基于视觉跟踪的单针绗缝智能控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术是一种基于视觉跟踪的单针绗缝智能控制系统及其控制方法。包括有工控机（Ａ）及与工控机（Ａ）连接的图形采集卡（Ｃ）及运动控制器（Ｂ），其中图形采集卡（Ｃ）的输入与静态摄像头（Ｄ）及动态摄像头（Ｅ）连接，图形采集卡（Ｃ）的输出端与工控机（Ａ）的输入端连接，工控机（Ａ）的ＵＳＢ接口端与运动控制器（Ｂ）连接。本发明专利技术采用计算机视觉测量和数字图像处理技术，提取图案的轮廓，生成加工轨迹，并建立加工布料变形的数学模型，通过稳定、快速和准确的相关运算，求得全局极小，得到变形后的位置偏移值，以补偿加工轨迹的偏离。本发明专利技术解决单针绗缝的加工对象边缘多变、背景复杂、柔性变形等问题，实现快速精确绗缝的自动化加工。

Single needle quilting intelligent control system based on visual tracking and control method thereof

The invention relates to a single needle quilting intelligent control system based on visual tracking and a control method thereof. Including the IPC (A) and computer graphics (A) acquisition card connection (C) and motion controller (B), including graphic acquisition card (C) and static camera input (D) and dynamic camera (E) connection, graphics card (C) and the output end of the IPC (A) is connected to the input end, IPC (A) USB interface with the motion controller (B) connection. The invention adopts computer vision measurement and digital image processing technology, extracting the contour of the pattern, tool path generation, and establish the mathematical model of fabric deformation, through the correlation operation is stable, fast and accurate, to obtain the global minimum position after displacement and deformation values, to deviate from the compensation processing path. The invention solves the problems of changeable edge, complicated background and flexible deformation of the processing object of the single needle quilting, and realizes the automatic processing of the rapid and accurate quilting.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种，属于的创新技术。
技术介绍
我国是缝制设备生产大国，约占全球产量的70％，但产品大多处于国际中低档水平，单针绗缝是其中一种重要产品，用于加工单花模大图案的床垫沙发等外套产品，其立体感强、色彩鲜明及个性突出的特点，深受消费者欢迎。在缝制设备对这类柔性物料进行高速加工时，因方向与速度的动态变化，导致物料产生较大变形，因而使加工轨迹偏离设定路线，采用传统的闭环反馈和一般补偿方法，难以有效实时补偿，影响加工质量和效率。国外先进单针绗缝机一般系统刚度较好，采用较先进的控制技术，加工速度快、质量较好、但价格较贵。我国生产单针数控绗缝机技术相对落后，加工效率不够高，快速加工时产品质量难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺点而提供一种解决单针绗缝的加工对象边缘多变、背景复杂、柔性变形等问题，实现快速精确绗缝的自动化加工基于视觉跟踪的单针绗缝智能控制系统。本专利技术的另一目的在于克服上述缺点而提供一种操作简单，控制方便基于视觉跟踪的单针绗缝智能控制系统的控制方法。本专利技术的原理框图如图1所示，包括有工控机(A)及与工控机(A)连接的图形采集卡(C)及运动控制器(B)，其中图形采集卡(C)的输入与静态摄像头(D)及动态摄像头(E)连接，图形采集卡(C)的输出端与工控机(A)的输入端连接，工控机(A)的USB接口端与运动控制器(B)连接，运动控制器(B)包括有控制单片机(1)、通讯单片机(2)、D/A输出控制器(3)、计时计数器(4)、鉴相器(6)，其中控制单片机(1)的接口通过通讯单片机(2)及通讯接口与工控机(A)连接，控制单片机(1)的输出接口通过D/A输出控制器(3)与Z轴变频调速器(9)连接，通过计时计数器(4)分别与X轴伺服驱动器(11)及Y轴伺服驱动器(12)连接，通过鉴相器(6)与X轴编码器(10)、Y轴编码器(13)连接，Z轴变频调速器(9)、X轴伺服驱动器(11)、Y轴伺服驱动器(12)分别与Z轴电机(14)、X轴电机(15)、Y轴电机(16)连接，X轴编码器(10)、Y轴编码器(13)分别与X轴电机(15)、Y轴电机(16)连接。上述控制单片机(1)还连接有I/O检测与控制器(5)，I/O检测与控制器(5)通过光电隔离电路(7)分别与主轴、X轴、Y轴及其他的辅助动作控制信号及控制装置连接。上述工控机(1)的输入接口连接有键盘(F)，工控机(1)的输出接口连接有显示器(G)。上述通讯单片机(2)还连接有存储器(8)。上述图形采集卡(C)通过PCI总线与工控机(A)连接，工控机(A)的输出端通过USB总线与运动控制器(B)连接。上述控制单片机(1)为ATMEGA16，通讯单片机(2)为C541，D/A输出控制器(3)为0832，计时计数器(4)为8254，鉴相器(6)为LS7266R1。上述I/O检测与控制器(5)为8255，存储器(8)为62256。本专利技术基于视觉跟踪的单针绗缝智能控制系统的控制方法，其包括有如下步骤1)工控机(A)通过静态摄像头(D)和图形采集卡(C)获取整幅加工布料花纹图像信息；2)工控机(A)对布料花纹图像进行处理，得到图像边缘图案，并由人工确定绗缝加工轨迹；3)工控机(A)通过USB接口向运动控制器(B)发送图形加工信息并存贮在存储器(8)中；4)运动控制器(B)机根据加工轨迹和针距要求，对绗缝的加工路径和加工点进行规划；5)运动控制器(B)控制主交流电机转动，带动绗缝针架上下及相应的机构运动；6)运动控制器(B)同时进行插补运算和PID算法处理后，通过分别给定X轴和Y轴方向和进给脉冲信号到伺服驱动器控制X轴和Y轴伺服电机，带动绗缝针的机架左右运动和前后运动，使绗缝针按要求加工出相应的图案，其中X轴和Y轴伺服电机采用编码器闭环反馈；7)在加工过程中工控机(A)通过动态摄像头(E)动态摄取当前图像，经相关算法处理获得柔性布料中绗缝针运动局部位置质点的当前位置与给定位置之间的偏差值；8)工控机(A)及时通过USB口将偏差值实时向运动控制器(B)传送，运动控制器(B)对每针的控制轨迹信息进行修改和调整。9)若加工完成或中间需要间断加工，则X轴、Y轴伺服电机和主轴针架停止运动，并剪线。此外，本专利技术在X轴、Y轴伺服电机的运动过程中，运动控制器(B)对X轴和Y轴伺服驱动器、X轴和Y轴的端点和原点，主轴变频器和原点、断线等信号进行检测。本专利技术采用两级多微机控制系统的结构，一般的两级系统中通常都采用PCI总线的结构，本专利技术的图像采集卡为PCI总线，而运动控制器采用当前最流行的USB通信，充分应用该平台的高速性能和丰富软件，并使运动控制器安装脱离计算机中，可以放入驱动柜。此外，本专利技术采用计算机视觉测量和数字图像处理技术，提取图案的轮廓，生成加工轨迹，克服以往单纯人为主观确定加工轨迹，使加工图案更加自然合理。并建立加工布料变形的数学模型，在得到变形前后两幅图形的相关计算中，应用有效的迭代初始值赋值综合方法，通过稳定、快速和准确的相关运算，求得全局极小，得到变形后的位置偏移值，以补偿加工轨迹的偏离。解决单针绗缝的加工对象边缘多变、背景复杂、柔性变形等问题，实现快速精确绗缝的自动化加工。本专利技术是一种设计合理，结构合理，性能优良，方便实用的基于视觉跟踪的单针绗缝智能控制系统。本专利技术的控制方法操作简单，控制方便。附图说明图1为本专利技术的原理框图；图2为本专利技术中运动控制器(B)的原理框图；图3、4为本专利技术中运动控制器(B)的电路原理图。具体实施例方式实施例本专利技术的原理框图及运动控制器(B)的原理框图分别如图1、2所示，包括有工控机A及与工控机A连接的图形采集卡C及运动控制器B，其中图形采集卡C的输入与静态摄像头D及动态摄像头E连接，图形采集卡C的输出端与工控机A的输入端连接，工控机A的USB接口端与运动控制器B连接，运动控制器B包括有控制单片机1、通讯单片机2、D/A输出控制器3、计时计数器4、鉴相器6，其中控制单片机1的接口通过通讯单片机2及通讯接口与工控机A连接，控制单片机1的输出接口通过D/A输出控制器3与Z轴变频调速器9连接，通过计时计数器4分别与X轴伺服驱动器11及Y轴伺服驱动器12连接，通过鉴相器6与X轴编码器10、Y轴编码器13连接，Z轴变频调速器9、X轴伺服驱动器11、Y轴伺服驱动器12分别与Z轴电机14、X轴电机15、Y轴电机16连接，X轴编码器10、Y轴编码器13分别与X轴电机15、Y轴电机16连接。上述控制单片机1还连接有I/O检测与控制器5，I/O检测与控制器5通过光电隔离电路7分别与主轴、X轴、Y轴及其他的辅助动作控制信号及控制装置连接。主轴、X轴、Y轴及其他的辅助动作控制信号及控制装置包括有分别输出到X轴、Y轴伺服驱动器11、12的X、Y轴使能、方向、复位信号，输出到Z轴变频调速器9的主轴使能信号，输出到剪线器的剪线信号，分别由X轴、Y轴机构的相应位置检测装置输入的X轴及Y轴的原点、限位信号，分别由X轴、Y轴伺服驱动器11、12输入的X轴、Y轴准备好信号，由主轴运动机构的检测装置输入的主轴原点、主复位信号，由Z轴变频调速器9输入的主轴故障、准备好信号，由检测器输入的断线或有布信号等等。上述工控机1的输入接口连接有键盘F，工控机1的输出接口连接有显示器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视觉跟踪的单针绗缝智能控制系统，其特征在于包括有工控机（Ａ）及与工控机（Ａ）连接的图形采集卡（Ｃ）及运动控制器（Ｂ），其中图形采集卡（Ｃ）的输入与静态摄像头（Ｄ）及动态摄像头（Ｅ）连接，图形采集卡（Ｃ）的输出端与工控机（Ａ）的输入端连接，工控机（Ａ）的输出端与运动控制器（Ｂ）连接，运动控制器（Ｂ）包括有控制单片机（１）、通讯单片机（２）、Ｄ／Ａ输出控制器（３）、计时计数器（４）、鉴相器（６），其中控制单片机（１）的接口通过通讯单片机（２）及通讯接口与工控机（Ａ）连接，控制单片机（１）的输出接口通过Ｄ／Ａ输出控制器（３）与Ｚ轴变频调速器（９）连接，通过计时计数器（４）分别与Ｘ轴伺服驱动器（１１）及Ｙ轴伺服驱动器（１２）连接，通过鉴相器（６）与Ｘ轴编码器（１０）、Ｙ轴编码器（１３）连接，Ｚ轴变频调速器（９）、Ｘ轴伺服驱动器（１１）、Ｙ轴伺服驱动器（１２）分别与Ｚ轴电机（１４）、Ｘ轴电机（１５）、Ｙ轴电机（１６）连接，Ｘ轴编码器（１０）、Ｙ轴编码器（１３）分别与Ｘ轴电机（１５）、Ｙ轴电机（１６）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐露新，吴黎明，王桂棠，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]