专利名称：不规则材料裁剪布局优化方法及优化系统的制作方法
技术领域：
本发明属于平板材料加工优化技术领域，具体涉及一种由不规则材料图像获得材料裁剪布局优化方法及优化系统。
背景技术：
现有技术中存在有利用计算机进行其他材料裁剪的技术，然而进行裁剪和控制的要求和难度较低。而且现有技术中对原材料利用计算机控制进行裁剪时，原材料的形状一般是固定或规则的，较容易进行处理。而一些材料如硒化锌材料为二维不规则形状的板材， 而且制备得到的硒化锌材料一般都会有瑕疵，所以采用一般的计算机控制裁剪技术无法获得硒化锌材料的边缘及不可利用区域，无法实现裁剪的要求和目的。本发明因此而来。
发明内容
本发明目的在于提供一种不规则材料裁剪布局优化方法，解决了现有技术中含不可利用区域(包含瑕疵点)的外缘不规则材料由于无法通过一般的计算机控制裁剪技术进行裁剪导致原材料利用率低、作业效率低等问题。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是一种不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)计算机通过数字图像处理不规则材料的二维图像识别材料的边缘和材料不可利用区域信息，将信息存储入数据库；(2)计算机导入欲裁剪的需求信息并从已录入数据库的所有不规则材料图形中选择出匹配材料要求的材料，根据欲裁剪的需求信息在存储的不规则材料图形上制作出裁剪的布局方案。优选的，所述方法步骤O)中材料不可利用区域为预先在不规则材料表面标记出来的材料不可利用区域，所述计算机通过不规则材料表面二维图像的预先标记来识别材料的标记区域为不规则材料的不可利用区域。优选的，所述材料不可利用区域外周标记有标记线或标记圆圈，所述计算机通过标记线或标记圆圈识别不规则材料的不可利用区域。优选的，所述不可利用区域为预先在不规则材料表面进行标记的瑕疵点，所述瑕疵点外周标记有圆圈，计算机通过标记圆圈识别不规则材料表面标记的瑕疵点。优选的，所述材料的边缘为不规则材料的可利用区域外轮廓，所述计算机通过识别不规则材料和不规则材料的背景来识别不规则材料的可利用区域外轮廓。优选的，所述数据库存储不规则材料的材料边缘、材料不可利用区域、材料厚度、 材料类型、可利用面积、材料实物存储位置等信息。优选的，所述方法步骤O)中计算机自动选择匹配材料要求的不规则材料后，由计算机自动产生裁剪布局。优选的，所述方法步骤O)中用户选择匹配材料要求的不规则材料后，通过人工介入制定裁剪布局或由计算机自动产生裁剪布局。本发明的另一目的在于提供一种不规则材料裁剪布局优化系统，其特征在于所述系统包括对不规则材料的二维图像进行数字图像处理并寻找材料图像中不可利用区域的计算机，所述计算机根据欲裁剪的需求信息对不规则材料构建裁剪布局。本发明进行裁剪作业的裁剪装置不限，裁剪作业通过产业上可以使用的裁剪装置进行裁剪作业。本发明获得不规则材料的图像方式不限，可以通过照相机在预定的拍照箱体上拍照获得，也可以通过扫描设备扫描不规则材料表面而获得。本发明技术方案中所述计算机对接收的照相机拍照后的材料图像进行处理，找出材料图像中材料瑕疵点和其它不可用区域，并需将材料图像中材料类型、材料厚度、材料中可利用区域的面积、材料的存储位置等信息以数据库形式存储；计算机调入裁剪后的产品需求，根据裁剪后的产品需求在材料数据库中选择合适的不规则材料，输出供用户选择或计算机自动选择，按照裁剪后的产品需求在不规则材料上进行裁剪布局设计，设计完成的裁剪布局直接送入裁剪工序进行裁剪作业或打印输出。本发明进行具体实施时，可以将原材料(不规则材料)拍照，同时将图像文件直接传输到电脑里，开发的软件对图像文件进行图像处理(计算机辨别可利用区域和不可利用区域)，同时将和材料相关的信息(如材料类型，厚度，可利用面积，货架存储位置等)存储在系统里。根据需求，通过计算机选料或人工选料将合适的含瑕疵的外缘不规则材料选出，通过软件的布局模块进行裁剪布局作业。相对于现有技术中的方案，本发明的优点是本发明通过计算机控制进行裁剪作业提高了作业效率，而且能够较大程度地提高原材料的利用率(初步结果为提高了 6%以上)。本发明是在每片原材料外形各异，且随机地分布着不可用区域的条件下，通过计算机识别以后，再根据产品实际需求(如不同厚度的原材料、不同直径，不同数量的圆)，优化选料，优化下料，达到最优化利用。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述图1为本发明实施例不规则材料裁剪布局优化方法主线流程图；图2为本发明实施例不规则材料二维数字图像的瑕疵点识别流程图；图3为本发明实施例对不规则材料中非瑕疵点的不可利用区域的识别流程图；图4为本发明实施例不规则材料的选料、下料流程图；图5为本发明实施例不规则材料的手工下料流程图；图6为本发明实施例不规则材料的半自动下料流程图；图7为本发明实施例不规则材料的自动下料流程图。
具体实施例方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例
如图1 7所示，该不规则材料为硒化锌板材，订单为圆形光学镜片，通过不规则材料裁剪布局优化系统构建裁剪布局，通过计算机对不规则材料的二维图像进行数字图像处理并寻找材料图像中材料瑕疵处和其它不可利用区域，然后根据欲裁剪的需求信息对不规则材料构建裁剪布局。裁剪布局优化的步骤按照如下步骤进行(1)计算机通过数字图像处理不规则材料的二维图像识别材料的边缘和材料不可利用区域信息，将信息存储入数据库；(2)计算机导入欲裁剪的需求信息并从已录入数据库的所有不规则材料二维图像中选择出匹配订单要求的材料，根据欲裁剪的需求信息在存储的不规则材料二维图像上制作出裁剪的布局方案。材料不可利用区域为预先在不规则材料表面标记出来的材料不可利用区域，所述计算机通过不规则材料表面二维图像的预先标记来识别材料的标记区域为不规则材料的不可利用区域。所述材料不可利用区域外周标记有标记线或标记圆圈，所述计算机通过标记线或标记圆圈识别不规则材料的不可利用区域。特殊的，所述不可利用区域为预先在不规则材料表面进行标记的瑕疵点，所述瑕疵点外周标记有圆圈，计算机通过标记圆圈识别不规则材料表面标记的瑕疵点。另外，本发明需要识别所述材料的边缘及材料二维图像的外轮廓。材料的边缘为不规则材料的物理边界；材料二维图像的外轮廓为计算机进行图像处理后识别出的材料二维图像上可利用区域的最大轮廓。计算机的数据库存储不规则材料的边缘、材料不可利用区域、材料厚度、材料类型、可利用面积、材料实物存储位置信息。本发明进行选料和下料的过程可以是计算机自动选择匹配订单要求的不规则材料后，由计算机自动产生裁剪布局。也可以是用户选择匹配订单要求的不规则材料后，通过人工介入制定裁剪布局或由计算机自动产生裁剪布局。作为实施例，不规则材料的图像部分通过拍照系统获得，拍照系统需要的硬件包括照相机、拍照箱体。拍照箱体可以采用专利申请号为201120085504. X所描述的拍照装置。为了完成以上的工序，一般需要的硬件除了照相机、拍照箱体、计算机，还包括普通打印机、条码打印机等。计算机内装有标定、图像处理和裁剪优化软件，通过计算机来控制这些硬件及工序的执行。以下说明本发明的详细工序1)、标定工序和原材料拍照本实施例通过标定板对计算机系统进行标定，当照相机型号、相机焦距和相机在箱体上固定的位置未改变时，可应用之前的标定结果，否则需重新标定。即当上述任意一个条件发生变化时，则需要对系统重新进行标定。标定工序为现有技术，很多图像处理系统都需要使用标定技术。照相机采用高分辨率的数码相机，如型号为E0S7D的Canon照相机。标定板拍照过后标定系统，标定后的系统对原材料进行拍照，原材料经照相机拍照后将图像文件直接传输到计算机里，通过对图像文件进行图像处理，识别不可用区域和可利用面积； 通过手工操作，将材料相关的参数信息(如材料类型，厚度，货架存储位置)与该材料匹配起来，并存储在计算机里。这里的图像传输、图像处理都是通过软件实现的。2、不可利用区域(包括瑕疵点)的识别
如图2和图3所示为识别不可利用区域中瑕疵点的原理图。如前面所述，本实施例中不规则材料的瑕疵点本身外侧构建标记圆圈以方便计算机进行瑕疵点识别。如图2所示，进行瑕疵点识别时，计算机先将不规则材料二维数字图像进行二值化处理，提取二值化处理后的黑白图像，检测二值化处理后黑白图像上每个符号的轮廓，然后采用轮廓跟踪算法跟踪所有符号的轮廓，保存每一个符号轮廓的像素坐标点、周长及像素点的集合的数目等信息，然后判断符号轮廓的周长是否满足瑕疵点的周长范围。当符号轮廓的周长不在瑕疵点的周长范围内时需进行人工交互判断是否为瑕疵点，然后进行下一个可疑瑕疵点的判断。当符号轮廓的周长在瑕疵点的周长范围内时，则采用opencv上的圆的拟合算法对符号轮廓拟合圆，获取圆心坐标和半径。判断任意两拟合圆的圆心距是否小于两拟合圆的半径和。当两拟合圆的圆心距大于两拟合圆的半径和时，保留这两个拟合圆；否则保留直径较小的拟合圆。然后判断保留的拟合圆的像素值是否符合瑕疵点像素平均值。当保留的拟合圆的像素值符合瑕疵点像素平均值时，确认为瑕疵点；否则进行人工交互判断是不是瑕疵点。当剩余可疑瑕疵点数量为0时，则保存所有已经识别的瑕疵点信息，不规则材料二维数字图像的瑕疵点识别过程结束。如图3所示为不规则材料二维数字图像的非瑕疵点的不可利用区域识别流程图。 非瑕疵点的不可利用区域的识别过程类似瑕疵点的识别过程，也是需要计算机将不规则材料二维数字图像进行二值化处理，提取二值化处理后的黑白图像，检测二值化处理后黑白图像上每个符号的轮廓，然后采用轮廓跟踪算法跟踪所有符号的轮廓，保存每一个符号轮廓的像素坐标点、周长及像素点的集合的数目等信息，然后进行人工交互判断是否为非瑕疵点的不可用区域。当剩余可疑不可用区域数量为0时，则结束非瑕疵点的不可用区域识别过程。3、选料工序和下料工序选料工序用来选择合适的原材料供裁剪布局设计；选料工序有两种工作方式自动方式和手动方式。手动方式需要人工介入选料；自动方式表示选料的过程均由计算机自动完成，无需人工干预。本发明进行选料的作业工序是这样的首先计算机导入订单，根据订单中裁剪后产品的需求，如产品厚度、材料类型等挑选所有合适的不规则原材料。手动选料是计算机从原先存储的材料库里推荐出最佳匹配产品需求的原材料，手工选择原材料，然后根据约束要求，计算机辅助进行画圆，约束要求包括圆与圆之间不能相交，圆不能覆盖不可用区域， 圆不能超过材料的边缘。自动选料是将产品订单导入系统，然后点击“自动”按钮，系统根据产品所需的原材料类型，数量，厚度，在原材料库存里自动优化选择原材料。本实施例中约束条件可以根据实际情况进行调整，即通过系统设定一组可调整的参数作为偏移值来确定出圆与圆之间、圆与瑕疵点之间以及圆与材料边缘间的关系。当偏移值为零时，表示两者相切；当偏移值为正数时，表示两者最接近的距离为偏移值；当偏移值为负数时，表示两者交迭处交迭的最大距离为偏移值。本实施例中采用简化的约束条件， 即偏移值为零的情况，这时，圆与圆之间不能相交，圆不能覆盖不可用区域，圆不能超过材料的边缘。下料工序用来在选定的原材料上设计裁剪布局。根据下料方式的不同，分为手工下料、半自动下料和全自动下料这三种方式。手动方式需要人工介入下料裁剪布局，即人工在原材料图像上一个一个画圆；自动方式表示下料裁剪布局的过程完全由计算机自动完成，无需人工干预。即计算机自动将满足需求的拟制圆布局在原材料上。然后通过自动优化布局，自动将优化后的结果显示在原材料图像上。半自动方式表示下料裁剪布局的过程是通过双击最大直径圆，程序在原材料上将最大直径圆一次性画好。如果结果不理想(通过整片材料的面积利用率和其它实时数据来判断)，可以手工干预调整，然后依次双击下一个直径的圆，如果需要，再调整，重复上面方法，直到原材料利用完成。实际应用时，半自动下料工序较为常用。三个下料方式的软件模块同时存在于该软件中。如图4所示，在具体应用时，选料是根据订单的要求而来的。先通过程序选择需求订单，根据订单要求判断是否要求高级类型材料(此处原材料包括高级，中级，低级三种类型，高级的材料可以当作低一级材料使用，选料是优先从高级材料的订单开始选择材料，中级材料和低级材料选料的原理相同)。当不是选择高级类型材料，则需选择下一级材料类型，进行下一级材料的选料流程。根据订单需求的材料厚度，选择匹配的原材料，判断是否需要进行下料工序。下料工序根据订单要求判断裁剪布局是否完成，当裁剪布局已完成时保存布局结果和原材料数据。将画圆的结果信息(可以通过打印机打印出来)，直接传输到裁剪数控机器里，机器自动进行裁剪。以下具体说明该三种下料方式如图5所示，当用户选择手动下料方式时，软件提示用户进行人工交互判断是否继续下料，当不需要继续下料时，下料流程结束；否则，用户可以通过鼠标选中某一订单，计算机捕捉鼠标点位置，并拟定鼠标点位置即为所要画圆的圆心；当订单需要的未画拟制圆个数不为零时，用户通过移动鼠标调整下料位置，当待画圆的圆心到材料边缘或不可利用区域的边缘的距离都大于待画圆半径以及待画圆的圆心到瑕疵点圆心或已画圆圆心距离都大于两者的半径和时确定该鼠标位置为许可的下料圆心位置，用户在许可的下料圆心位置按照拟制圆的参数进行画圆；否则用户需要调整下料位置。拟制圆构建时，通过相关程序的后台运行，当待画的拟制圆满足约束条件时，其颜色呈定义的许可色，提示用户可以进行拟制圆构建。反之为非许可色，此时拟制圆无法构建。通过这一清晰的视觉化呈现，大大提高了手工和半自动下料的工作效率。如图6所示，当用户选择采用半自动下料方式时，软件提示用户进行人工交互判断是否继续下料，当不需要继续下料时，下料流程结束；否则，软件提示用户选择某一订单， 计算机根据用户选定的订单确定需要构建的拟制圆信息(包括半径和所画个数)，计算机在不规则材料二维图像上距材料边缘拟制圆半径距离确定材料内轮廓线，然后根据已画圆和瑕疵点构建外接圆，获得外接圆间的交点或外接圆与内轮廓线的交点，存入交点队列，从交点队列中找出距离材料质心最远的可画点为构建拟制圆的下料位置，当订单需要的未画拟制圆个数不为零时，产生新的外接圆，然后计算新产生的交点，放入交点队列继续循环； 否则用户需要手工调整拟制圆的位置，并进行人工交互判断是否继续下一订单的下料。如图7所示，当用户选择自动下料方式时，计算机内进行拟制圆构建包括两个过程最优先级的拟制圆构建过程和次优先级的拟制圆构建过程。首先计算机根据订单确定最优先级的拟制圆信息，在不规则材料二维图像上距材料边缘拟制圆1个半径距离确定材料内轮廓线，在材料内轮廓线内搜寻4个角点放入角点队列，通过在四个角点先布置最优先的拟制圆，然后进行次优先级的拟制圆构建。当角点队列中角点不为空时，计算机自动选择一个角点为最优先级的拟制圆的下料位置，在该下料位置进行拟制圆的构建，新构建的拟制圆与内轮廓线的交点为迭代点；当迭代点到已画圆圆心距离大于两者的半径和以及迭代点到瑕疵点圆心的距离大于两者的半径和时，迭代点为下一个下料位置，继续循环。当迭代点到已画圆圆心距离不大于两者的半径和或者迭代点到瑕疵点圆心的距离不大于两者的半径和时，计算机选择下一个角点为下一个下料位置。进行次优先级的拟制圆构建时，计算机以该圆半径确定已画圆和瑕疵点的外接圆，获得外接圆间的交点或外接圆与内轮廓线的交点，并从交点中找出距离材料质心最远的可画点为构建拟制圆的下料圆心位置，并产生新的外接圆继续循环。用户利用计算机可以方便的形成裁剪布局，这样可以更好的利用材料，通过这个方法，不但提高了画圆的效率，而且能够大幅度地提高原材料的利用率，初步试验结果表明原料利用率提高在6%以上。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)计算机通过数字图像处理不规则材料的二维图像识别材料的边缘和材料不可利用区域信息，将信息存储入数据库；(2)计算机导入欲裁剪的需求信息并从已录入数据库的所有不规则材料图形中选择出匹配材料要求的材料，根据欲裁剪的需求信息在存储的不规则材料图形上制作出裁剪的布局方案。
2.根据权利要求1所述的不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述方法步骤 (2)中材料不可利用区域为预先在不规则材料表面标记出来的材料不可利用区域，所述计算机通过不规则材料表面二维图像的预先标记来识别标记区域为不规则材料的不可利用区域。
3.根据权利要求2所述的不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述材料不可利用区域外周标记有标记线或标记圆圈，所述计算机通过标记线或标记圆圈识别不规则材料的不可利用区域。
4.根据权利要求3所述的不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述不可利用区域为预先在不规则材料表面进行标记的瑕疵点，所述瑕疵点外周标记有圆圈，计算机通过标记圆圈识别不规则材料表面标记的瑕疵点。
5.根据权利要求1所述的不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述材料的边缘为不规则材料的可利用区域外轮廓，所述计算机通过识别不规则材料和不规则材料的背景来识别不规则材料的可利用区域外轮廓。
6.根据权利要求1所述的不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述数据库存储不规则材料的材料边缘、材料不可利用区域、材料厚度、材料类型、可利用面积、材料实物存储位置信息。
7.根据权利要求1所述的不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述方法步骤 (2)中计算机自动选择匹配材料要求的不规则材料后，由计算机自动产生裁剪布局。
8.根据权利要求1所述的不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述方法步骤 (2)中用户选择匹配材料要求的不规则材料后，通过人工介入制定裁剪布局或由计算机自动产生裁剪布局。
9.一种不规则材料裁剪布局优化系统，其特征在于所述系统包括对不规则材料的二维图像进行数字图像处理并寻找材料图像中不可利用区域的计算机系统，所述计算机系统根据欲裁剪的需求信息对不规则材料构建裁剪布局。
全文摘要
本发明公开了一种不规则材料裁剪布局优化方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)通过软件构建的数字图像处理模块，表面二维图像进行计算，得到不规则材料的实际参数；不规则材料表面二维数字图像传输到计算机中；(2)计算机通过数字图像处理而识别材料的边缘、材料上已标出的瑕疵点和材料不可利用区域信息，将不规则材料信息存储入数据库；(3)计算机导入欲裁剪的需求信息，然后从已录入数据库的所有不规则材料中选择出匹配材料要求的材料，根据进行欲裁剪的需求在存储的不规则材料图形上通过几种可选择的方式，制作出裁剪的布局方案；(4)根据裁剪的布局方案进行实际的裁剪作业。该方法能大幅度提高原材料的利用率，大幅度提高原材料的记录，追踪和管理的效率。
文档编号G06F17/50GK102184295SQ20111012224
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者谢晓新 申请人:贰陆光学(苏州)有限公司