CN106123789A - 一种木质板材毛边的识别装置和识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木质板材毛边的识别装置，包括传送台、激光发射器、支架、面阵工业相机，支架桥式架设在传送台上，沿传送台的传送方向，依次在传送台上方的支架上设置激光发射器和面阵工业相机，且所述的激光发射器发射到传送台上被测木质板材表面的光源经被测木质板材反射后被面阵工业相机接收，而面阵工业相机同时与一计算机连通。本发明同时公开了其识别方法。本发明所述方法在检测木质板材毛边时，不需要人工操作，实现了自动化，且测量时被测木质板材处于连续输送的过程，提高了工作效率，同时所使用的识别装置结构简单、安装方便，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种识别装置及识别方法，尤其是涉及一种木质板材毛边的识别装置和识别方法，属于木材加工制造领域。
背景技术
近年来,我国木材工业发展迅速，森林资源开采范围却在逐渐减少，森林资源面临着严重的短缺问题，木材的供需矛盾日益尖锐，这就对木材资源实现价值最大化提出了越来越高的要求。在木材资源缺乏的情况下,提高木材的利用率是木材加工与自动化领域中一个急需解决的问题。在很多木材产品加工生产时会将原木锯切成一定厚度要求的板材。原木的截面可以近似看成圆形，原木可以近似成一个圆柱形，一般锯切过程则是平行于圆柱轴线。经过锯切后的长板截面不是规则的矩形，而是两个侧面有不规则的曲边梯形。图1为毛边板材的结构示意图，如图1所示：这种板材叫做毛边板，不规则的梯形边称为毛边，位于板材两侧。图2为锯切状态的毛边板材的结构示意图，如图2所示：一般在后续的工段中往往要除去毛边板的毛边，使板材的截面成规则的矩形，以方便后续的加工利用。由于木材本身截面类似圆形，这种毛边板是不可能完全除去的，也有较宽的板材可以通过确定毛边后继续优化获得最大的利润或节省原料，而随着直径较大的天然林禁止采伐，小直径的人工林广泛应用，这种毛边板会更多，而且毛边部分占板材面积的比率更大，合理而又快速的除去毛边可以提高木材的利用率和生产效率。
目前对原木制材的毛边板的毛边识别主要是靠人工来识别的，做法是将毛边板放在待锯切的机床输送带上，在传送带正前方的上方有几排可以移动的激光器，激光器可以发射出一条激光，操作者用一个操作杆来操作激光器移动，选择合适的位置，激光器就可以在待锯切的毛边料上打出一条激光线，如果操作者认为激光线正好落在所有毛边内侧里，此时记下当前激光线的位置。将两侧的激光线位置都标记好后就可以进入锯机锯切。一般在确定毛边边缘时毛边板都处于静止在传送带上的状态，确认好后板材再开始运动，进入锯机锯切。这种方法缺点之一是在找毛边内侧边缘是靠人的肉眼识别，工作时工人劳动强度大，容易视觉疲劳；其次，在判断毛边内侧边缘时毛边板是要求静止的，降低了工作效率；再次该方法在使用时要有专用导轨、伺服电机等控制系统，成本造价比较高难以推广。
发明内容
为了克服现有技术问题，本发明的目的在于提供一种自动化程度高、测量精度高的木质板材毛边的识别装置和识别方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种木质板材毛边的识别装置，包括传送台、激光发射器、支架、面阵工业相机，支架桥式架设在传送台上，沿传送台的传送方向，依次在传送台上方的支架上设置激光发射器和面阵工业相机，且所述的激光发射器发射到传送台上被测木质板材表面的光源经被测木质板材反射后被面阵工业相机接收，而面阵工业相机同时与一计算机连通。
一种木质板材毛边的识别方法，包括以下步骤：
S1：激光发射器向传送台上经过的被测木质板材发射激光光源，被测木质板材表面的扇形激光光源经反射后由面阵工业相机接收；
S2：面阵工业相机将得到的被测木质板材反射的激光光源信息转换为被测木质板材的厚度轮廓图像信息；
S3：计算机中的数据采集卡收集面阵工业相机的被测木质板材的厚度轮廓图像信息，并经过计算机的数据处理软件计算后得到被测木质板材的厚度信息；
S4：根据被测木质板材的厚度信息确定木质板材的正常板面与毛边的边界点，每隔一定长度检测出一个边界点，以同一侧测出的边界点中最内侧的边界点为锯切点，沿平行于正常板面中心线的锯路去除毛边。
进一步，在S1步骤中，激光发射器向被测木质产品发射的激光光源为扇形激光光源，且被测木质产品表面形成的光条为一字形光条。
在S2步骤中，激光发射器每发射一次激光光源，转换后的被测木质板材的厚度轮廓图像信息为木质板材被测截面的厚度值像素和宽度值像素。
且在S2步骤中，激光光源信息转换为被测木质板材的厚度轮廓图像信息的方法为：光信号被面阵工业相机接收并转化成电荷信号，再经过外部采样放大及模数转化电路转化成数字图像信号。
而在S3步骤中，所述的计算机的数据处理软件的计算公式为：x＝k·y (I)
公式(I)中，x为被测木质板材的检测厚度值；y为面阵工业相机中被测木质板材表面与基准底面的偏移，y在厚度轮廓图像中表现为木质板材的厚度；k为空间分辨率，且所述的k为面阵工业相机中被测木质板材表面与基准底面的偏移y与木质板材检测厚度值x的线性关系系数。
所述的k的数值公式为：k＝1/(β·sinθ)，在k的数值公式中，β为面阵工业相机中物镜的光学元件及成像系统的横向放大倍率，所述的横向放大倍率为：激光发射器发射光源被面阵工业相机接收后，被测木质板材的厚度与经面阵工业相机光学元件及成像系统成像后的像高之比；θ为激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角,β和θ均可测量，且当成像系统固定，面阵工业相机的镜头位置固定且倾角确定，激光发射器距传送台高度确定，激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角θ为固定，面阵工业相机中物镜的光学元件及成像系统的横向放大倍率β固定，则k也为固定值。
且在S3步骤中，还包括利用标准量块进行标定的步骤，且所述的标定方法为：将不同厚度的标准量块放在激光发射器下进行标定，不同厚度的量块，厚度方向采样像素值不同，对应像素值进行线性回归，得到回归一次函数所述的为测量像素值，为实际厚度值，相关系数R＝0.999，测量像素值与标准量块的厚度值线性相关。
本发明的有益效果为：
1)本发明所述方法在检测木质板材毛边时，不需要人工操作，实现了自动化；
2)本发明实现了连续化测量，测量时被测木质板材处于连续输送的过程，提高了工作效率；
3)本发明所使用的识别装置结构简单、安装方便，成本低。
附图说明
图1为毛边板材的结构示意图；
图2为锯切状态的毛边板材的结构示意图；
图3为本发明所述的识别装置的结构示意图；
图4为木质板材毛边检测基本原理示意图；
图5为木质板材厚度检测方法的标定工作曲线图；
图6为没有板材时的激光检测图；
图7为一块规则无毛边板材的激光检测图；
图8为毛边板材的激光检测图。
图中主要附图标记含义为：
1、传送台 2、激光发射器 3、支架 4、被测木质板材 5、面阵工业相机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细说明本发明。
图3为本发明所述的识别装置的结构示意图。
如图3所示：木质板材毛边的识别装置，包括传送台1、激光发射器2、支架3、面阵工业相机5，支架3桥式架设在传送台1上，沿传送台1的传送方向，依次在传送台1上方的支架上设置激光发射器2和面阵工业相机5，且激光发射器2发射到传送台1上被测木质板材4表面的光源经被测木质板材4反射后被面阵工业相机5接收，而面阵工业相机5同时与一计算机连通。
图4为木质板材毛边检测基本原理示意图。
如图4所示：被测木质板材4在传送台1上由传送带传送至检测位置，被测木质板材4上方的激光发射器2作为检测的指示光源，向传送台1上经过的被测木质板材4发射激光光源，所述的激光光源为扇形激光光源，且被测木质板材4表面形成的光条为一字形光条，可同时测量被测木质板材4一个截面上的多个点，被测木质板材4表面的激光光源经反射后由面阵工业相机5接收，面阵工业相机5将得到的被测木质板材4的反射的光源信息转换为被测木质板材4的厚度轮廓图像信息，通过同时测量多个点的功能，每一点进行测量则代表一次测量，每一次测量会在图像中形成一个像素点，每一次测量可获得一个像素点所在位置的厚度值，每一点进行测量会在图像中的宽度上形成一个像素点，图像中的宽度值即为测量次数，厚度值与宽度值单位为像素，具体为：光信号被面阵工业相机接收并转化成电荷信号，再经过外部采样放大及模数转化电路转化成数字图像信号，图像中毛边板(被测木质板材4)某一截面的厚度值及宽度值由数据采集卡输入计算机，再由数据处理软件利用公式(I)计算得毛边板某一截面的厚度及宽度。
上述的计算机的数据处理软件的计算公式为：x＝k·y (I)
公式(I)中，x为被测木质板材的检测厚度值；y为面阵工业相机5中被测木质板材4表面与基准底面的偏移，y在厚度轮廓图像中表现为被测木质板材4的厚度k为空间分辨率，且所述的k为面阵工业相机5中被测木质板材4表面与基准底面的偏移y与被测木质板材4检测厚度值x的线性关系系数。
所述的k的数值公式为：k＝1/(β·sinθ)，在k的数值公式中，β为面阵工业相机5中物镜的光学元件及成像系统的横向放大倍率，所述的横向放大倍率为：激光发射器2发射光源被面阵工业相机5接收后，被测木质板材4的厚度与经面阵工业相机5光学元件及成像系统成像后的像高之比；θ为激光发射器2的轴线与面阵工业相机5中物镜光轴的夹角,β和θ均可测量，且当成像系统固定，面阵工业相机5的镜头位置固定且倾角确定，激光发射器2距传送台1高度确定，激光发射器2的轴线与面阵工业相机5中物镜光轴的夹角θ为固定，面阵工业相机5中物镜的光学元件及成像系统的横向放大倍率β固定，则k也为固定值，k被标定。对计算所获得的木质产品厚度值和宽度值进行实时显示，根据被测木质板材4的厚度信息确定被测木质板材4的正常板面与毛边的边界点，每隔一定长度检测出一个边界点，毛边板经传送带带动匀速运动，进行连续检测，得出毛边板的整体厚度及宽度的尺寸信息，以同一侧测出的边界点中最内侧的边界点为锯切点，沿平行于正常板面中心线的锯路去除毛边，并将上述信息输入到生产线上加工装置中，便可实现毛边板毛边的自动化去除。
图5为木质板材厚度检测方法的标定工作曲线图。
如图5所示：在使用本发明所述的识别装置前，需要利用标准量块进行标定，具体步骤为：将厚度每隔0.5mm，从2mm到25mm标准量块放在激光发射器下进行标定，不同高度的量块，高度方向采样像素值不同，标准量块厚度值与图像中的高度对应关系如表1所示：
表1：标准量块厚度值与图像中的高度对应关系表
由表1可知：将标准量块厚度值与图像中的高度对应像素值进行线性回归，得到回归一次函数所述的为测量像素值，为实际高度值，相关系数R＝0.999，标准量块标定后得出厚度方向空间分辩率为0.24mm/像素，宽度方向比率0.12mm/像素。
在使用过程中，如果不改变装置参数就无需再次标定，标定完成后即可进行检测。
具体检测方法为
实施例1：
传送台1的水平移动速度为500mm/s，激光发射器2发射扇形光源对传送台1的被测木质板材进行扫描，激光发射光波长660nm，出光扇角为90°；被测木质板材4表面的反射光由面阵工业相机5接收，图像的像元尺寸1920×1200，面阵工业相机5每秒钟拍摄100张图像，镜头焦距50mm。
图6为没有板材时的激光检测图。
如图6所示：激光检测图中只有一条基准底面线。
图7为一块规则无毛边板材的激光检测图。
如图7所示：无毛边板材的表面成像为一条直线。
取一块毛边板材，厚度30mm，将其放在传送台1始端，被测毛边板材被传送台1上传送带匀速向前运输，到达检测位置时，检测位置上方的激光发射器2发射扇形激光光源照射到被毛边板材的表面形成一个一字型光条并反射，反射光由面阵工业相机5接收；面阵工业相机5将得到的被测毛边板材反射的激光光源信息转换为被测毛边板材的厚度轮廓图像信息，计算机中的数据采集卡收集面阵工业相机5的被测毛边板材的厚度轮廓图像信息，并经过计算机的数据处理软件根据面阵工业相机中高度方向空间分辨率和宽度方向空间分辨率计算后得到被测毛边板材的厚度信息和宽度信息，最后根据被测毛边板材的厚度信息和宽度信息分布确定毛边板材的正常板面与毛边的边界点，每隔一定长度检测出一个边界点，以同一侧测出的边界点中最内侧的边界点为锯切点，沿平行于正常板面中心线的锯路去除毛边。
表2为厚度为30mm的毛边板材的测量数据统计表
图8为毛边板材的激光检测图。
如图8所示：由于毛边板两侧边缘的厚度发生变化，在图像两侧边缘处出现类似梯形的斜边变化，两侧折线点处即为毛边和正常板材的边界点。
由表2和图8可知：锯切时左边应该从21.24mm出锯切，右边应该从219.96处锯切，可以去除毛边，保证最大规格料。
与传统的人工检测方法相比，本发明利用的激光检测具有高效率，高精确度，高自动化水平的优点，与机器视觉技术相比，激光检测利用板材开裂后厚度和宽度上几何尺寸变化的信息，降低了计算数据量，实现了在线检测；与现有激光检测技术相比，将单点测量改进为多点测量，提高检测速度，同时采用三角测距方法进行测量，测量精度提高，实现了工业在线检测，提高了工作效率。
本发明按照上述实施例进行了说明应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种木质板材毛边的识别装置，其特征在于，包括传送台、激光发射器、支架、面阵工业相机，支架桥式架设在传送台上，沿传送台的传送方向，依次在传送台上方的支架上设置激光发射器和面阵工业相机，且所述的激光发射器发射到传送台上被测木质板材表面的光源经被测木质板材反射后被面阵工业相机接收，而面阵工业相机同时与一计算机连通。
2.一种木质板材毛边的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：激光发射器向传送台上经过的被测木质板材发射激光光源，被测木质板材表面的扇形激光光源经反射后由面阵工业相机接收；
S2：面阵工业相机将得到的被测木质板材反射的激光光源信息转换为被测木质板材的厚度轮廓图像信息；
S3：计算机中的数据采集卡收集面阵工业相机的被测木质板材的厚度轮廓图像信息，并经过计算机的数据处理软件计算后得到被测木质板材的厚度信息；
S4：根据被测木质板材的厚度信息确定木质板材的正常板面与毛边的边界点，每隔一定长度检测出一个边界点，以同一侧测出的边界点中最内侧的边界点为锯切点，沿平行于正常板面中心线的锯路去除毛边。
3.根据权利要求2所述的一种木质板材毛边的识别方法，其特征在于，在S1步骤中，激光发射器向被测木质产品发射的激光光源为扇形激光光源，且被测木质产品表面形成的光条为一字形光条。
4.根据权利要求2所述的一种木质板材毛边的识别方法，其特征在于，在S2步骤中，激光发射器每发射一次激光光源，转换后的被测木质板材的厚度轮廓图像信息为木质板材被测截面的厚度值像素和宽度值像素。
5.根据权利要求2所述的一种木质板材毛边的识别方法，其特征在于，在S2步骤中，激光光源信息转换为被测木质板材的厚度轮廓图像信息的方法为：光信号被面阵工业相机接收并转化成电荷信号，再经过外部采样放大及模数转化电路转化成数字图像信号。
6.根据权利要求2所述的一种木质板材毛边的识别方法，其特征在于，在S3步骤中，所述的计算机的数据处理软件的计算公式为：x＝k·y (I)
公式(I)中，x为被测木质板材的检测厚度值；y为面阵工业相机中被测木质板材表面与基准底面的偏移，y在厚度轮廓图像中表现为木质板材的厚度,k为空间分辨率，且所述的k为面阵工业相机中被测木质板材表面与基准底面的偏移y与木质板材检测厚度值x的线性关系系数。
7.根据权利要求6所述的一种木质板材毛边的识别方法，其特征在于，所述的k的数值公式为：k＝1/(β·sinθ)，在k的数值公式中，β为面阵工业相机中物镜的光学元件及成像系统的横向放大倍率，所述的横向放大倍率为：激光发射器发射光源被面阵工业相机接收后，被测木质板材的厚度经面阵工业相机光学元件及成像系统成像后的像高之比；θ为激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角,β和θ均可测量，且当成像系统固定，面阵工业相机的镜头位置固定且倾角确定，激光发射器距传送台高度确定，激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角θ为固定，面阵工业相机中物镜的光学元件及成像系统的横向放大倍率β固定，则k也为固定值。
8.根据权利要求2所述的一种木质板材毛边的识别方法，其特征在于，在S3步骤中，还包括利用标准量块进行标定的步骤，且所述的标定方法为：将不同厚度的标准量块放在激光发射器下进行标定，不同厚度的量块，厚度方向采样像素值不同，对应像素值进行线性回归，得到回归一次函数所述的为测量像素值，为实际厚度值，相关系数R＝0.999，测量像素值与标准量块的厚度值线性相关。
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