陳新生 范坤河 夏學(xué)文 喻飛

摘 要：采用視覺技術(shù)對板材加工各工序運行時進行三維位置自動化檢測研究，解決板式家具生產(chǎn)中光照不均勻、精度要求高、定位視野大、圖像處理復(fù)雜等技術(shù)難題。在家具自動化生產(chǎn)中應(yīng)用，深度測量值與實際測量對比后的誤差值均在3mm內(nèi)，對板材定位比較精確，完全可滿足企業(yè)現(xiàn)代家具制造工廠自動化生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：家具;工序;檢測

板式家具生產(chǎn)原料以人造板為主，與其他類型家具相比，更易實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，具工序分散度高、生產(chǎn)效率高德特點[1]。隨著我國環(huán)境保護加強，板式家具是當前也是今后我國家具行業(yè)發(fā)展的趨勢[2]。在板式家具生產(chǎn)中拆剁、搬運、上料等工序基本上由人工完成，不僅成本高、效率低，且易造成工傷事故[3]，隨著我國工業(yè)自動化快速發(fā)展，家具制造工序逐步實現(xiàn)自動化，但各工序加工時需精準對板材進行定位，以保障各關(guān)鍵工序準確運行，這就對家具生產(chǎn)裝備提出了更高的技術(shù)要求[4-5]。本文采用視覺技術(shù)對板材加工各工序運行時進行三維位置自動化檢測研究，并在家具自動化生產(chǎn)中進行應(yīng)用，解決板式家具生產(chǎn)中光照不均勻、精度要求高、定位視野大、圖像處理復(fù)雜等技術(shù)難題，以實現(xiàn)精準的自動獲取三維坐標，推動板式家具自動化生產(chǎn)的可靠性。

1 硬件平臺

在漳州永生利家具有限公司現(xiàn)代家具生產(chǎn)車間搭建工序自動檢測平臺（見圖1），硬件裝備為：（1）生產(chǎn)線板材情況，三跺、板材大小不一，板材單層厚度1.6cm，板材單個最大尺寸60cm×60cm;（2）傳感器支架，支撐安放傳感器，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)情況，實現(xiàn)高位置精度傳感器安裝高度在1.2m較適宜;（3）傳感器，采用Kinect2.0傳感器獲取目標板材的彩色圖像、深度數(shù)據(jù);（4）工控機，用于系統(tǒng)圖像處理，工機配置為Intel I9，操作系統(tǒng)Windows10，內(nèi)存8G;（5）輔助光源，在光線不足如晚上、陰雨天等情況下使用，提升光照均勻性，提高采集圖像質(zhì)量;（6）拆剁機械手，根據(jù)定位情況，自動抓取板材至下個工序。

工作流程為：板材經(jīng)上道工序加工后送至生產(chǎn)線上，傳感器獲取生產(chǎn)線上得板材圖像和數(shù)據(jù)，經(jīng)工控機數(shù)據(jù)處理分析后將指令發(fā)送給機械手控制器，機械手根據(jù)指令自動搬運、放置家具板材至下個加工工序。

2 軟件平臺

工序自動檢測平臺系統(tǒng)采用visual studio2019平臺開發(fā)，采用MFC進行人機交互界面開發(fā)，平臺系統(tǒng)的主要功能為：（1）對傳感器獲取的板材圖像進行采集、分析和數(shù)據(jù)處理;（2）顯示傳感器獲取的實時圖像，及板材三維坐標;（3）相關(guān)技術(shù)參數(shù)設(shè)置、調(diào)節(jié)。工序自動檢測平臺系統(tǒng)的功能模塊、人機交互界面見圖2，功能模塊有4個：人機交互、圖像處理、通訊控制、數(shù)據(jù)處理，人機交互模塊：負責(zé)圖像、系統(tǒng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示;圖像處理模塊：從傳感器獲取圖片，并對圖像進行深度分析，計算出板材三維坐標;通訊控制模塊：將數(shù)據(jù)計算結(jié)果和控制指令傳遞給機械手控制器，指令機械手工作并接收狀態(tài)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理模塊：對圖像數(shù)據(jù)進行分析，計算出板材三維坐標。

3 定位檢測分析、誤差補償

Kinect2.0傳感器在0-0.8m時，無法得到有效清洗圖像，安裝超過1.5m時，測量值與實際值誤差偏大。經(jīng)在1.0-1.5m范圍內(nèi)集中采集圖像分析對比，在傳感器為1.2m位置時，成像效果較好，經(jīng)從圖3可看出，Kinect2.0傳感器安裝在1.2m時，深度測量值與實際測量值間存在偏差，誤差值在8mm內(nèi)。為此進行進行誤差補償，通過20次數(shù)據(jù)采集，通過深度測量值與實際測量值對比分析，對測試的深度數(shù)據(jù)誤差糾正后，誤差值在5mm內(nèi)。

4 生產(chǎn)應(yīng)用

從表1可以看出，深度測量值與實際測量對比后的誤差值均在3mm內(nèi)，家具制造關(guān)鍵工序自動檢測系統(tǒng)對板材定位比較精確，完全可滿足企業(yè)現(xiàn)代家具制造工廠自動化生產(chǎn)要求。

5 結(jié)論

現(xiàn)代板式家具生產(chǎn)中，板材從輸送線進入下個工序時，采用人工搬運即影響生產(chǎn)效率、成本高，且搬運工人易受各種機械傷害。隨著自動化裝備的生產(chǎn)應(yīng)用，可將視覺技術(shù)與生產(chǎn)裝備結(jié)合，實現(xiàn)對輸送線上板材的精準定位，并通過指令引導(dǎo)機械手搬運板式家具，實現(xiàn)對人工代替。但在實際生產(chǎn)中，因定位不精確使得機械手經(jīng)常抓取板式家具失敗，影響生產(chǎn)效率又損壞板材。為此，需解決板式家具生產(chǎn)上光照干擾強、精度要求高、定位視野大、定位速度慢、圖像處理復(fù)雜等關(guān)鍵技術(shù)難點。

本文針對上述問題，開發(fā)了家具制造關(guān)鍵工序自動檢測系統(tǒng)，通過對獲取的圖像處理和深度分析，計算出板材三維坐標，并將數(shù)據(jù)計算結(jié)果和控制指令傳遞給機械手控制器，控制機械手搬運板材至下個工序，并實現(xiàn)對角度、位置的自動校正。通過生產(chǎn)應(yīng)用，深度測量值與實際測量對比后的誤差值均在3mm內(nèi)，家具制造關(guān)鍵工序自動檢測系統(tǒng)對板材定位比較精確，完全可滿足企業(yè)現(xiàn)代家具制造工廠自動化生產(chǎn)要求。本文的技術(shù)帶動了家具生產(chǎn)車間的數(shù)字化管理，提升了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和行業(yè)競爭力。

參考文獻：

[1]牛怡婷，熊先青，袁瑩瑩.板式家具自動化原料與成品倉管控流程對比研究[J].林產(chǎn)工業(yè)，202（5）：30-33.

[2]馮莉，杜炳霖.板式家具自動導(dǎo)引車的設(shè)計與關(guān)鍵零部件的有限元分析林業(yè)[J].機械與木工設(shè)備，2020（4）：41-44.

[3]劉洪旭.鋼坯位置檢測及其圖像處理技術(shù)的研究[D].天津：天津科技大學(xué)，2016.

[4]朱宇輝.基于Kinect的機械臂人機交互控制系統(tǒng)設(shè)計[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2013.

[5]董欞皙.基于單圖像傳感器的雙孔相機成像測量技術(shù)[D].太原：中北大學(xué)，2017.

作者簡介：

陳新生（一作）;性別：男;出生年月日：1953.1.1;貫籍：福建省漳州市;民族：漢;學(xué)歷：大專;職稱 ：中級工程師;研究方向：現(xiàn)代家具智能生產(chǎn)設(shè)計

范坤河（二作）;性別：男;出生年月日：1982.5.17;貫籍：福建漳州;民族：漢;學(xué)歷：大專;職稱 ：中級工程師;研究方向：現(xiàn)代家具智能化設(shè)計

夏學(xué)文（三作）;性別：男;出生年月日： 1974年 8月 7日;貫籍：湖北省孝感市;民族：漢;學(xué)歷： 博士研究生;職稱 ：教授;研究方向：人工智能及其應(yīng)用

喻飛（四作）;性別：男;出生年月日：1981.12.02;貫籍：湖北省鐘祥市;民族：漢;學(xué)歷：博士研究生;職稱 ：副教授;研究方向：智能計算與應(yīng)用