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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑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(chǎn)過程中優(yōu)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(shù)：
現(xiàn)有的石材大板加工測量中，一般采用人工測量的方式，對磨光后的石材板材表 面形貌和廓形尺寸測量，對石材大板后續(xù)的切割進(jìn)行采樣測量，工作非常繁瑣，測量的誤差 較大，并使得石材的利用率降低。同時，這種人工的測量方式也不便于石材加工工廠的連續(xù) 作業(yè)和科學(xué)化管理。目前，意大利布萊頓公司已開發(fā)出石材橋式切機(jī)專用軟件，在橋式切機(jī)上安裝了 攝像頭，用攝像頭采集圖像，然后再進(jìn)行圖像采集及后續(xù)處理，對板材最優(yōu)化排板，實現(xiàn)了 集設(shè)計及加工為一體的石材大板自動控制和智能選擇系統(tǒng)，但構(gòu)造復(fù)雜。而國內(nèi)相關(guān)研究 還較少，浙江大學(xué)和天津大學(xué)研究了瓷磚幾何尺寸在線檢測系統(tǒng)，但在石材大板在線表面 測量系統(tǒng)及相關(guān)裝置國內(nèi)至今還未見相關(guān)報導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種石材大板在生產(chǎn)過程中優(yōu)化加工的石材大板表面廓 形測量裝置及其測量方法。本發(fā)明對石材大板后續(xù)的切割進(jìn)行計算機(jī)圖形采樣、板材庫存 計算機(jī)管理、板材圖形排板、板材優(yōu)化下料提供原始數(shù)據(jù)，同時對石材鋪設(shè)設(shè)計和加工提供 原始資料?？梢苑奖愎S對板材的科學(xué)管理，簡化生產(chǎn)步驟，節(jié)約時間，提高原材料的使用 率，同時可以提高質(zhì)量，降低成本。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，包括有攝像系統(tǒng)、鏡頭控制系統(tǒng)和機(jī)械運 動及支撐機(jī)構(gòu)在內(nèi)的硬件部分和軟件部分，其硬件部分包括石材大板工作臺、攝像頭支撐 立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導(dǎo)軌、攝像頭橫向運動和垂直運動驅(qū)動伺服電機(jī)；攝像 系統(tǒng)包括CCD攝像機(jī)、CCD攝像控制電路；軟件基于C++語言編制單片機(jī)控制程序、攝像機(jī) 控制程序、圖像處理控制程序、圖像采集和尺寸測量控制程序；該裝置由橫向進(jìn)給系統(tǒng)(X 向)、垂直進(jìn)給系統(tǒng)(Z向)、工作臺、攝像系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五部分構(gòu)成工作臺底座上安裝有 螺栓與地基基礎(chǔ)連接，橫向?qū)к壷误w通過螺栓與基礎(chǔ)體固定在一起，并保持平行度和水 平度；橫梁支撐件為鑄鐵整體鑄出，在其內(nèi)部裝有兩個滾輪與縱向?qū)к壪嗯浜?；電機(jī)軸伸 出端在支撐件內(nèi)部，橫梁支撐件與橫梁之間用螺栓聯(lián)接，橫梁是用鑄鐵整體鑄出，橫梁的導(dǎo) 軌由燕尾槽型導(dǎo)軌和矩形導(dǎo)軌組合而成的，橫梁上有動導(dǎo)軌與其相配合，動導(dǎo)軌與橫向?qū)?塊鑄為一體，橫向?qū)K與橫向滾珠絲杠連接，同時又通過垂直絲杠與垂直導(dǎo)塊連接，C⑶攝 像機(jī)與垂直導(dǎo)塊連接，具有CCD攝像機(jī)橫向和垂直方向運動的垂直導(dǎo)塊和橫向?qū)K分別與 步進(jìn)電機(jī)連接驅(qū)動，并調(diào)整CXD攝像機(jī)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(jī)橫向(X方向)的運動是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠上連接橫向?qū)K，橫向?qū)K在導(dǎo)軌上運動；步 進(jìn)電機(jī)與橫向滾珠絲杠通過聯(lián)軸器連接，滾珠絲杠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(chǔ)連接，工作臺通過地角螺栓與地基基礎(chǔ)連接，工 作臺上放有輥子，石材大板放在工作臺上。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(dǎo)塊與橫向滾珠絲杠連 接，在橫向運動導(dǎo)塊上裝有垂直運動驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)與垂直滾珠絲杠連接，垂直導(dǎo) 塊與垂直滾珠絲杠連接，CXD攝像頭與垂直導(dǎo)塊實現(xiàn)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臺上，攝像機(jī)高度和中心位置由計算機(jī)控制程序進(jìn)行調(diào)整；選 好攝像機(jī)后，首先要對其內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定是準(zhǔn)確測量目標(biāo)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(jī)標(biāo)定校正這種鏡頭畸變；標(biāo)定結(jié)束后對石材大板進(jìn)行 拍照，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)內(nèi)通過VC++軟件對其進(jìn)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++軟件對其進(jìn)行圖像 處理包括采集模塊、預(yù)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(jī)視場內(nèi)，然后圖像采集卡將圖像采集到計算機(jī)內(nèi)部，再運用圖 像處理技術(shù)對采集到的原始圖像進(jìn)行處理，然后提取石材的輪廓，并計算出石材大板尺寸。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是本發(fā)明通過對基于CXD石材大板在線測量系統(tǒng)的實現(xiàn)，可以方便工廠對板材的科 學(xué)管理，簡化生產(chǎn)步驟，節(jié)約時間，提高原材料的使用率，同時可以提高質(zhì)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(fā)明實現(xiàn)了石材大板在線測量，解決了石材大板在線測量問題。本裝置采用CCD 攝像機(jī)、圖像采集卡和計算機(jī)來實現(xiàn)石材大板的在線測量，軟件主要采用VC++來實現(xiàn)。該 裝置同時實現(xiàn)了硬件和軟件的結(jié)合，具有較高自動化、智能化、集成化水平，由此可以實現(xiàn) 石材加工數(shù)控化。該系統(tǒng)為后續(xù)的石材大板缺陷檢測、優(yōu)化排板、自動切割提供了一個基礎(chǔ) 平臺，最終可以解決石材大板在生產(chǎn)過程中優(yōu)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(jié)能減排具有重要意義，同時為石材加工設(shè)備邁 向一個新臺階做好前期準(zhǔn)備工作。本發(fā)明可以提高我國石材設(shè)計和加工水平，滿足于國內(nèi) 市場的需求。具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的石材大板表面廓形測量裝置示意圖；圖2為本發(fā)明的主傳動升降系統(tǒng)簡圖；圖3為本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)方框圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明為用于天然石材磨光后表面廓形和形貌的測量裝置，主要構(gòu)成有CCD攝像 系統(tǒng)、鏡頭控制系統(tǒng)和機(jī)械運動及支撐機(jī)構(gòu)。該裝置包括有硬件部分和軟件部分。硬件部 分包括石材大板工作臺、攝像頭支撐立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導(dǎo)軌、攝像頭橫向運 動和垂直運動驅(qū)動伺服電機(jī)。攝像系統(tǒng)包括C⑶攝像機(jī)、C⑶攝像控制電路等。軟件主要 基于C++語言編制單片機(jī)控制程序、攝像機(jī)控制程序、圖像處理控制程序、圖像采集和尺寸 測量控制程序。本發(fā)明主要應(yīng)用在石材磨光生產(chǎn)線上，同時也可以單獨使用，完成對磨光后的石 材板材表面形貌和廓形尺寸實施在線測量。對石材大板后續(xù)的切割進(jìn)行計算機(jī)圖形采樣、 板材庫存計算機(jī)管理、板材圖形排板、板材優(yōu)化下料提供原始數(shù)據(jù)，同時對石材鋪設(shè)設(shè)計和 加工提供原始資料。本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)的主要零部件有工作臺、橫向?qū)K、橫梁支撐件、垂直導(dǎo)塊、 CCD攝像機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、控制箱等。其中工作臺底座上安裝有螺栓與地基基礎(chǔ)連接，橫向?qū)к?支撐體通過螺栓與基礎(chǔ)體固定在一起，并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(nèi)部裝有兩個滾輪與縱向?qū)к壪嗯浜?。電機(jī)軸伸出端在支撐件內(nèi)部。橫梁支 撐件與橫梁之間用螺栓聯(lián)接。橫梁是用鑄鐵整體鑄出，橫梁的導(dǎo)軌由燕尾槽型導(dǎo)軌和矩形 導(dǎo)軌組合而成的。橫梁上有動導(dǎo)軌與其相配合，動導(dǎo)軌與橫向?qū)K鑄為一體。橫向?qū)K與 橫向滾珠絲杠連接，同時又通過垂直絲杠與垂直導(dǎo)塊連接，CCD攝像機(jī)與垂直導(dǎo)塊連接。垂 直導(dǎo)塊和橫向?qū)K分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，使CXD攝像機(jī)具有橫向和垂直方向運動，調(diào)整CXD 攝像機(jī)與石材大板的高度和中心位置。該裝置主要由橫向進(jìn)給系統(tǒng)(X向)、垂直進(jìn)給系統(tǒng) (Z向)、工作臺、攝像系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五大部分所構(gòu)成。圖1為本發(fā)明的石材大板表面廓形尺寸測量裝置示意圖。圖中1.導(dǎo)軌支撐體，2.螺栓M12，3.導(dǎo)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(jī)架，11.滾珠絲杠，12. C⑶工業(yè)相機(jī)， 13.垂直導(dǎo)塊，14.六角螺栓M12，15.橫向?qū)K，16.絲杠螺母，17.六角螺栓M8，18.電機(jī)固 定板，19.六角螺栓M8，20.聯(lián)軸器，21.步進(jìn)電機(jī)，22.鍵12X8，23.六角螺栓M8，24.支架， 25.工作臺滾子，26.工作臺，27.支架地腳筋板，28.支架地腳螺栓。該裝置工作時，CXD攝像機(jī)橫向(X方向)的運動是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠，而 滾珠絲杠上連接橫向?qū)K，橫向?qū)K在導(dǎo)軌上運動來實現(xiàn)CCD攝像機(jī)橫向運動。步進(jìn)電機(jī) 與橫向滾珠絲杠通過聯(lián)軸器連接，滾珠絲杠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(chǔ)連接。工作臺通過地角螺栓與地基基礎(chǔ)連接，工作臺上 放有輥子，石材大板放在工作臺上。工作臺長度為3100mm，寬度為2340mm，高度為1100mm。 垂直方向(Z方向)運動結(jié)構(gòu)由圖2所示。橫向運動導(dǎo)塊與橫向滾珠絲杠連接，在橫向運動 導(dǎo)塊上裝有垂直運動驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)與垂直滾珠絲杠連接，垂直導(dǎo)塊與垂直滾珠 絲杠連接，CCD攝像頭與垂直導(dǎo)塊實現(xiàn)測量頭上下運動。整機(jī)的運動是在單片機(jī)的控制下 進(jìn)行的，進(jìn)而實現(xiàn)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(fā)明的主傳動升降系統(tǒng)簡圖。圖中1.墊圈，2.六角頭螺栓M6，3.圓錐滾子軸承，4.步進(jìn)電機(jī)，5.鍵，6.垂直絲 杠，7.六角螺栓M6，8.六角螺栓M6，9.垂直導(dǎo)塊，10.六角螺栓M8，11. CCD工業(yè)相機(jī)，12.鏡頭，13.垂直導(dǎo)動塊端蓋，14.六角螺栓M8。石材大板放在工作臺上，攝像機(jī)高度和中心位置由計算機(jī)控制程序進(jìn)行調(diào)整。選 好攝像機(jī)后，首先要對其內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定是準(zhǔn)確測量目標(biāo)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(jī)標(biāo)定就可以校正這種鏡頭畸變。標(biāo)定結(jié)束后就可以對 石材大板進(jìn)行拍照，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)內(nèi)通過VC++軟件對其進(jìn)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。圖像采集系統(tǒng)模塊如圖3所示。圖3為本發(fā)明的圖像采集系統(tǒng)方框圖。首先傳送帶將石材大板送到CCD攝像機(jī)視場內(nèi)，然后圖像采集卡將圖像采集到計 算機(jī)內(nèi)部，再運用圖像處理技術(shù)對采集到的原始圖像進(jìn)行處理，然后提取石材的輪廓，并計 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。圖像處理軟件主要包括采集模塊、預(yù)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(quán)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(tǒng)、鏡頭控制系統(tǒng)和機(jī)械運動及支撐機(jī)構(gòu)在內(nèi)的硬件部分和軟件部分，其特征在于硬件部分包括石材大板工作臺、攝像頭支撐立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導(dǎo)軌、攝像頭橫向運動和垂直運動驅(qū)動伺服電機(jī)；攝像系統(tǒng)包括CCD攝像機(jī)、CCD攝像控制電路；軟件基于C++語言編制單片機(jī)控制程序、攝像機(jī)控制程序、圖像處理控制程序、圖像采集和尺寸測量控制程序；該裝置由橫向進(jìn)給系統(tǒng)(X向)、垂直進(jìn)給系統(tǒng)(Z向)、工作臺、攝像系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五部分構(gòu)成工作臺底座上安裝有螺栓與地基基礎(chǔ)連接，橫向?qū)к壷误w通過螺栓與基礎(chǔ)體固定在一起，并保持平行度和水平度；橫梁支撐件為鑄鐵整體鑄出，在其內(nèi)部裝有兩個滾輪與縱向?qū)к壪嗯浜希浑姍C(jī)軸伸出端在支撐件內(nèi)部，橫梁支撐件與橫梁之間用螺栓聯(lián)接，橫梁是用鑄鐵整體鑄出，橫梁的導(dǎo)軌由燕尾槽型導(dǎo)軌和矩形導(dǎo)軌組合而成的，橫梁上有動導(dǎo)軌與其相配合，動導(dǎo)軌與橫向?qū)K鑄為一體，橫向?qū)K與橫向滾珠絲杠連接，同時又通過垂直絲杠與垂直導(dǎo)塊連接，CCD攝像機(jī)與垂直導(dǎo)塊連接，具有CCD攝像機(jī)橫向和垂直方向運動的垂直導(dǎo)塊和橫向?qū)K分別與步進(jìn)電機(jī)連接驅(qū)動，并調(diào)整CCD攝像機(jī)與石材大板的高度和中心位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，其特征在于，所述的 CCD攝像機(jī)橫向(X方向)的運動是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠上連接橫向?qū)K，橫 向?qū)K在導(dǎo)軌上運動；步進(jìn)電機(jī)與橫向滾珠絲杠通過聯(lián)軸器連接，滾珠絲杠通過兩端軸承 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(chǔ)連接，工作臺通過地角 螺栓與地基基礎(chǔ)連接，工作臺上放有輥子，石材大板放在工作臺上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量裝置，其特征在于，橫向運 動導(dǎo)塊與橫向滾珠絲杠連接，在橫向運動導(dǎo)塊上裝有垂直運動驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)與 垂直滾珠絲杠連接，垂直導(dǎo)塊與垂直滾珠絲杠連接，CXD攝像頭與垂直導(dǎo)塊實現(xiàn)測量頭上下 運動。
4.一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟石材大板放在工作臺上，攝像機(jī)高度和中心位置由計算機(jī)控制程序進(jìn)行調(diào)整；選好攝像機(jī)后，首先要對其內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定是準(zhǔn)確測量目標(biāo)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(jī)標(biāo)定校正這種鏡頭畸變；標(biāo)定結(jié)束后對石材大板進(jìn)行拍照， 然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)內(nèi)通過VC++軟件對其進(jìn)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(jù)權(quán)利要求4所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其特征在于，所述的 VC++軟件對其進(jìn)行圖像處理包括采集模塊、預(yù)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(jù)權(quán)利要求4所述的一種石材大板表面廓形尺寸測量方法，其特征在于，所述的 圖像處理為首先傳送帶將石材大板送到CCD攝像機(jī)視場內(nèi)，然后圖像采集卡將圖像采集 到計算機(jī)內(nèi)部，再運用圖像處理技術(shù)對采集到的原始圖像進(jìn)行處理，然后提取石材的輪廓， 并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，涉及建筑石材的測量裝置及其測量方法。測量裝置包括有攝像系統(tǒng)、鏡頭控制系統(tǒng)和機(jī)械運動及支撐機(jī)構(gòu)在內(nèi)的硬件部分和軟件部分，硬件部分包括石材大板工作臺、攝像頭支撐立住、攝像頭橫向運動和垂直運動導(dǎo)軌、攝像頭橫向運動和垂直運動驅(qū)動伺服電機(jī)；該方法包括石材大板放在工作臺上，調(diào)整攝像機(jī)高度和中心位置，對石材大板進(jìn)行拍照，將圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)內(nèi)通過VC++軟件對其進(jìn)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(fā)明實現(xiàn)了石材大板在線測量，可以方便工廠對板材的科學(xué)管理，簡化生產(chǎn)步驟，節(jié)約時間，提高原材料的使用率，同時可以提高質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者李洪飛, 趙民, 那麗紅, 閔莉 申請人:沈陽建筑大學(xué)