟合去完善边缘，定位出凹槽的位置。

质量检验：完成铺贴板700上马赛克颗粒的铺设后，将机械臂300移开，图像采集装置采集铺设完的铺贴板700的图像，检测铺贴板700上是否有空槽、马赛克颗粒铺反或者铺歪的现象。提前录入空槽、马赛克颗粒铺反或者铺歪情况下的参考图像，通过将所述参照图像与铺贴板700图像进行匹配和识别，判断出空槽、马赛克颗粒铺反或者铺歪的位置。

若有上述现象，则电脑终端处理将铺贴板700上出现所述现象的位置和校正指令发送给可编程控制器110，可编程控制器110接收到所述位置和校正指令后，控制机械臂300重新铺设马赛克颗粒。若有空槽，则对空槽重新铺设马赛克颗粒；若出现铺反，则将铺反的马赛克颗粒取出并丢弃，重新铺设；若出现铺歪，则对铺歪的马赛克颗粒进行校正，即检测出其偏转角与偏转量，将其取出，校正后重新铺设。校正完成后，重新采集校正后的铺贴板700的图像，重新检验马赛克颗粒铺设是否合格，如果检验合格，则铺设完成，如果检验不合格，重新校正。

铺贴板700铺设完成后，铺贴板传送装置600运动，传输下一张铺贴板700，继续下一张铺贴板700的马赛克颗粒的铺设。当要铺设新的模板或新样式的马赛克颗粒，重复以上操作即可。

本发明实施例中的马赛克铺设过程主要通过图像采集和分析，确定马赛克颗粒铺设样式、位置和铺设顺序，实现机械臂300的自动铺设，以及对已铺设的马赛克颗粒进行检验和校正，有效地保证铺设成品质量，自动化程度高，且可以应用于不同的马赛克模板的铺设。

在数字图像处理时，首先进行rgb-hsv空间转换，提高了后续操作对马赛克颗粒分割和颜色识别、分类的准确度，保证了数字图像处理的精准性。提高图像采集到处理的可行性，降低错误率，识别精准，可靠性强。

进一步作为优选的实施方式，所述光源模块500为由可调光源组成的条形组合光源，且其光源角度为低角度。

所述条形组合光源由四面可调光源组成，光源角度被调整为低角度，有利于使整个视野内图像灰度均匀。

进一步作为优选的实施方式，所述机械臂300上设有用于吸取马赛克颗粒的真空吸盘400，所述真空吸盘400与空气压缩机130或真空泵相连接。

当真空吸盘400靠近待铺设马赛克颗粒时，空气压缩机130或真空泵喷出高压气体带走喷嘴周围的空气，而在喷嘴附近形成负压腔，负压腔与真空吸盘400相通，从而使真空吸盘400将待铺设马赛克颗粒吸起。

进一步作为优选的实施方式，所述机械臂300上设有用于抓取马赛克颗粒的机械爪。

可编程控制器110驱动机械臂300运动，定位在待铺设马赛克颗粒的上方，驱动机械臂300和机械爪开始进行伸缩和开合操作，从而将待铺设马赛克颗粒从马赛克颗粒传送装置900上抓取出来。

进一步作为优选的实施方式，所述马赛克颗粒传送装置900放置于铺贴板传送装置600的左侧或右侧，且马赛克颗粒传送装置900的传送方向与铺贴板传送装置600的传送方向垂直，所述马赛克颗粒传送装置900与所述铺贴板传送装置600均为传送带。

在铺贴板700铺设马赛克颗粒时，马赛克颗粒传送装置900不断传送待铺设的马赛克颗粒，有利于实现机械臂300自动铺设马赛克颗粒，同时传送带方式传输，比较平稳，有利于机械臂300准确抓取或吸取待铺设的马赛克颗粒。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。