一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置及其測量方法
2023-04-26 04:37:26 4
專利名稱：一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發明涉及一種建築石材的測量裝置及其測量方法，特別是涉及一種石材大板在 生產過程中優化加工的石材大板表面廓形測量裝置及其測量方法。
背景技術：
現有的石材大板加工測量中，一般採用人工測量的方式，對磨光後的石材板材表 面形貌和廓形尺寸測量，對石材大板後續的切割進行採樣測量，工作非常繁瑣，測量的誤差 較大，並使得石材的利用率降低。同時，這種人工的測量方式也不便於石材加工工廠的連續 作業和科學化管理。目前，義大利布萊頓公司已開發出石材橋式切機專用軟體，在橋式切機上安裝了 攝像頭，用攝像頭採集圖像，然後再進行圖像採集及後續處理，對板材最優化排板，實現了 集設計及加工為一體的石材大板自動控制和智能選擇系統，但構造複雜。而國內相關研究 還較少，浙江大學和天津大學研究了瓷磚幾何尺寸在線檢測系統，但在石材大板在線表面 測量系統及相關裝置國內至今還未見相關報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種石材大板在生產過程中優化加工的石材大板表面廓 形測量裝置及其測量方法。本發明對石材大板後續的切割進行計算機圖形採樣、板材庫存 計算機管理、板材圖形排板、板材優化下料提供原始數據，同時對石材鋪設設計和加工提供 原始資料。可以方便工廠對板材的科學管理，簡化生產步驟，節約時間，提高原材料的使用 率，同時可以提高質量，降低成本。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，包括有攝像系統、鏡頭控制系統和機械運 動及支撐機構在內的硬體部分和軟體部分，其硬體部分包括石材大板工作檯、攝像頭支撐 立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導軌、攝像頭橫向運動和垂直運動驅動伺服電機；攝像 系統包括CCD攝像機、CCD攝像控制電路；軟體基於C++語言編制單片機控制程序、攝像機 控制程序、圖像處理控制程序、圖像採集和尺寸測量控制程序；該裝置由橫向進給系統(X 向)、垂直進給系統(Z向)、工作檯、攝像系統和控制系統五部分構成工作檯底座上安裝有 螺栓與地基基礎連接，橫嚮導軌支撐體通過螺栓與基礎體固定在一起，並保持平行度和水 平度；橫梁支撐件為鑄鐵整體鑄出，在其內部裝有兩個滾輪與縱嚮導軌相配合；電機軸伸 出端在支撐件內部，橫梁支撐件與橫梁之間用螺栓聯接，橫梁是用鑄鐵整體鑄出，橫梁的導 軌由燕尾槽型導軌和矩形導軌組合而成的，橫梁上有動導軌與其相配合，動導軌與橫嚮導 塊鑄為一體，橫嚮導塊與橫向滾珠絲槓連接，同時又通過垂直絲槓與垂直導塊連接，C⑶攝 像機與垂直導塊連接，具有CCD攝像機橫向和垂直方向運動的垂直導塊和橫嚮導塊分別與 步進電機連接驅動，並調整CXD攝像機與石材大板的高度和中心位置。所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，其所述的CCD攝像機橫向(X方向)的運動是由步進電機驅動滾珠絲槓，滾珠絲槓上連接橫嚮導塊，橫嚮導塊在導軌上運動；步 進電機與橫向滾珠絲槓通過聯軸器連接，滾珠絲槓通過兩端軸承支承固定在橫梁上，橫梁 與垂直支架連接，支架通過螺栓與地基基礎連接，工作檯通過地角螺栓與地基基礎連接，工 作臺上放有輥子，石材大板放在工作檯上。所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，其橫向運動導塊與橫向滾珠絲槓連 接，在橫向運動導塊上裝有垂直運動驅動步進電機，步進電機與垂直滾珠絲槓連接，垂直導 塊與垂直滾珠絲槓連接，CXD攝像頭與垂直導塊實現測量頭上下運動。一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，該方法包括以下步驟石材大板放在工作檯上，攝像機高度和中心位置由計算機控制程序進行調整；選 好攝像機後，首先要對其內外參數進行標定，標定是準確測量目標物體的必要過程，每個鏡 頭的畸變程度各不相同，通過攝像機標定校正這種鏡頭畸變；標定結束後對石材大板進行 拍照，然後將圖像傳輸到計算機內通過VC++軟體對其進行圖像處理，得到石材大板形貌和 邊緣輪廓，最終計算大板的尺寸。所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其所述的VC++軟體對其進行圖像 處理包括採集模塊、預處理模塊、分割模塊、輪廓提取模塊、尺寸測量模塊、形貌擬合模塊、 輸出模塊。所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其所述的圖像處理為首先傳送帶 將石材大板送到CCD攝像機視場內，然後圖像採集卡將圖像採集到計算機內部，再運用圖 像處理技術對採集到的原始圖像進行處理，然後提取石材的輪廓，並計算出石材大板尺寸。本發明的優點與效果是本發明通過對基於CXD石材大板在線測量系統的實現，可以方便工廠對板材的科 學管理，簡化生產步驟，節約時間，提高原材料的使用率，同時可以提高質量，降低成本。該 裝置能夠在線測量出板材的實際尺寸和表面形貌。本發明實現了石材大板在線測量，解決了石材大板在線測量問題。本裝置採用CCD 攝像機、圖像採集卡和計算機來實現石材大板的在線測量，軟體主要採用VC++來實現。該 裝置同時實現了硬體和軟體的結合，具有較高自動化、智能化、集成化水平，由此可以實現 石材加工數控化。該系統為後續的石材大板缺陷檢測、優化排板、自動切割提供了一個基礎 平臺，最終可以解決石材大板在生產過程中優化加工問題，提高了石材的利用率，降低加工 成本，提高了加工效率，對利用礦山資源，節能減排具有重要意義，同時為石材加工設備邁 向一個新臺階做好前期準備工作。本發明可以提高我國石材設計和加工水平，滿足於國內 市場的需求。具有廣泛的應用前景。
圖1為本發明的石材大板表面廓形測量裝置示意圖；圖2為本發明的主傳動升降系統簡圖；圖3為本發明的圖像採集系統方框圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行詳細說明。
本發明為用於天然石材磨光後表面廓形和形貌的測量裝置，主要構成有CCD攝像 系統、鏡頭控制系統和機械運動及支撐機構。該裝置包括有硬體部分和軟體部分。硬體部 分包括石材大板工作檯、攝像頭支撐立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導軌、攝像頭橫向運 動和垂直運動驅動伺服電機。攝像系統包括C⑶攝像機、C⑶攝像控制電路等。軟體主要 基於C++語言編制單片機控制程序、攝像機控制程序、圖像處理控制程序、圖像採集和尺寸 測量控制程序。本發明主要應用在石材磨光生產線上，同時也可以單獨使用，完成對磨光後的石 材板材表面形貌和廓形尺寸實施在線測量。對石材大板後續的切割進行計算機圖形採樣、 板材庫存計算機管理、板材圖形排板、板材優化下料提供原始數據，同時對石材鋪設設計和 加工提供原始資料。本發明裝置整體結構的主要零部件有工作檯、橫嚮導塊、橫梁支撐件、垂直導塊、 CCD攝像機、步進電機、控制箱等。其中工作檯底座上安裝有螺栓與地基基礎連接，橫嚮導軌 支撐體通過螺栓與基礎體固定在一起，並保持一定的平行度和水平度。橫梁支撐件為鑄鐵 整體鑄出，在其內部裝有兩個滾輪與縱嚮導軌相配合。電機軸伸出端在支撐件內部。橫梁支 撐件與橫梁之間用螺栓聯接。橫梁是用鑄鐵整體鑄出，橫梁的導軌由燕尾槽型導軌和矩形 導軌組合而成的。橫梁上有動導軌與其相配合，動導軌與橫嚮導塊鑄為一體。橫嚮導塊與 橫向滾珠絲槓連接，同時又通過垂直絲槓與垂直導塊連接，CCD攝像機與垂直導塊連接。垂 直導塊和橫嚮導塊分別由步進電機驅動，使CXD攝像機具有橫向和垂直方向運動，調整CXD 攝像機與石材大板的高度和中心位置。該裝置主要由橫向進給系統(X向)、垂直進給系統 (Z向)、工作檯、攝像系統和控制系統五大部分所構成。圖1為本發明的石材大板表面廓形尺寸測量裝置示意圖。圖中1.導軌支撐體，2.螺栓M12，3.導軌，4.墊圈，5.軸承端蓋，6.六角螺栓M10， 7.六角螺栓M12，8.深溝球軸承，9.墊圈，10.軸承座機架，11.滾珠絲槓，12. C⑶工業相機， 13.垂直導塊，14.六角螺栓M12，15.橫嚮導塊，16.絲槓螺母，17.六角螺栓M8，18.電機固 定板，19.六角螺栓M8，20.聯軸器，21.步進電機，22.鍵12X8，23.六角螺栓M8，24.支架， 25.工作檯滾子，26.工作檯，27.支架地腳筋板，28.支架地腳螺栓。該裝置工作時，CXD攝像機橫向(X方向)的運動是由步進電機驅動滾珠絲槓，而 滾珠絲槓上連接橫嚮導塊，橫嚮導塊在導軌上運動來實現CCD攝像機橫向運動。步進電機 與橫向滾珠絲槓通過聯軸器連接，滾珠絲槓通過兩端軸承支承固定在橫梁上。橫梁與垂直 支架連接，支架通過螺栓與地基基礎連接。工作檯通過地角螺栓與地基基礎連接，工作檯上 放有輥子，石材大板放在工作檯上。工作檯長度為3100mm，寬度為2340mm，高度為1100mm。 垂直方向(Z方向)運動結構由圖2所示。橫向運動導塊與橫向滾珠絲槓連接，在橫向運動 導塊上裝有垂直運動驅動步進電機，步進電機與垂直滾珠絲槓連接，垂直導塊與垂直滾珠 絲槓連接，CCD攝像頭與垂直導塊實現測量頭上下運動。整機的運動是在單片機的控制下 進行的，進而實現了對石材大板自動測量。C⑶攝像頭垂直運動行程為500mm，橫向運動行 程為1000mm。該裝置總長度為3200mm、總寬度為3400mm、總高度3500mm。圖2為本發明的主傳動升降系統簡圖。圖中1.墊圈，2.六角頭螺栓M6，3.圓錐滾子軸承，4.步進電機，5.鍵，6.垂直絲 槓，7.六角螺栓M6，8.六角螺栓M6，9.垂直導塊，10.六角螺栓M8，11. CCD工業相機，12.鏡頭，13.垂直導動塊端蓋，14.六角螺栓M8。石材大板放在工作檯上，攝像機高度和中心位置由計算機控制程序進行調整。選 好攝像機後，首先要對其內外參數進行標定，標定是準確測量目標物體的必要過程，每個鏡 頭的畸變程度各不相同，通過攝像機標定就可以校正這種鏡頭畸變。標定結束後就可以對 石材大板進行拍照，然後將圖像傳輸到計算機內通過VC++軟體對其進行圖像處理，得到石 材大板形貌和邊緣輪廓，最終計算大板的尺寸。圖像採集系統模塊如圖3所示。圖3為本發明的圖像採集系統方框圖。首先傳送帶將石材大板送到CCD攝像機視場內，然後圖像採集卡將圖像採集到計 算機內部，再運用圖像處理技術對採集到的原始圖像進行處理，然後提取石材的輪廓，並計 算出石材大板尺寸。圖像處理的主要目的就是提取石材大板輪廓，其主要包括圖像灰度化 和圖像平滑、圖像分割等。平滑主要目的就是去除圖像中的噪聲。圖像分割目的就是提取 石材大板輪廓。圖像處理軟體主要包括採集模塊、預處理模塊、分割模塊、輪廓提取模塊、尺 寸測量模塊、形貌擬合模塊、輸出模塊。
權利要求
一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，包括有攝像系統、鏡頭控制系統和機械運動及支撐機構在內的硬體部分和軟體部分，其特徵在於硬體部分包括石材大板工作檯、攝像頭支撐立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導軌、攝像頭橫向運動和垂直運動驅動伺服電機；攝像系統包括CCD攝像機、CCD攝像控制電路；軟體基於C++語言編制單片機控制程序、攝像機控制程序、圖像處理控制程序、圖像採集和尺寸測量控制程序；該裝置由橫向進給系統(X向)、垂直進給系統(Z向)、工作檯、攝像系統和控制系統五部分構成工作檯底座上安裝有螺栓與地基基礎連接，橫嚮導軌支撐體通過螺栓與基礎體固定在一起，並保持平行度和水平度；橫梁支撐件為鑄鐵整體鑄出，在其內部裝有兩個滾輪與縱嚮導軌相配合；電機軸伸出端在支撐件內部，橫梁支撐件與橫梁之間用螺栓聯接，橫梁是用鑄鐵整體鑄出，橫梁的導軌由燕尾槽型導軌和矩形導軌組合而成的，橫梁上有動導軌與其相配合，動導軌與橫嚮導塊鑄為一體，橫嚮導塊與橫向滾珠絲槓連接，同時又通過垂直絲槓與垂直導塊連接，CCD攝像機與垂直導塊連接，具有CCD攝像機橫向和垂直方向運動的垂直導塊和橫嚮導塊分別與步進電機連接驅動，並調整CCD攝像機與石材大板的高度和中心位置。
2.根據權利要求1所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，其特徵在於，所述的 CCD攝像機橫向(X方向)的運動是由步進電機驅動滾珠絲槓，滾珠絲槓上連接橫嚮導塊，橫 嚮導塊在導軌上運動；步進電機與橫向滾珠絲槓通過聯軸器連接，滾珠絲槓通過兩端軸承 支承固定在橫梁上，橫梁與垂直支架連接，支架通過螺栓與地基基礎連接，工作檯通過地角 螺栓與地基基礎連接，工作檯上放有輥子，石材大板放在工作檯上。
3.根據權利要求1所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，其特徵在於，橫向運 動導塊與橫向滾珠絲槓連接，在橫向運動導塊上裝有垂直運動驅動步進電機，步進電機與 垂直滾珠絲槓連接，垂直導塊與垂直滾珠絲槓連接，CXD攝像頭與垂直導塊實現測量頭上下 運動。
4.一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟石材大板放在工作檯上，攝像機高度和中心位置由計算機控制程序進行調整；選好攝像機後，首先要對其內外參數進行標定，標定是準確測量目標物體的必要過程，每個鏡頭的 畸變程度各不相同，通過攝像機標定校正這種鏡頭畸變；標定結束後對石材大板進行拍照， 然後將圖像傳輸到計算機內通過VC++軟體對其進行圖像處理，得到石材大板形貌和邊緣 輪廓，最終計算大板的尺寸。
5.根據權利要求4所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其特徵在於，所述的 VC++軟體對其進行圖像處理包括採集模塊、預處理模塊、分割模塊、輪廓提取模塊、尺寸測 量模塊、形貌擬合模塊、輸出模塊。
6.根據權利要求4所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其特徵在於，所述的 圖像處理為首先傳送帶將石材大板送到CCD攝像機視場內，然後圖像採集卡將圖像採集 到計算機內部，再運用圖像處理技術對採集到的原始圖像進行處理，然後提取石材的輪廓， 並計算出石材大板尺寸。
全文摘要
一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置及其測量方法，涉及建築石材的測量裝置及其測量方法。測量裝置包括有攝像系統、鏡頭控制系統和機械運動及支撐機構在內的硬體部分和軟體部分，硬體部分包括石材大板工作檯、攝像頭支撐立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導軌、攝像頭橫向運動和垂直運動驅動伺服電機；該方法包括石材大板放在工作檯上，調整攝像機高度和中心位置，對石材大板進行拍照，將圖像傳輸到計算機內通過VC++軟體對其進行圖像處理，得到石材大板形貌和邊緣輪廓，最終計算大板的尺寸。本發明實現了石材大板在線測量，可以方便工廠對板材的科學管理，簡化生產步驟，節約時間，提高原材料的使用率，同時可以提高質量，降低成本。
文檔編號G01B11/24GK101963494SQ20101025827
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者李洪飛, 趙民, 那麗紅, 閔莉 申請人:瀋陽建築大學