本發(fā)明屬于沉香的自動化加工裝置及方法，具體涉及一種基于計算機視覺的沉香分級加工裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、沉香是瑞香科(thymeleaeceae)沉香屬(aquilaria?lam.)和擬沉香屬(gyrinopsgaertn.)植物，因自然或人為因素受到傷害后，莖干產(chǎn)生樹脂并不斷累積而形成的富含樹脂的木材。

2、沉香初加工則是沉香第二產(chǎn)業(yè)中的核心問題，如何縮減加工環(huán)節(jié)、提高效率、減少成本是亟待解決的根本問題，因此對沉香初加工的自動化、智能化設(shè)備研發(fā)至關(guān)重要。而今，隨著沉香樹人工種植規(guī)模的不斷擴大，在未來將會有大批量的人工沉香樹需要加工，而目前沉香的初加工還停留在人力加工階段，成本高、效率低、危險高，除了以電鋸、臺鋸、半自動鍘刀、砍刀、勾刀、剃刀等簡單的工具或設(shè)備外，缺乏高效的智能化、自動化加工設(shè)備。

3、近年來，隨著初加工問題的凸顯，對沉香木加工設(shè)備專利的申報明顯增多，旨在提高效率、降低成本。然而，雖然有一些相關(guān)實用新型和發(fā)明專利申報并獲批，但由于各種原因難以落地推廣運用。例如專利cn117207294a公開了一種自動化沉香木勾絲加工設(shè)備，采用三軸聯(lián)動滑臺、深度相機、檢測單元、主控單元、多臺伺服電機、鏟刀、頂針等，采用深度學(xué)習(xí)方法自動識別待加工的沉香材料圖像，需要在圖像采集后人工標(biāo)注白木區(qū)域的位置坐標(biāo)信息，同時在訓(xùn)練模型過程中需要不斷調(diào)整cnn參數(shù)，整體設(shè)計較為復(fù)雜，對訓(xùn)練數(shù)據(jù)的依賴較高，而這在實際中會產(chǎn)生較高的人力和物力成本；且該方法未進行原料粗加工中的切割，直接進行勾絲，會導(dǎo)致作業(yè)效率較低。又例如專利cn213732315u公開了一種沉香、降香木材的加工設(shè)備，實現(xiàn)對木段的鋸斷、分破以及精刨切削，但依然需要人工識別沉香和白木，無法實現(xiàn)智能化識別和自動化分破和切削；再如cn220362714u公開的一種沉香木加工用切割裝置、cn220661192u公開的一種沉香原料切割裝置、cn218534921u公開的一種沉香木加工用切割裝置，都適用于切割較大的沉香木，著眼于解決夾樣的穩(wěn)定性、加工的安全性及對刀片的清潔問題，無法實現(xiàn)進一步切削、勾絲和分離白木和沉香層等精細(xì)化加工，更難以自動化和智能化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于計算機視覺的沉香分級加工裝置。

2、本發(fā)明的目的還在于提供一種基于上述裝置的沉香分級加工方法。

3、本發(fā)明的上述第一個目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種基于計算機視覺的沉香分級加工裝置，包括設(shè)有用于圖像處理及電機驅(qū)動的嵌入式計算系統(tǒng)的底座，設(shè)于底座中部的下支架，相對設(shè)于所述底座兩側(cè)的左支架和右支架，以及設(shè)于所述左支架和右支架上方的上支架，所述下支架上設(shè)有下支架電機與下支架滑軌，所述下支架滑軌上設(shè)有可在所述下支架滑軌上移動的切割伸縮機構(gòu)，所述切割伸縮機構(gòu)頂部設(shè)有切割部件，所述左支架和所述右支架的相對位置上分別設(shè)有用于夾持待加工沉香木段的夾持部件，所述左支架的夾持部件上方設(shè)有用于拍攝待加工沉香木段第一橫截面的第一工業(yè)相機，所述右支架的夾持部件上方相對應(yīng)位置處設(shè)有用于拍攝待加工沉香木段第二橫截面的第二工業(yè)相機，所述上支架上設(shè)有上支架電機與上支架滑軌，所述上支架滑軌上設(shè)有可在所述上支架滑軌上移動的勾刀伸縮機構(gòu)，所述勾刀伸縮機構(gòu)頂部設(shè)有勾刀作業(yè)部件，所述上支架上正對待加工沉香木段位置處設(shè)有第三工業(yè)相機。

4、可選地，所述切割伸縮機構(gòu)為切割伸縮桿。

5、可選地，所述勾刀伸縮機構(gòu)為勾刀伸縮桿。

6、可選地，所述切割部件為齒輪切割刀具。

7、可選地，勾刀作業(yè)部件包括勾刀連桿和勾刀刀頭。

8、可選地，勾刀作業(yè)部件的勾刀刀頭的寬度，范圍大致在2～5mm之間。

9、本發(fā)明的上述第二個目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種基于上述裝置的沉香分級加工方法，包括以下步驟：

10、s1、采用第一工業(yè)相機和第二工業(yè)相機的攝像頭采集待加工沉香木段兩側(cè)橫截面的圖像信息；

11、s2、采用底座中的嵌入式計算系統(tǒng)，基于圖像處理技術(shù)對s1獲得的圖像信息進行計算，獲取切割參數(shù)；

12、s3、將切割參數(shù)傳給切割部件，驅(qū)動切割部件對待加工沉香木段進行切割；

13、s4、利用夾持部件將待加工沉香木段旋轉(zhuǎn)固定的角度，重復(fù)步驟s1-s3，實現(xiàn)第一級的粗加工；

14、s5、采用上支架的第三工業(yè)相機的攝像頭采集粗加工后材料的圖像數(shù)據(jù)，依據(jù)勾刀作業(yè)部件寬度來標(biāo)記勾刀作業(yè)區(qū)域qw；

15、s6、基于計算機視覺技術(shù)識別勾刀作業(yè)區(qū)域qw中的白木區(qū)域qb，根據(jù)白木區(qū)域qb將勾刀作業(yè)參數(shù)傳給勾刀作業(yè)部件；

16、s7、依據(jù)勾絲要求，根據(jù)預(yù)設(shè)的勾刀下沉參數(shù)g從白木區(qū)域qb的頂端位置將勾刀位置下降，對白木區(qū)域qb采用平移操作，實現(xiàn)對白木區(qū)域進行勾絲；

17、s8、執(zhí)行勾絲操作后，重復(fù)步驟s7，直至當(dāng)前勾刀作業(yè)區(qū)域檢測不到白木區(qū)域為止；

18、s9、將加工件旋轉(zhuǎn)固定的角度，重復(fù)步驟s5-s8，實現(xiàn)第二級的精細(xì)加工。

19、在上述沉香分級加工方法中：

20、可選地，步驟s1-s9中所述圖像處理及電機驅(qū)動均由底座中的嵌入式計算系統(tǒng)控制，所述嵌入式計算系統(tǒng)是采用arm架構(gòu)的輕量型嵌入式系統(tǒng)，搭載有用于對待加工沉香木段兩側(cè)橫截面的圖像信息進行處理的圖像處理模塊，計算過程中所需的作業(yè)參數(shù)，通過總線傳遞給控制各個作業(yè)部件(比如下支架滑軌、上支架滑軌、切割伸縮機構(gòu)勾刀伸縮機構(gòu)等)的電機，帶動各作業(yè)部件進行作業(yè)。

21、可選地，所述步驟s2中采用底座中的嵌入式計算系統(tǒng)，基于圖像處理技術(shù)對s1獲得的圖像信息進行計算，獲取切割參數(shù)，具體步驟包括：

22、s21、對待加工沉香木段其中一側(cè)橫截面圖像進行處理，獲取到沉香最高處與夾持部件的距離l1；

23、s21、對待加工沉香木段另一側(cè)橫截面圖像進行處理，獲取到沉香最高處與夾持部件的距離l2；

24、s23、計算切割參數(shù)：l＝max(l1,l2)；

25、其中所述圖像處理技術(shù)包括基于cv圖像處理庫中的閾值分割方法識別圖像信息中沉香部分，再利用邊緣檢測法計算沉香部分的邊緣位置，依據(jù)邊緣位置參數(shù)分別計算切割參數(shù)。

26、可選地，所述步驟s3中將切割參數(shù)傳給切割部件，驅(qū)動切割部件對待加工沉香木段進行切割，具體步驟包括：

27、s31、根據(jù)切割參數(shù)l，利用下支架電機驅(qū)動切割伸縮機構(gòu)的高度；

28、s32、根據(jù)調(diào)節(jié)后高度，利用下支架電機通過下支架滑軌驅(qū)動切割伸縮機構(gòu)平移，同時切割部件進行旋轉(zhuǎn)，完成沉香木段的切割。

29、可選地，所述步驟s4和步驟s8中利用夾持部件將待加工沉香木段旋轉(zhuǎn)固定的角度，所述固定的角度為40～60°。

30、可選地，所述步驟s5中采用上支架的第三工業(yè)相機的攝像頭采集粗加工后材料的圖像數(shù)據(jù)，依據(jù)勾刀作業(yè)部件寬度來標(biāo)記勾刀作業(yè)區(qū)域qw，具體包括：利用上支架的第三工業(yè)相機的攝像頭采集粗加工后材料的俯視圖圖像，依據(jù)勾刀作業(yè)部件寬度，標(biāo)記勾刀作業(yè)區(qū)域qw，所述勾刀作業(yè)部件的寬度在2～5mm之間。

31、可選地，所述步驟s6中基于計算機視覺技術(shù)識別白木區(qū)域qb，根據(jù)白木區(qū)域qb將勾刀作業(yè)參數(shù)傳給勾刀作業(yè)部件，具體包括：

32、s61、根據(jù)計算機視覺技術(shù)識別勾刀作業(yè)區(qū)域qw中的白木區(qū)域，標(biāo)記為白木區(qū)域qb；

33、s62、根據(jù)識別的白木區(qū)域qb計算勾刀作業(yè)參數(shù)，并將勾刀作業(yè)參數(shù)傳給勾刀作業(yè)部件；

34、其中所述計算機視覺技術(shù)包括利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法提取勾刀作業(yè)區(qū)域qw中沉香區(qū)域與白木區(qū)域qb的圖像特征，主要為顏色特征與紋理特征的提取，在此基礎(chǔ)上進一步通過融合注意力機制的輕量化卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型efficientnet訓(xùn)練學(xué)習(xí)，構(gòu)建沉香區(qū)域與白木區(qū)域qb的二分類模型，識別勾刀作業(yè)區(qū)域qw中的白木區(qū)域qb。

35、可選地，所述步驟s7中依據(jù)勾絲要求，根據(jù)預(yù)設(shè)的勾刀下沉參數(shù)g從白木區(qū)域qb的頂端位置將勾刀位置下降，對白木區(qū)域qb采用平移操作，實現(xiàn)對白木區(qū)域進行勾絲，具體步驟包括：

36、s71、根據(jù)獲取的勾刀作業(yè)參數(shù)，利用上支架電機與上支架滑軌將勾刀作業(yè)部件在垂直方向上對準(zhǔn)白木區(qū)域qb右側(cè)的邊緣位置；

37、s72、利用勾刀伸縮機構(gòu)下降勾刀作業(yè)部件至沉香木段當(dāng)前最高處位置，并進一步根據(jù)勾刀下沉參數(shù)g進行下降；

38、s73、采用勾刀作業(yè)部件對白木區(qū)域qb進行勾絲操作；

39、s74，當(dāng)步驟s52中存在多個白木區(qū)域qb，則在執(zhí)行完每一個白木區(qū)域的勾絲后，將勾刀作業(yè)部件升高到沉香木段當(dāng)前最高處，再平移到下一步白木區(qū)域qb的右側(cè)邊緣進行下降并進行勾絲作業(yè)。

40、可選地，所述勾刀下沉參數(shù)g為0.05～0.1mm。

41、本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明裝置及方法綜合利用計算機視覺、自動化及機械設(shè)計，對待加工沉香木段原料進行自動化的分級加工，可有效提高沉香木段切削及勾絲的加工效率。