[发明专利]一种基于光流相机和PID控制的在线自动纠偏切割系统

说明书

一种基于光流相机和PID控制的在线自动纠偏切割系统，该发明是一种可以实现对非透明切割材料进行在线自动纠偏的切割系统，解决了切割材料跑偏导致切割质量下降的问题；主要包括光学成像模块，控制模块和执行模块。该在线自动纠偏切割系统通过光学成像模块获得实时像素偏移量并发送到控制模块，控制模块对像素偏移量应用定标原理和PID控制原理计算出实时控制量，然后输入到驱动器以驱动电机带动刀片进行位置补偿，从而达到在线自动纠偏的目的。本发明解决了现有在线自动纠偏切割系统在实际纠偏应用中结构复杂，对成像质量要求较高且计算量较大的问题，适用于高速切割环境，在兼顾成本和降低计算量的基础上提高了纠偏精度。

技术领域

本发明属于视觉伺服控制领域，更为具体的讲，涉及一种采用光流相机和PID控制的在线自动纠偏切割系统。

背景技术

在工业生产中，分切机主要是将宽幅纸、云母带或镭射膜等切割材料进行分切和复卷，是印后工艺的重要设备。但是在材料输送的过程中，随着材料卷径不断的减小导致材料供送的速度和张力发生变化，另外各辊之间的不平行以及切割材料绕上卷筒时不齐等因素，均会导致切割材料跑偏，进而影响切割材料的分切质量。

传统的分切机通常采用光电头跟踪材料的边缘或印刷色标，进而实现纠偏控制。但是随着镭射膜等材料的广泛应用，由于膜表面呈镜面反射以及反射的无序性，使得光电头对这类材料的检测信号微弱甚至几乎失效，导致分切生产效率降低。为了解决上述问题，新型基于机器视觉的切割材料在线自动纠偏切割系统被提出，该技术方案采用独特的照明技术和CCD成像技术获取切割材料图像，然后利用灰度投影等数字图像处理方法实现边缘的检测以及定位，进而通过视觉伺服运动控制系统实现在线自动纠偏。但是该技术方案通常严重依赖于成像质量且计算量较大，在需要较高边缘定位精度的应用中，只能提高图像的采样率，但是存在的问题之一就是随着采样率的提高，计算量和成本将大幅增加进而限制了该方案的应用范围。所以如何在兼顾成本的基础上提高在线自动纠偏的精度和速度进而提高生产效率成为了该生产领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服了现有技术的不足，在不明显增加系统成本和复杂度的条件下，提出了一种基于光流相机和PID控制的在线自动纠偏切割系统，解决了由于切割材料的跑偏导致分切质量下降的问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于光流相机和PID控制的在线自动纠偏切割系统，其包括：

光学成像模块：位于非透明切割材料的上方，由光流相机和辅助光源组成，用于对非透明切割材料进行成像，并根据采集图像输出当前第n帧图像相对于上一帧图像的实时像素偏移量ε(n)；

执行模块：由驱动器、电机和刀片组成，用于接收相应控制信号并驱动电机带动刀片进行位置纠偏；

控制模块：接收光学成像模块输出的各帧实时像素偏移量ε(n)，并运行数据处理程序计算控制量，进而实现通过控制执行模块对刀片的位置进行纠偏。

其中，所述辅助光源采用同轴光源结构，可以提高非透明切割材料的明暗对比度；光源的入射方向平行于非透明切割材料并发射到一块分光镜上，该分光镜将入射光分成一路垂直向下照亮切割材料，另一路为透射光；光流相机从分光镜的上方对非透明切割材料进行图像采集；进而实现对非透明切割材料有效成像，提高在线自动纠偏切割系统的特征提取和运动捕捉能力；

其中，所述光学成像模块对准切割材料成像，采集连续多帧实时运动图像序列，并获得当前第n帧图像相对于上一帧图像的实时像素偏移量ε(n)，发送到控制模块，进而通过光学成像模块实时检测切割材料与刀片之间的相对运动；

其中，所述光学成像模块与执行模块中的刀片刚性连接，即两者具有固定的空间位置关系，光学成像模块会跟随刀片的运动而运动，进而光学成像模块输出的实时像素偏移量ε(n)实际上为刀片和切割材料两者共同作用下的像素偏移量；