专利名称：一种石材大板表面廓形尺寸测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑石材的测量装置及其测量方法，特别是涉及一种石材大板在 生产过程中优化加工的石材大板表面廓形测量装置及其测量方法。
背景技术：
现有的石材大板加工测量中，一般采用人工测量的方式，对磨光后的石材板材表 面形貌和廓形尺寸测量，对石材大板后续的切割进行采样测量，工作非常繁琐，测量的误差 较大，并使得石材的利用率降低。同时，这种人工的测量方式也不便于石材加工工厂的连续 作业和科学化管理。目前，意大利布莱顿公司已开发出石材桥式切机专用软件，在桥式切机上安装了 摄像头，用摄像头采集图像，然后再进行图像采集及后续处理，对板材最优化排板，实现了 集设计及加工为一体的石材大板自动控制和智能选择系统，但构造复杂。而国内相关研究 还较少，浙江大学和天津大学研究了瓷砖几何尺寸在线检测系统，但在石材大板在线表面 测量系统及相关装置国内至今还未见相关报导。

发明内容
本发明的目的在于提供一种石材大板在生产过程中优化加工的石材大板表面廓 形测量装置及其测量方法。本发明对石材大板后续的切割进行计算机图形采样、板材库存 计算机管理、板材图形排板、板材优化下料提供原始数据，同时对石材铺设设计和加工提供 原始资料。可以方便工厂对板材的科学管理，简化生产步骤，节约时间，提高原材料的使用 率，同时可以提高质量，降低成本。本发明的目的是通过以下技术方案实现的一种石材大板表面廓形尺寸测量装置，包括有摄像系统、镜头控制系统和机械运 动及支撑机构在内的硬件部分和软件部分，其硬件部分包括石材大板工作台、摄像头支撑 立住、摄像头横向运动和垂直运动导轨、摄像头横向运动和垂直运动驱动伺服电机；摄像 系统包括CCD摄像机、CCD摄像控制电路；软件基于C++语言编制单片机控制程序、摄像机 控制程序、图像处理控制程序、图像采集和尺寸测量控制程序；该装置由横向进给系统(X 向)、垂直进给系统(Z向)、工作台、摄像系统和控制系统五部分构成工作台底座上安装有 螺栓与地基基础连接，横向导轨支撑体通过螺栓与基础体固定在一起，并保持平行度和水 平度；横梁支撑件为铸铁整体铸出，在其内部装有两个滚轮与纵向导轨相配合；电机轴伸 出端在支撑件内部，横梁支撑件与横梁之间用螺栓联接，横梁是用铸铁整体铸出，横梁的导 轨由燕尾槽型导轨和矩形导轨组合而成的，横梁上有动导轨与其相配合，动导轨与横向导 块铸为一体，横向导块与横向滚珠丝杠连接，同时又通过垂直丝杠与垂直导块连接，C⑶摄 像机与垂直导块连接，具有CCD摄像机横向和垂直方向运动的垂直导块和横向导块分别与 步进电机连接驱动，并调整CXD摄像机与石材大板的高度和中心位置。所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量装置，其所述的CCD摄像机横向(X方向)的运动是由步进电机驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠上连接横向导块，横向导块在导轨上运动；步 进电机与横向滚珠丝杠通过联轴器连接，滚珠丝杠通过两端轴承支承固定在横梁上，横梁 与垂直支架连接，支架通过螺栓与地基基础连接，工作台通过地角螺栓与地基基础连接，工 作台上放有辊子，石材大板放在工作台上。所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量装置，其横向运动导块与横向滚珠丝杠连 接，在横向运动导块上装有垂直运动驱动步进电机，步进电机与垂直滚珠丝杠连接，垂直导 块与垂直滚珠丝杠连接，CXD摄像头与垂直导块实现测量头上下运动。一种石材大板表面廓形尺寸测量方法，该方法包括以下步骤石材大板放在工作台上，摄像机高度和中心位置由计算机控制程序进行调整；选 好摄像机后，首先要对其内外参数进行标定，标定是准确测量目标物体的必要过程，每个镜 头的畸变程度各不相同，通过摄像机标定校正这种镜头畸变；标定结束后对石材大板进行 拍照，然后将图像传输到计算机内通过VC++软件对其进行图像处理，得到石材大板形貌和 边缘轮廓，最终计算大板的尺寸。所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量方法，其所述的VC++软件对其进行图像 处理包括采集模块、预处理模块、分割模块、轮廓提取模块、尺寸测量模块、形貌拟合模块、 输出模块。所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量方法，其所述的图像处理为首先传送带 将石材大板送到CCD摄像机视场内，然后图像采集卡将图像采集到计算机内部，再运用图 像处理技术对采集到的原始图像进行处理，然后提取石材的轮廓，并计算出石材大板尺寸。本发明的优点与效果是本发明通过对基于CXD石材大板在线测量系统的实现，可以方便工厂对板材的科 学管理，简化生产步骤，节约时间，提高原材料的使用率，同时可以提高质量，降低成本。该 装置能够在线测量出板材的实际尺寸和表面形貌。本发明实现了石材大板在线测量，解决了石材大板在线测量问题。本装置采用CCD 摄像机、图像采集卡和计算机来实现石材大板的在线测量，软件主要采用VC++来实现。该 装置同时实现了硬件和软件的结合，具有较高自动化、智能化、集成化水平，由此可以实现 石材加工数控化。该系统为后续的石材大板缺陷检测、优化排板、自动切割提供了一个基础 平台，最终可以解决石材大板在生产过程中优化加工问题，提高了石材的利用率，降低加工 成本，提高了加工效率，对利用矿山资源，节能减排具有重要意义，同时为石材加工设备迈 向一个新台阶做好前期准备工作。本发明可以提高我国石材设计和加工水平，满足于国内 市场的需求。具有广泛的应用前景。


图1为本发明的石材大板表面廓形测量装置示意图；图2为本发明的主传动升降系统简图；图3为本发明的图像采集系统方框图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明进行详细说明。
本发明为用于天然石材磨光后表面廓形和形貌的测量装置，主要构成有CCD摄像 系统、镜头控制系统和机械运动及支撑机构。该装置包括有硬件部分和软件部分。硬件部 分包括石材大板工作台、摄像头支撑立住、摄像头横向运动和垂直运动导轨、摄像头横向运 动和垂直运动驱动伺服电机。摄像系统包括C⑶摄像机、C⑶摄像控制电路等。软件主要 基于C++语言编制单片机控制程序、摄像机控制程序、图像处理控制程序、图像采集和尺寸 测量控制程序。本发明主要应用在石材磨光生产线上，同时也可以单独使用，完成对磨光后的石 材板材表面形貌和廓形尺寸实施在线测量。对石材大板后续的切割进行计算机图形采样、 板材库存计算机管理、板材图形排板、板材优化下料提供原始数据，同时对石材铺设设计和 加工提供原始资料。本发明装置整体结构的主要零部件有工作台、横向导块、横梁支撑件、垂直导块、 CCD摄像机、步进电机、控制箱等。其中工作台底座上安装有螺栓与地基基础连接，横向导轨 支撑体通过螺栓与基础体固定在一起，并保持一定的平行度和水平度。横梁支撑件为铸铁 整体铸出，在其内部装有两个滚轮与纵向导轨相配合。电机轴伸出端在支撑件内部。横梁支 撑件与横梁之间用螺栓联接。横梁是用铸铁整体铸出，横梁的导轨由燕尾槽型导轨和矩形 导轨组合而成的。横梁上有动导轨与其相配合，动导轨与横向导块铸为一体。横向导块与 横向滚珠丝杠连接，同时又通过垂直丝杠与垂直导块连接，CCD摄像机与垂直导块连接。垂 直导块和横向导块分别由步进电机驱动，使CXD摄像机具有横向和垂直方向运动，调整CXD 摄像机与石材大板的高度和中心位置。该装置主要由横向进给系统(X向)、垂直进给系统 (Z向)、工作台、摄像系统和控制系统五大部分所构成。图1为本发明的石材大板表面廓形尺寸测量装置示意图。图中1.导轨支撑体，2.螺栓M12，3.导轨，4.垫圈，5.轴承端盖，6.六角螺栓M10， 7.六角螺栓M12，8.深沟球轴承，9.垫圈，10.轴承座机架，11.滚珠丝杠，12. C⑶工业相机， 13.垂直导块，14.六角螺栓M12，15.横向导块，16.丝杠螺母，17.六角螺栓M8，18.电机固 定板，19.六角螺栓M8，20.联轴器，21.步进电机，22.键12X8，23.六角螺栓M8，24.支架， 25.工作台滚子，26.工作台，27.支架地脚筋板，28.支架地脚螺栓。该装置工作时，CXD摄像机横向(X方向)的运动是由步进电机驱动滚珠丝杠，而 滚珠丝杠上连接横向导块，横向导块在导轨上运动来实现CCD摄像机横向运动。步进电机 与横向滚珠丝杠通过联轴器连接，滚珠丝杠通过两端轴承支承固定在横梁上。横梁与垂直 支架连接，支架通过螺栓与地基基础连接。工作台通过地角螺栓与地基基础连接，工作台上 放有辊子，石材大板放在工作台上。工作台长度为3100mm，宽度为2340mm，高度为1100mm。 垂直方向(Z方向)运动结构由图2所示。横向运动导块与横向滚珠丝杠连接，在横向运动 导块上装有垂直运动驱动步进电机，步进电机与垂直滚珠丝杠连接，垂直导块与垂直滚珠 丝杠连接，CCD摄像头与垂直导块实现测量头上下运动。整机的运动是在单片机的控制下 进行的，进而实现了对石材大板自动测量。C⑶摄像头垂直运动行程为500mm，横向运动行 程为1000mm。该装置总长度为3200mm、总宽度为3400mm、总高度3500mm。图2为本发明的主传动升降系统简图。图中1.垫圈，2.六角头螺栓M6，3.圆锥滚子轴承，4.步进电机，5.键，6.垂直丝 杠，7.六角螺栓M6，8.六角螺栓M6，9.垂直导块，10.六角螺栓M8，11. CCD工业相机，12.镜头，13.垂直导动块端盖，14.六角螺栓M8。石材大板放在工作台上，摄像机高度和中心位置由计算机控制程序进行调整。选 好摄像机后，首先要对其内外参数进行标定，标定是准确测量目标物体的必要过程，每个镜 头的畸变程度各不相同，通过摄像机标定就可以校正这种镜头畸变。标定结束后就可以对 石材大板进行拍照，然后将图像传输到计算机内通过VC++软件对其进行图像处理，得到石 材大板形貌和边缘轮廓，最终计算大板的尺寸。图像采集系统模块如图3所示。图3为本发明的图像采集系统方框图。首先传送带将石材大板送到CCD摄像机视场内，然后图像采集卡将图像采集到计 算机内部，再运用图像处理技术对采集到的原始图像进行处理，然后提取石材的轮廓，并计 算出石材大板尺寸。图像处理的主要目的就是提取石材大板轮廓，其主要包括图像灰度化 和图像平滑、图像分割等。平滑主要目的就是去除图像中的噪声。图像分割目的就是提取 石材大板轮廓。图像处理软件主要包括采集模块、预处理模块、分割模块、轮廓提取模块、尺 寸测量模块、形貌拟合模块、输出模块。
权利要求
一种石材大板表面廓形尺寸测量装置，包括有摄像系统、镜头控制系统和机械运动及支撑机构在内的硬件部分和软件部分，其特征在于硬件部分包括石材大板工作台、摄像头支撑立住、摄像头横向运动和垂直运动导轨、摄像头横向运动和垂直运动驱动伺服电机；摄像系统包括CCD摄像机、CCD摄像控制电路；软件基于C++语言编制单片机控制程序、摄像机控制程序、图像处理控制程序、图像采集和尺寸测量控制程序；该装置由横向进给系统(X向)、垂直进给系统(Z向)、工作台、摄像系统和控制系统五部分构成工作台底座上安装有螺栓与地基基础连接，横向导轨支撑体通过螺栓与基础体固定在一起，并保持平行度和水平度；横梁支撑件为铸铁整体铸出，在其内部装有两个滚轮与纵向导轨相配合；电机轴伸出端在支撑件内部，横梁支撑件与横梁之间用螺栓联接，横梁是用铸铁整体铸出，横梁的导轨由燕尾槽型导轨和矩形导轨组合而成的，横梁上有动导轨与其相配合，动导轨与横向导块铸为一体，横向导块与横向滚珠丝杠连接，同时又通过垂直丝杠与垂直导块连接，CCD摄像机与垂直导块连接，具有CCD摄像机横向和垂直方向运动的垂直导块和横向导块分别与步进电机连接驱动，并调整CCD摄像机与石材大板的高度和中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量装置，其特征在于，所述的 CCD摄像机横向(X方向)的运动是由步进电机驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠上连接横向导块，横 向导块在导轨上运动；步进电机与横向滚珠丝杠通过联轴器连接，滚珠丝杠通过两端轴承 支承固定在横梁上，横梁与垂直支架连接，支架通过螺栓与地基基础连接，工作台通过地角 螺栓与地基基础连接，工作台上放有辊子，石材大板放在工作台上。
3.根据权利要求1所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量装置，其特征在于，横向运 动导块与横向滚珠丝杠连接，在横向运动导块上装有垂直运动驱动步进电机，步进电机与 垂直滚珠丝杠连接，垂直导块与垂直滚珠丝杠连接，CXD摄像头与垂直导块实现测量头上下 运动。
4.一种石材大板表面廓形尺寸测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤石材大板放在工作台上，摄像机高度和中心位置由计算机控制程序进行调整；选好摄像机后，首先要对其内外参数进行标定，标定是准确测量目标物体的必要过程，每个镜头的 畸变程度各不相同，通过摄像机标定校正这种镜头畸变；标定结束后对石材大板进行拍照， 然后将图像传输到计算机内通过VC++软件对其进行图像处理，得到石材大板形貌和边缘 轮廓，最终计算大板的尺寸。
5.根据权利要求4所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量方法，其特征在于，所述的 VC++软件对其进行图像处理包括采集模块、预处理模块、分割模块、轮廓提取模块、尺寸测 量模块、形貌拟合模块、输出模块。
6.根据权利要求4所述的一种石材大板表面廓形尺寸测量方法，其特征在于，所述的 图像处理为首先传送带将石材大板送到CCD摄像机视场内，然后图像采集卡将图像采集 到计算机内部，再运用图像处理技术对采集到的原始图像进行处理，然后提取石材的轮廓， 并计算出石材大板尺寸。
全文摘要
一种石材大板表面廓形尺寸测量装置及其测量方法，涉及建筑石材的测量装置及其测量方法。测量装置包括有摄像系统、镜头控制系统和机械运动及支撑机构在内的硬件部分和软件部分，硬件部分包括石材大板工作台、摄像头支撑立住、摄像头横向运动和垂直运动导轨、摄像头横向运动和垂直运动驱动伺服电机；该方法包括石材大板放在工作台上，调整摄像机高度和中心位置，对石材大板进行拍照，将图像传输到计算机内通过VC++软件对其进行图像处理，得到石材大板形貌和边缘轮廓，最终计算大板的尺寸。本发明实现了石材大板在线测量，可以方便工厂对板材的科学管理，简化生产步骤，节约时间，提高原材料的使用率，同时可以提高质量，降低成本。
文档编号G01B11/24GK101963494SQ20101025827
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者李洪飞, 赵民, 那丽红, 闵莉 申请人:沈阳建筑大学