專(zhuān)利名稱：基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，屬于基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
我國(guó)是縫制設(shè)備生產(chǎn)大國(guó)，約占全球產(chǎn)量的70％，但產(chǎn)品大多處于國(guó)際中低檔水平，單針絎縫是其中一種重要產(chǎn)品，用于加工單花模大圖案的床墊沙發(fā)等外套產(chǎn)品，其立體感強(qiáng)、色彩鮮明及個(gè)性突出的特點(diǎn)，深受消費(fèi)者歡迎。在縫制設(shè)備對(duì)這類(lèi)柔性物料進(jìn)行高速加工時(shí)，因方向與速度的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致物料產(chǎn)生較大變形，因而使加工軌跡偏離設(shè)定路線，采用傳統(tǒng)的閉環(huán)反饋和一般補(bǔ)償方法，難以有效實(shí)時(shí)補(bǔ)償，影響加工質(zhì)量和效率。國(guó)外先進(jìn)單針絎縫機(jī)一般系統(tǒng)剛度較好，采用較先進(jìn)的控制技術(shù)，加工速度快、質(zhì)量較好、但價(jià)格較貴。我國(guó)生產(chǎn)單針數(shù)控絎縫機(jī)技術(shù)相對(duì)落后，加工效率不夠高，快速加工時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供一種解決單針絎縫的加工對(duì)象邊緣多變、背景復(fù)雜、柔性變形等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速精確絎縫的自動(dòng)化加工基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的原理框圖如圖1所示，包括有工控機(jī)(A)及與工控機(jī)(A)連接的圖形采集卡(C)及運(yùn)動(dòng)控制器(B)，其中圖形采集卡(C)的輸入與靜態(tài)攝像頭(D)及動(dòng)態(tài)攝像頭(E)連接，圖形采集卡(C)的輸出端與工控機(jī)(A)的輸入端連接，工控機(jī)(A)的USB接口端與運(yùn)動(dòng)控制器(B)連接，運(yùn)動(dòng)控制器(B)包括有控制單片機(jī)(1)、通訊單片機(jī)(2)、D/A輸出控制器(3)、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器(4)、鑒相器(6)，其中控制單片機(jī)(1)的接口通過(guò)通訊單片機(jī)(2)及通訊接口與工控機(jī)(A)連接，控制單片機(jī)(1)的輸出接口通過(guò)D/A輸出控制器(3)與Z軸變頻調(diào)速器(9)連接，通過(guò)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器(4)分別與X軸伺服驅(qū)動(dòng)器(11)及Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器(12)連接，通過(guò)鑒相器(6)與X軸編碼器(10)、Y軸編碼器(13)連接，Z軸變頻調(diào)速器(9)、X軸伺服驅(qū)動(dòng)器(11)、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器(12)分別與Z軸電機(jī)(14)、X軸電機(jī)(15)、Y軸電機(jī)(16)連接，X軸編碼器(10)、Y軸編碼器(13)分別與X軸電機(jī)(15)、Y軸電機(jī)(16)連接。
上述控制單片機(jī)(1)還連接有I/O檢測(cè)與控制器(5)，I/O檢測(cè)與控制器(5)通過(guò)光電隔離電路(7)分別與主軸、X軸、Y軸及其他的輔助動(dòng)作控制信號(hào)及控制裝置連接。
上述工控機(jī)(1)的輸入接口連接有鍵盤(pán)(F)，工控機(jī)(1)的輸出接口連接有顯示器(G)。
上述通訊單片機(jī)(2)還連接有存儲(chǔ)器(8)。
上述圖形采集卡(C)通過(guò)PCI總線與工控機(jī)(A)連接，工控機(jī)(A)的輸出端通過(guò)USB總線與運(yùn)動(dòng)控制器(B)連接。
上述控制單片機(jī)(1)為ATMEGA16，通訊單片機(jī)(2)為C541，D/A輸出控制器(3)為0832，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器(4)為8254，鑒相器(6)為L(zhǎng)S7266R1。
上述I/O檢測(cè)與控制器(5)為8255，存儲(chǔ)器(8)為62256。
本實(shí)用新型采用兩級(jí)多微機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，一般的兩級(jí)系統(tǒng)中通常都采用PCI總線的結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型的圖像采集卡為PCI總線，而運(yùn)動(dòng)控制器采用當(dāng)前最流行的USB通信，充分應(yīng)用該平臺(tái)的高速性能和豐富軟件，并使運(yùn)動(dòng)控制器安裝脫離計(jì)算機(jī)中，可以放入驅(qū)動(dòng)柜。此外，本實(shí)用新型采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量和數(shù)字圖像處理技術(shù)，提取圖案的輪廓，生成加工軌跡，克服以往單純?nèi)藶橹饔^確定加工軌跡，使加工圖案更加自然合理。并建立加工布料變形的數(shù)學(xué)模型，在得到變形前后兩幅圖形的相關(guān)計(jì)算中，應(yīng)用有效的迭代初始值賦值綜合方法，通過(guò)穩(wěn)定、快速和準(zhǔn)確的相關(guān)運(yùn)算，求得全局極小，得到變形后的位置偏移值，以補(bǔ)償加工軌跡的偏離。解決單針絎縫的加工對(duì)象邊緣多變、背景復(fù)雜、柔性變形等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速精確絎縫的自動(dòng)化加工。本實(shí)用新型是一種設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)。


圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型中運(yùn)動(dòng)控制器(B)的原理框圖；圖3、4為本實(shí)用新型中運(yùn)動(dòng)控制器(B)的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)用新型的原理框圖及運(yùn)動(dòng)控制器(B)的原理框圖分別如圖1、2所示，包括有工控機(jī)A及與工控機(jī)A連接的圖形采集卡C及運(yùn)動(dòng)控制器B，其中圖形采集卡C的輸入與靜態(tài)攝像頭D及動(dòng)態(tài)攝像頭E連接，圖形采集卡C的輸出端與工控機(jī)A的輸入端連接，工控機(jī)A的USB接口端與運(yùn)動(dòng)控制器B連接，運(yùn)動(dòng)控制器B包括有控制單片機(jī)1、通訊單片機(jī)2、D/A輸出控制器3、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器4、鑒相器6，其中控制單片機(jī)1的接口通過(guò)通訊單片機(jī)2及通訊接口與工控機(jī)A連接，控制單片機(jī)1的輸出接口通過(guò)D/A輸出控制器3與Z軸變頻調(diào)速器9連接，通過(guò)計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器4分別與X軸伺服驅(qū)動(dòng)器11及Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器12連接，通過(guò)鑒相器6與X軸編碼器10、Y軸編碼器13連接，Z軸變頻調(diào)速器9、X軸伺服驅(qū)動(dòng)器11、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器12分別與Z軸電機(jī)14、X軸電機(jī)15、Y軸電機(jī)16連接，X軸編碼器10、Y軸編碼器13分別與X軸電機(jī)15、Y軸電機(jī)16連接。
上述控制單片機(jī)1還連接有I/O檢測(cè)與控制器5，I/O檢測(cè)與控制器5通過(guò)光電隔離電路7分別與主軸、X軸、Y軸及其他的輔助動(dòng)作控制信號(hào)及控制裝置連接。主軸、X軸、Y軸及其他的輔助動(dòng)作控制信號(hào)及控制裝置包括有分別輸出到X軸、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器11、12的X、Y軸使能、方向、復(fù)位信號(hào)，輸出到Z軸變頻調(diào)速器9的主軸使能信號(hào)，輸出到剪線器的剪線信號(hào)，分別由X軸、Y軸機(jī)構(gòu)的相應(yīng)位置檢測(cè)裝置輸入的X軸及Y軸的原點(diǎn)、限位信號(hào)，分別由X軸、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器11、12輸入的X軸、Y軸準(zhǔn)備好信號(hào)，由主軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)裝置輸入的主軸原點(diǎn)、主復(fù)位信號(hào)，由Z軸變頻調(diào)速器9輸入的主軸故障、準(zhǔn)備好信號(hào)，由檢測(cè)器輸入的斷線或有布信號(hào)等等。
上述工控機(jī)1的輸入接口連接有鍵盤(pán)F，工控機(jī)1的輸出接口連接有顯示器G。
上述通訊單片機(jī)2還連接有存儲(chǔ)器8。
上述圖形采集卡C通過(guò)PCI總線與工控機(jī)A連接，工控機(jī)A的接口通過(guò)USB總線與運(yùn)動(dòng)控制器B連接。
本實(shí)施例中，本實(shí)用新型中運(yùn)動(dòng)控制器B的電路原理圖如圖3、4所示，上述控制單片機(jī)1為ATMEGA16，通訊單片機(jī)2為C541，D/A輸出控制器3為0832，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器4為8254，鑒相器6為L(zhǎng)S7266R1。上述I/O檢測(cè)與控制器5為8255，存儲(chǔ)器8為62256。
上述控制板上C541負(fù)責(zé)NC控制器與上位機(jī)的通信，司時(shí)把由上位機(jī)獲得的加工數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在靜態(tài)RAM中，這給主控計(jì)算機(jī)帶來(lái)了很大方便，使主控計(jì)算機(jī)的應(yīng)用效率大大提高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制的實(shí)時(shí)性。AVR單片機(jī)ATMEGA16是NC控制器的主CPU，負(fù)責(zé)對(duì)8254、8255、D/A0832、LS7266R1的管理和控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)C541的串行通訊。
8255口作為對(duì)外口I/O控制，其作用定義如下A口定義為輸出通道，共8路數(shù)字輸出。B口和C口定義為輸入通道，16路數(shù)字輸入。
8254為計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，可產(chǎn)生多路脈沖信號(hào)，其主要功能是產(chǎn)生X、Y軸位置控制執(zhí)行的脈沖信號(hào)，經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器輸出控制伺服電機(jī)。D/A轉(zhuǎn)換采用0832芯片，用于控制通過(guò)變頻器控制的主軸的速度。
LS7266R1為用于對(duì)X，Y軸編碼器的反饋的脈沖以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。LS7266R1為24位雙軸正交信號(hào)鑒相器，2個(gè)24位計(jì)數(shù)器用于位移測(cè)量時(shí)的X，Y軸計(jì)數(shù)。在非鑒相模式，計(jì)數(shù)頻率達(dá)30MHZ，在X4鑒相模式，計(jì)數(shù)頻率可達(dá)17MHZ?？删幊?位獨(dú)立濾波器，可編程邏輯輸入及其它I/O口。8位三態(tài)數(shù)據(jù)I/O總線。單5伏供電與TTL/CMOS電平相兼容28腳表面貼封或雙列直插。
本實(shí)用新型基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)的控制方法，其包括有如下步驟1)工控機(jī)A通過(guò)靜態(tài)攝像頭D和圖形采集卡C獲取整幅加工布料花紋圖像信息；2)工控機(jī)A對(duì)布料花紋圖像進(jìn)行處理，得到圖像邊緣圖案，并由人工確定絎縫加工軌跡；3)工控機(jī)A通過(guò)USB接口向運(yùn)動(dòng)控制器B發(fā)送圖形加工信息并存貯在存儲(chǔ)器8中；4)運(yùn)動(dòng)控制器B根據(jù)加工軌跡和針距要求，對(duì)絎縫的加工路徑和加工點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃；5)運(yùn)動(dòng)控制器B控制主交流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絎縫針架上下及相應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；6)運(yùn)動(dòng)控制器B同時(shí)進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算和PID算法處理后，通過(guò)分別給定X軸和Y軸方向和進(jìn)給脈沖信號(hào)到伺服驅(qū)動(dòng)器控制X軸和Y軸伺服電機(jī)，帶動(dòng)絎縫針的機(jī)架左右運(yùn)動(dòng)和前后運(yùn)動(dòng)，使絎縫針按要求加工出相應(yīng)的圖案，其中X軸和Y軸伺服電機(jī)采用編碼器閉環(huán)反饋；7)在加工過(guò)程中工控機(jī)A通過(guò)動(dòng)態(tài)攝像頭E動(dòng)態(tài)攝取當(dāng)前圖像，經(jīng)相關(guān)算法處理獲得柔性布料中絎縫針運(yùn)動(dòng)局部位置質(zhì)點(diǎn)的當(dāng)前位置與給定位置之間的偏差值；8)工控機(jī)A及時(shí)通過(guò)USB口將偏差值實(shí)時(shí)向運(yùn)動(dòng)控制器B傳送，運(yùn)動(dòng)控制器B對(duì)每針的控制軌跡信息進(jìn)行修改和調(diào)整。
9)若加工完成或中間需要間斷加工，則X軸、Y軸伺服電機(jī)和主軸針架停止運(yùn)動(dòng)，并剪線。
此外，本實(shí)用新型在X軸、Y軸伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)控制器B對(duì)X軸和Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器、X軸和Y軸的端點(diǎn)和原點(diǎn)，主軸變頻器和原點(diǎn)、斷線等信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。
本實(shí)用新型單針絎縫加工主要以加工單個(gè)大型圖案為主，機(jī)架運(yùn)動(dòng)范圍較大，其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由兩大部分組成，主交流電機(jī)，即Z軸電機(jī)控制絎縫針架上下運(yùn)動(dòng)，X軸和Y軸伺服電機(jī)由位置控制卡控制，控制絎縫針的機(jī)架左右運(yùn)動(dòng)和前后運(yùn)動(dòng)。工控機(jī)A在單針絎縫數(shù)字圖像處理中，首先是加工總圖(即鳥(niǎo)瞰圖)的數(shù)字特征輪廓處理，并確定加工軌跡；其次是加工過(guò)程中，對(duì)加工軌跡的動(dòng)態(tài)圖像跟蹤和數(shù)據(jù)采集；最后應(yīng)用數(shù)字相關(guān)運(yùn)算，確定動(dòng)態(tài)圖像的位置和補(bǔ)償偏差值，即工控機(jī)A對(duì)圖像處理后得到的是絎縫點(diǎn)與預(yù)先設(shè)定的軌跡之間的偏差，即所需的調(diào)整距離。在應(yīng)用到控制過(guò)程中時(shí)，需將偏差值轉(zhuǎn)化為約定的數(shù)據(jù)格式，送到運(yùn)動(dòng)控制器中，由運(yùn)動(dòng)控制器集中實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的電氣資源。
權(quán)利要求1.一種基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，其特征在于包括有工控機(jī)(A)及與工控機(jī)(A)連接的圖形采集卡(C)及運(yùn)動(dòng)控制器(B)，其中圖形采集卡(C)的輸入與靜態(tài)攝像頭(D)及動(dòng)態(tài)攝像頭(E)連接，圖形采集卡(C)的輸出端與工控機(jī)(A)的輸入端連接，工控機(jī)(A)的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器(B)連接，運(yùn)動(dòng)控制器(B)包括有控制單片機(jī)(1)、通訊單片機(jī)(2)、D/A輸出控制器(3)、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器(4)、鑒相器(6)，其中控制單片機(jī)(1)的接口通過(guò)通訊單片機(jī)(2)及通訊接口與工控機(jī)(A)連接，控制單片機(jī)(1)的輸出接口通過(guò)D/A輸出控制器(3)與Z軸變頻調(diào)速器(9)連接，通過(guò)計(jì)時(shí)汁數(shù)器(4)分別與X軸伺服驅(qū)動(dòng)器(11)及Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器(12)連接，通過(guò)鑒相器(6)與X軸編碼器(10)、Y軸編碼器(13)連接，Z軸變頻調(diào)速器(9)、X軸伺服驅(qū)動(dòng)器(11)、Y軸伺服驅(qū)動(dòng)器(12)分別與Z軸電機(jī)(14)、X軸電機(jī)(15)、Y軸電機(jī)(16)連接，X軸編碼器(10)、Y軸編碼器(13)分別與X軸電機(jī)(15)、Y軸電機(jī)(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，其特征在于上述控制單片機(jī)(1)還連接有I/O檢測(cè)與控制器(5)，I/O檢測(cè)與控制器(5)通過(guò)光電隔離電路(7)分別與主軸、X軸、Y軸及其他的輔助動(dòng)作控制信號(hào)及控制裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，其特征在于上述工控機(jī)(A)的輸入接口連接有鍵盤(pán)(F)，工控機(jī)(A)的輸出接口連接有顯示器(G)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，其特征在于上述通訊單片機(jī)(2)還連接有存儲(chǔ)器(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，其特征在于上述圖形采集卡(C)通過(guò)PCI總線與工控機(jī)(A)連接，工控機(jī)(A)接口通過(guò)USB總線與運(yùn)動(dòng)控制器(B)連接，
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，其特征在于上述控制單片機(jī)(1)為ATMEGA16，通訊單片機(jī)(2)為C541，D/A輸出控制器(3)為0832，計(jì)時(shí)汁數(shù)器(4)為8254，鑒相器(6)為L(zhǎng)S7266R1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)，其特征在于上述I/O檢測(cè)與控制器(5)為8255，存儲(chǔ)器(8)為62256。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種基于視覺(jué)跟蹤的單針絎縫智能控制系統(tǒng)及其控制方法。包括有工控機(jī)(A)及與工控機(jī)(A)連接的圖形采集卡(C)及運(yùn)動(dòng)控制器(B)，其中圖形采集卡(C)的輸入與靜態(tài)攝像頭(D)及動(dòng)態(tài)攝像頭(E)連接，圖形采集卡(C)的輸出端與工控機(jī)(A)的輸入端連接，工控機(jī)(A)的USB接口端與運(yùn)動(dòng)控制器(B)連接。本實(shí)用新型采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量和數(shù)字圖像處理技術(shù)，提取圖案的輪廓，生成加工軌跡，并建立加工布料變形的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)穩(wěn)定、快速和準(zhǔn)確的相關(guān)運(yùn)算，求得全局極小，得到變形后的位置偏移值，以補(bǔ)償加工軌跡的偏離。本實(shí)用新型解決單針絎縫的加工對(duì)象邊緣多變、背景復(fù)雜、柔性變形等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速精確絎縫的自動(dòng)化加工。
文檔編號(hào)G05B19/418GK2928896SQ200620060059
公開(kāi)日2007年8月1日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者唐露新, 吳黎明, 王桂棠, 鄧耀華, 陳輝, 林小平 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)