一种基于机器视觉技术的定位裁切系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于机器视觉技术的定位裁切系统及方法，涉及纸张和塑料基材裁切技术领域。系统中图像采集装置实时采集裁切对象的图像信息，并传输到后端计算机；后端计算机对裁切对象的图像信息进行图像处理，确定裁切对象上的定位要素的位置数据；根据定位要素的位置数据确定一定位模型，并根据定位模型确定裁切位置数据；将裁切位置数据转化为可编程逻辑控制器的输入数据，并将输入数据传输到可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器将输入数据转化为电气信号，并将电气信号传输到裁切控制装置；裁切控制装置根据电气信号控制裁切结构的切刀对裁切对象进行裁切动作。可见，本发明专利技术可以通过定位要素的位置数据直接确定裁切位置，以完成裁切动作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉技术的定位裁切系统及方法
本专利技术涉及纸张和塑料基材裁切
，尤其涉及一种基于机器视觉技术的定位裁切系统及方法。
技术介绍
随着印刷行业和材料行业的不断发展，对于纸张和塑料基材等的裁切也需要达到更高的要求，特别是例如印钞流程中，需要对纸张(钞票)进行精确的裁切控制。目前，在对于纸张和塑料基材等的裁切领域中，一般采用光电裁切系统。如图1所示，对于需要定位裁切的纸张100(也可以是塑料基材等)，通常在纸张100之间额外制作与定位要素101(即产品质量对位置定位有标准要求的元素，例如钞票纸张的固定水印或白水印等)位置关系相对固定的裁切标记(即光电标记102)作为光电裁切系统中的裁切机的定位裁切的标记，裁切机需要通过专用光电传感器对光电标记102进行检测从而实现以光电标记102位置检测为基础的裁切控制。然而，以光电标记102位置检测为基础的裁切控制存在很多问题，首先光电标记102需要预先制作，提高了裁切成本，另外当光电标记102与定位要素101位置因各种原因发生变化时(例如：网笼在制作过程中光电标记102和定位要素101位置有偏差，且偏差是随机的，或者在纸张抄造过程中，纸张张力的变化以及水分定量的变化都有可能造成光电标记102和定位要素101位置有较大偏差)，从而造成定位要素101和裁切位置103的距离L1，L2，L3的不可控，距离变化较大，造成实际裁切质量较差。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种基于机器视觉技术的定位裁切系统及方法，以解决现有技术中的以光电标记位置检测为基础的裁切控制存在光电标记和定位要素位置偏差较大，造成定位要素和裁切位置的距离不可控，实际裁切质量较差，且需要预先设置光电标记成本较高的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于机器视觉技术的定位裁切系统，包括：后端计算机、可编程逻辑控制器、裁切控制装置、包括切刀的裁切结构以及设置于裁切结构的切刀位置处的图像采集装置；所述图像采集装置与后端计算机连接；所述后端计算机还与所述可编程逻辑控制器连接；所述可编程逻辑控制器与所述裁切控制装置连接；所述裁切控制装置用于控制裁切结构的切刀进行裁切动作；所述图像采集装置，用于实时采集裁切对象的图像信息，并传输到后端计算机；所述后端计算机，用于对所述裁切对象的图像信息进行图像处理，确定裁切对象上的定位要素的位置数据；根据定位要素的位置数据确定一定位模型，并根据所述定位模型确定裁切位置数据；将裁切位置数据转化为可编程逻辑控制器的输入数据，并将所述输入数据传输到可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器，用于将所述输入数据转化为电气信号，并将所述电气信号传输到所述裁切控制装置；所述裁切控制装置，用于根据所述电气信号控制裁切结构的切刀对裁切对象进行裁切动作。进一步的，所述后端计算机，还用于根据所述裁切对象的图像信息、定位要素的位置数据和预先获取的裁切对象相关信息，修正所述定位模型，以优化所述裁切位置数据，并确定裁切质量要求条件，产生不满足所述裁切质量要求条件的裁切对象对应的废品标记信号。此外，所述后端计算机，具体用于：根据定位要素的位置数据中的各定位要素的位置，拟合出一目标直线：Y＝aX+b，将所述目标直线Y＝aX+b作为定位模型；根据预先设置的定位要素与裁切位置的目标距离值，在目标直线Y＝aX+b上确定裁切位置数据中的各裁切位置。此外，所述裁切位置数据为裁切位置像素数据；所述后端计算机，具体用于：根据裁切对象的图像信息的分辨率信息，将所述裁切位置像素数据转化为裁切位置物理单位数据；将所述裁切位置物理单位数据转化为编码器线数数据，作为可编程逻辑控制器的输入数据；将所述编码器线数数据传输到可编程逻辑控制器。此外，所述裁切对象的图像信息包括：图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张总长度A_sum；所述预先获取的裁切对象相关信息包括：连续多个正常裁切对象分组的纸张长度平均值S、每个分组的纸张数目NX、定位要素偏离标准位置的合格阈值、裁切结构的切刀进行裁切动作时的调整情况数据；所述后端计算机，具体用于：根据图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张总长度A_sum和每个分组的纸张数目NX确定图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张长度平均值A；判断|A-S|是否小于等于预设纸张长度差阈值K1；在|A-S|大于预设纸张长度差阈值K1时，确定图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张长度存在异常；在连续多个裁切对象分组的纸张长度存在异常时，确定系统需要停机维护；根据定位要素偏离标准位置的合格阈值，设置一优化范围；在所述优化范围内，以预设步长调整定位要素位移，求取定位模型，并根据所述定位模型确定定位要素在优化范围内对应的最优裁切位置；在确定的最优裁切位置偏离一预先设置的极限位置达到预先设置的偏离阈值时，产生所述裁切对象对应的废品标记信号；根据公式确定一调整因子ξ；在A_sum大于NX·S时，在所述最优裁切位置处减去ξ，以更新最优裁切位置；在A_sum小于NX·S时，在所述最优裁切位置处增加ξ，以更新最优裁切位置；根据裁切结构的切刀进行裁切动作时的调整情况数据，确定前后两次裁切动作的极限调整距离是否大于等于预先设置的极限调整距离阈值；在前后两次裁切动作的极限调整距离大于等于预先设置的极限调整距离阈值时，产生所述裁切对象对应的废品标记信号；在前后两次裁切动作的极限调整距离小于预先设置的极限调整距离阈值时，确定图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度；判断图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度与S的偏差是否小于预设偏差阈值，在图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度与S的偏差小于预设偏差阈值时，确定图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度对应的裁切位置为最终裁切位置；在图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度与S的偏差大于等于预设偏差阈值时，产生所述裁切对象对应的废品标记信号。一种基于机器视觉技术的定位裁切方法，应用于一种基于机器视觉技术的定位裁切系统，该系统包括：后端计算机、可编程逻辑控制器、裁切控制装置、包括切刀的裁切结构以及设置于裁切结构的切刀位置处的图像采集装置；所述图像采集装置与后端计算机连接；所述后端计算机还与所述可编程逻辑控制器连接；所述可编程逻辑控制器与所述裁切控制装置连接；所述裁切控制装置用于控制裁切结构的切刀进行裁切动作；所述方法包括：所述图像采集装置实时采集裁切对象的图像信息，并传输到后端计算机；所述后端计算机对所述裁切对象的图像信息进行图像处理，确定裁切对象上的定位要素的位置数据；根据定位要素的位置数据确定一定位模型，并根据所述定位模型确定裁切位置数据；将裁切位置数据转化为可编程逻辑控制器的输入数据，并将所述输入数据传输到可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器将所述输入数据转化为电气信号，并将所述电气信号传输到所述裁切控制装置；所述裁切控制装置根据所述电气信号控制裁切结构的切刀对裁切对象进行裁切动作。进一步的，所述的基于机器视觉技术的定位裁切方法，还包括：所述后端计算机根据所述裁切对象的图像信息、定位要素的位置数据和预先获取的裁切对象相关信息，修正所述定位模型，以优化所述裁切位置数据，并确定裁切质量要求条件，产生不满足所述裁切质量要求条件的裁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机器视觉技术的定位裁切系统，其特征在于，包括：后端计算机、可编程逻辑控制器、裁切控制装置、包括切刀的裁切结构以及设置于裁切结构的切刀位置处的图像采集装置；所述图像采集装置与后端计算机连接；所述后端计算机还与所述可编程逻辑控制器连接；所述可编程逻辑控制器与所述裁切控制装置连接；所述裁切控制装置用于控制裁切结构的切刀进行裁切动作；所述图像采集装置，用于实时采集裁切对象的图像信息，并传输到后端计算机；所述后端计算机，用于对所述裁切对象的图像信息进行图像处理，确定裁切对象上的定位要素的位置数据；根据定位要素的位置数据确定一定位模型，并根据所述定位模型确定裁切位置数据；将裁切位置数据转化为可编程逻辑控制器的输入数据，并将所述输入数据传输到可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器，用于将所述输入数据转化为电气信号，并将所述电气信号传输到所述裁切控制装置；所述裁切控制装置，用于根据所述电气信号控制裁切结构的切刀对裁切对象进行裁切动作。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉技术的定位裁切系统，其特征在于，包括：后端计算机、可编程逻辑控制器、裁切控制装置、包括切刀的裁切结构以及设置于裁切结构的切刀位置处的图像采集装置；所述图像采集装置与后端计算机连接；所述后端计算机还与所述可编程逻辑控制器连接；所述可编程逻辑控制器与所述裁切控制装置连接；所述裁切控制装置用于控制裁切结构的切刀进行裁切动作；所述图像采集装置，用于实时采集裁切对象的图像信息，并传输到后端计算机；所述后端计算机，用于对所述裁切对象的图像信息进行图像处理，确定裁切对象上的定位要素的位置数据；根据定位要素的位置数据确定一定位模型，并根据所述定位模型确定裁切位置数据；将裁切位置数据转化为可编程逻辑控制器的输入数据，并将所述输入数据传输到可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器，用于将所述输入数据转化为电气信号，并将所述电气信号传输到所述裁切控制装置；所述裁切控制装置，用于根据所述电气信号控制裁切结构的切刀对裁切对象进行裁切动作。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的定位裁切系统，其特征在于，所述后端计算机，还用于根据所述裁切对象的图像信息、定位要素的位置数据和预先获取的裁切对象相关信息，修正所述定位模型，以优化所述裁切位置数据，并确定裁切质量要求条件，产生不满足所述裁切质量要求条件的裁切对象对应的废品标记信号。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉技术的定位裁切系统，其特征在于，所述后端计算机，具体用于：根据定位要素的位置数据中的各定位要素的位置，拟合出一目标直线：Y＝aX+b，将所述目标直线Y＝aX+b作为定位模型；根据预先设置的定位要素与裁切位置的目标距离值，在目标直线Y＝aX+b上确定裁切位置数据中的各裁切位置。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉技术的定位裁切系统，其特征在于，所述裁切位置数据为裁切位置像素数据；所述后端计算机，具体用于：根据裁切对象的图像信息的分辨率信息，将所述裁切位置像素数据转化为裁切位置物理单位数据；将所述裁切位置物理单位数据转化为编码器线数数据，作为可编程逻辑控制器的输入数据；将所述编码器线数数据传输到可编程逻辑控制器。5.根据权利要求4所述的基于机器视觉技术的定位裁切系统，其特征在于，所述裁切对象的图像信息包括：图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张总长度A_sum；所述预先获取的裁切对象相关信息包括：连续多个正常裁切对象分组的纸张长度平均值S、每个分组的纸张数目NX、定位要素偏离标准位置的合格阈值、裁切结构的切刀进行裁切动作时的调整情况数据；所述后端计算机，具体用于：根据图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张总长度A_sum和每个分组的纸张数目NX确定图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张长度平均值A；判断|A-S|是否小于等于预设纸张长度差阈值K1；在|A-S|大于预设纸张长度差阈值K1时，确定图像采集装置当前采集的裁切对象分组的纸张长度存在异常；在连续多个裁切对象分组的纸张长度存在异常时，确定系统需要停机维护；根据定位要素偏离标准位置的合格阈值，设置一优化范围；在所述优化范围内，以预设步长调整定位要素位移，求取定位模型，并根据所述定位模型确定定位要素在优化范围内对应的最优裁切位置；在确定的最优裁切位置偏离一预先设置的极限位置达到预先设置的偏离阈值时，产生所述裁切对象对应的废品标记信号；根据公式确定一调整因子ξ；在A_sum大于NX·S时，在所述最优裁切位置处减去ξ，以更新最优裁切位置；在A_sum小于NX·S时，在所述最优裁切位置处增加ξ，以更新最优裁切位置；根据裁切结构的切刀进行裁切动作时的调整情况数据，确定前后两次裁切动作的极限调整距离是否大于等于预先设置的极限调整距离阈值；在前后两次裁切动作的极限调整距离大于等于预先设置的极限调整距离阈值时，产生所述裁切对象对应的废品标记信号；在前后两次裁切动作的极限调整距离小于预先设置的极限调整距离阈值时，确定图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度；判断图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度与S的偏差是否小于预设偏差阈值，在图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度与S的偏差小于预设偏差阈值时，确定图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度对应的裁切位置为最终裁切位置；在图像采集装置当前采集的裁切对象优化后的纸张长度与S的偏差大于等于预设偏差阈值时，产生所述裁切对象对应的废品标记信号。6.一种基于机器视觉技术的定位裁切方法，其特征在于，应用于一种基于机器视觉技术的定位裁切系统，该系统包括：后端计算机、可编程逻辑控制器、裁切控制装置、包括切刀的裁切结构以及设置于裁切...

【专利技术属性】
技术研发人员：向祥凯，蔺亚娟，刘权，田建坤，马鸿胜，
申请(专利权)人：保定钞票纸业有限公司，中国印钞造币总公司，
类型：发明
国别省市：河北,13