面向鞋业智能制造的3D机器视觉研究与应用

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机器人取代人工制造装配成为制鞋企业向现代化发展的重要方向,随着机器人技术的迅猛发展,在动作执行方面取代人工已经变得简单,但柔性化、多样化生产等关键问题仍需解决。近年来,机器视觉技术的发展弥补了机械自动化多方面的缺陷,实现更灵活更精确更高效的智能加工制造。鞋业制造装配涉及多个工序,其中胶水喷涂与装配贴合最主要环节,也是人工操作最多的环节,引入机器人以及3D机器视觉技术可实现鞋业智能化柔性制造,取代人工生产,提高产品质量与效益。本文以拖鞋生产装配场景为依托,根据实际生产需求以及鞋体特征对激光线扫系统、图像处理、特征提取、三维匹配、机器人位姿引导等方面进行研究,为鞋业智能制造提供机器视觉解决方案,主要研究内容包括:(1)对涂胶装配实际需求以及相关参数进行分析,并据此对3D图像采集模块硬件组成、采集方式进行设计,研究激光线扫方式的图像质量相关影响因素。根据实际生产场景以及鞋体本身属性进行算法优化设计,包括基于像素统计的曝光参数自适应确定、光心提取算法以及噪声处理等,实现鞋体轮廓深度和曲度信息的真实还原。(2)对线结构光3D测量模块的相机透视投影原理、相机内部参数和系统结构参数等进行探究,进行相机模型参数标定实验,依据原理对鞋体装配线系统进行手眼标定和工具坐标标定,对系统标定数据进行误差分析。(3)对涂胶特征提取的图像处理方法进行研究,分析基于2D图像SIFT算法的特征点提取效果,提出基于三维特征匹配定位的涂胶特征点的提取和基于边缘特征的增强模板匹配的方法,实现涂胶特征点的快速定位与精确提取。(4)根据鞋业涂胶装配工艺流程,结合鞋体特征定位与提取算法进行软件系统设计。在基于3D视觉鞋体装配线进行试验测试,对软硬件平台预计相关算法进行实际性验证,体现平台的高效性,灵活性与实用性。
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