本發(fā)明涉及一種識別裝置及識別方法，尤其是涉及一種木質(zhì)板材毛邊的識別裝置和識別方法，屬于木材加工制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來,我國木材工業(yè)發(fā)展迅速，森林資源開采范圍卻在逐漸減少，森林資源面臨著嚴重的短缺問題，木材的供需矛盾日益尖銳，這就對木材資源實現(xiàn)價值最大化提出了越來越高的要求。在木材資源缺乏的情況下,提高木材的利用率是木材加工與自動化領(lǐng)域中一個急需解決的問題。在很多木材產(chǎn)品加工生產(chǎn)時會將原木鋸切成一定厚度要求的板材。原木的截面可以近似看成圓形，原木可以近似成一個圓柱形，一般鋸切過程則是平行于圓柱軸線。經(jīng)過鋸切后的長板截面不是規(guī)則的矩形，而是兩個側(cè)面有不規(guī)則的曲邊梯形。圖1為毛邊板材的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示：這種板材叫做毛邊板，不規(guī)則的梯形邊稱為毛邊，位于板材兩側(cè)。圖2為鋸切狀態(tài)的毛邊板材的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示：一般在后續(xù)的工段中往往要除去毛邊板的毛邊，使板材的截面成規(guī)則的矩形，以方便后續(xù)的加工利用。由于木材本身截面類似圓形，這種毛邊板是不可能完全除去的，也有較寬的板材可以通過確定毛邊后繼續(xù)優(yōu)化獲得最大的利潤或節(jié)省原料，而隨著直徑較大的天然林禁止采伐，小直徑的人工林廣泛應(yīng)用，這種毛邊板會更多，而且毛邊部分占板材面積的比率更大，合理而又快速的除去毛邊可以提高木材的利用率和生產(chǎn)效率。

目前對原木制材的毛邊板的毛邊識別主要是靠人工來識別的，做法是將毛邊板放在待鋸切的機床輸送帶上，在傳送帶正前方的上方有幾排可以移動的激光器，激光器可以發(fā)射出一條激光，操作者用一個操作桿來操作激光器移動，選擇合適的位置，激光器就可以在待鋸切的毛邊料上打出一條激光線，如果操作者認為激光線正好落在所有毛邊內(nèi)側(cè)里，此時記下當(dāng)前激光線的位置。將兩側(cè)的激光線位置都標記好后就可以進入鋸機鋸切。一般在確定毛邊邊緣時毛邊板都處于靜止在傳送帶上的狀態(tài)，確認好后板材再開始運動，進入鋸機鋸切。這種方法缺點之一是在找毛邊內(nèi)側(cè)邊緣是靠人的肉眼識別，工作時工人勞動強度大，容易視覺疲勞；其次，在判斷毛邊內(nèi)側(cè)邊緣時毛邊板是要求靜止的，降低了工作效率；再次該方法在使用時要有專用導(dǎo)軌、伺服電機等控制系統(tǒng)，成本造價比較高難以推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種自動化程度高、測量精度高的木質(zhì)板材毛邊的識別裝置和識別方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種木質(zhì)板材毛邊的識別裝置，包括傳送臺、激光發(fā)射器、支架、面陣工業(yè)相機，支架橋式架設(shè)在傳送臺上，沿傳送臺的傳送方向，依次在傳送臺上方的支架上設(shè)置激光發(fā)射器和面陣工業(yè)相機，且所述的激光發(fā)射器發(fā)射到傳送臺上被測木質(zhì)板材表面的光源經(jīng)被測木質(zhì)板材反射后被面陣工業(yè)相機接收，而面陣工業(yè)相機同時與一計算機連通。

一種木質(zhì)板材毛邊的識別方法，包括以下步驟：

S1：激光發(fā)射器向傳送臺上經(jīng)過的被測木質(zhì)板材發(fā)射激光光源，被測木質(zhì)板材表面的扇形激光光源經(jīng)反射后由面陣工業(yè)相機接收；

S2：面陣工業(yè)相機將得到的被測木質(zhì)板材反射的激光光源信息轉(zhuǎn)換為被測木質(zhì)板材的厚度輪廓圖像信息；

S3：計算機中的數(shù)據(jù)采集卡收集面陣工業(yè)相機的被測木質(zhì)板材的厚度輪廓圖像信息，并經(jīng)過計算機的數(shù)據(jù)處理軟件計算后得到被測木質(zhì)板材的厚度信息；

S4：根據(jù)被測木質(zhì)板材的厚度信息確定木質(zhì)板材的正常板面與毛邊的邊界點，每隔一定長度檢測出一個邊界點，以同一側(cè)測出的邊界點中最內(nèi)側(cè)的邊界點為鋸切點，沿平行于正常板面中心線的鋸路去除毛邊。

進一步，在S1步驟中，激光發(fā)射器向被測木質(zhì)產(chǎn)品發(fā)射的激光光源為扇形激光光源，且被測木質(zhì)產(chǎn)品表面形成的光條為一字形光條。

在S2步驟中，激光發(fā)射器每發(fā)射一次激光光源，轉(zhuǎn)換后的被測木質(zhì)板材的厚度輪廓圖像信息為木質(zhì)板材被測截面的厚度值像素和寬度值像素。

且在S2步驟中，激光光源信息轉(zhuǎn)換為被測木質(zhì)板材的厚度輪廓圖像信息的方法為：光信號被面陣工業(yè)相機接收并轉(zhuǎn)化成電荷信號，再經(jīng)過外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像信號。

而在S3步驟中，所述的計算機的數(shù)據(jù)處理軟件的計算公式為：x＝k·y (I)

公式(I)中，x為被測木質(zhì)板材的檢測厚度值；y為面陣工業(yè)相機中被測木質(zhì)板材表面與基準底面的偏移，y在厚度輪廓圖像中表現(xiàn)為木質(zhì)板材的厚度；k為空間分辨率，且所述的k為面陣工業(yè)相機中被測木質(zhì)板材表面與基準底面的偏移y與木質(zhì)板材檢測厚度值x的線性關(guān)系系數(shù)。

所述的k的數(shù)值公式為：k＝1/(β·sinθ)，在k的數(shù)值公式中，β為面陣工業(yè)相機中物鏡的光學(xué)元件及成像系統(tǒng)的橫向放大倍率，所述的橫向放大倍率為：激光發(fā)射器發(fā)射光源被面陣工業(yè)相機接收后，被測木質(zhì)板材的厚度與經(jīng)面陣工業(yè)相機光學(xué)元件及成像系統(tǒng)成像后的像高之比；θ為激光發(fā)射器的軸線與面陣工業(yè)相機中物鏡光軸的夾角,β和θ均可測量，且當(dāng)成像系統(tǒng)固定，面陣工業(yè)相機的鏡頭位置固定且傾角確定，激光發(fā)射器距傳送臺高度確定，激光發(fā)射器的軸線與面陣工業(yè)相機中物鏡光軸的夾角θ為固定，面陣工業(yè)相機中物鏡的光學(xué)元件及成像系統(tǒng)的橫向放大倍率β固定，則k也為固定值。

且在S3步驟中，還包括利用標準量塊進行標定的步驟，且所述的標定方法為：將不同厚度的標準量塊放在激光發(fā)射器下進行標定，不同厚度的量塊，厚度方向采樣像素值不同，對應(yīng)像素值進行線性回歸，得到回歸一次函數(shù)所述的為測量像素值，為實際厚度值，相關(guān)系數(shù)R＝0.999，測量像素值與標準量塊的厚度值線性相關(guān)。

本發(fā)明的有益效果為：

1)本發(fā)明所述方法在檢測木質(zhì)板材毛邊時，不需要人工操作，實現(xiàn)了自動化；

2)本發(fā)明實現(xiàn)了連續(xù)化測量，測量時被測木質(zhì)板材處于連續(xù)輸送的過程，提高了工作效率；

3)本發(fā)明所使用的識別裝置結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，成本低。

附圖說明

圖1為毛邊板材的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為鋸切狀態(tài)的毛邊板材的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的識別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為木質(zhì)板材毛邊檢測基本原理示意圖；

圖5為木質(zhì)板材厚度檢測方法的標定工作曲線圖；

圖6為沒有板材時的激光檢測圖；

圖7為一塊規(guī)則無毛邊板材的激光檢測圖；

圖8為毛邊板材的激光檢測圖。

圖中主要附圖標記含義為：

1、傳送臺 2、激光發(fā)射器 3、支架 4、被測木質(zhì)板材 5、面陣工業(yè)相機。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例詳細說明本發(fā)明。

圖3為本發(fā)明所述的識別裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3所示：木質(zhì)板材毛邊的識別裝置，包括傳送臺1、激光發(fā)射器2、支架3、面陣工業(yè)相機5，支架3橋式架設(shè)在傳送臺1上，沿傳送臺1的傳送方向，依次在傳送臺1上方的支架上設(shè)置激光發(fā)射器2和面陣工業(yè)相機5，且激光發(fā)射器2發(fā)射到傳送臺1上被測木質(zhì)板材4表面的光源經(jīng)被測木質(zhì)板材4反射后被面陣工業(yè)相機5接收，而面陣工業(yè)相機5同時與一計算機連通。

圖4為木質(zhì)板材毛邊檢測基本原理示意圖。

如圖4所示：被測木質(zhì)板材4在傳送臺1上由傳送帶傳送至檢測位置，被測木質(zhì)板材4上方的激光發(fā)射器2作為檢測的指示光源，向傳送臺1上經(jīng)過的被測木質(zhì)板材4發(fā)射激光光源，所述的激光光源為扇形激光光源，且被測木質(zhì)板材4表面形成的光條為一字形光條，可同時測量被測木質(zhì)板材4一個截面上的多個點，被測木質(zhì)板材4表面的激光光源經(jīng)反射后由面陣工業(yè)相機5接收，面陣工業(yè)相機5將得到的被測木質(zhì)板材4的反射的光源信息轉(zhuǎn)換為被測木質(zhì)板材4的厚度輪廓圖像信息，通過同時測量多個點的功能，每一點進行測量則代表一次測量，每一次測量會在圖像中形成一個像素點，每一次測量可獲得一個像素點所在位置的厚度值，每一點進行測量會在圖像中的寬度上形成一個像素點，圖像中的寬度值即為測量次數(shù)，厚度值與寬度值單位為像素，具體為：光信號被面陣工業(yè)相機接收并轉(zhuǎn)化成電荷信號，再經(jīng)過外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)化電路轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像信號，圖像中毛邊板(被測木質(zhì)板材4)某一截面的厚度值及寬度值由數(shù)據(jù)采集卡輸入計算機，再由數(shù)據(jù)處理軟件利用公式(I)計算得毛邊板某一截面的厚度及寬度。

上述的計算機的數(shù)據(jù)處理軟件的計算公式為：x＝k·y (I)

公式(I)中，x為被測木質(zhì)板材的檢測厚度值；y為面陣工業(yè)相機5中被測木質(zhì)板材4表面與基準底面的偏移，y在厚度輪廓圖像中表現(xiàn)為被測木質(zhì)板材4的厚度k為空間分辨率，且所述的k為面陣工業(yè)相機5中被測木質(zhì)板材4表面與基準底面的偏移y與被測木質(zhì)板材4檢測厚度值x的線性關(guān)系系數(shù)。

所述的k的數(shù)值公式為：k＝1/(β·sinθ)，在k的數(shù)值公式中，β為面陣工業(yè)相機5中物鏡的光學(xué)元件及成像系統(tǒng)的橫向放大倍率，所述的橫向放大倍率為：激光發(fā)射器2發(fā)射光源被面陣工業(yè)相機5接收后，被測木質(zhì)板材4的厚度與經(jīng)面陣工業(yè)相機5光學(xué)元件及成像系統(tǒng)成像后的像高之比；θ為激光發(fā)射器2的軸線與面陣工業(yè)相機5中物鏡光軸的夾角,β和θ均可測量，且當(dāng)成像系統(tǒng)固定，面陣工業(yè)相機5的鏡頭位置固定且傾角確定，激光發(fā)射器2距傳送臺1高度確定，激光發(fā)射器2的軸線與面陣工業(yè)相機5中物鏡光軸的夾角θ為固定，面陣工業(yè)相機5中物鏡的光學(xué)元件及成像系統(tǒng)的橫向放大倍率β固定，則k也為固定值，k被標定。對計算所獲得的木質(zhì)產(chǎn)品厚度值和寬度值進行實時顯示，根據(jù)被測木質(zhì)板材4的厚度信息確定被測木質(zhì)板材4的正常板面與毛邊的邊界點，每隔一定長度檢測出一個邊界點，毛邊板經(jīng)傳送帶帶動勻速運動，進行連續(xù)檢測，得出毛邊板的整體厚度及寬度的尺寸信息，以同一側(cè)測出的邊界點中最內(nèi)側(cè)的邊界點為鋸切點，沿平行于正常板面中心線的鋸路去除毛邊，并將上述信息輸入到生產(chǎn)線上加工裝置中，便可實現(xiàn)毛邊板毛邊的自動化去除。

圖5為木質(zhì)板材厚度檢測方法的標定工作曲線圖。

如圖5所示：在使用本發(fā)明所述的識別裝置前，需要利用標準量塊進行標定，具體步驟為：將厚度每隔0.5mm，從2mm到25mm標準量塊放在激光發(fā)射器下進行標定，不同高度的量塊，高度方向采樣像素值不同，標準量塊厚度值與圖像中的高度對應(yīng)關(guān)系如表1所示：

表1：標準量塊厚度值與圖像中的高度對應(yīng)關(guān)系表

由表1可知：將標準量塊厚度值與圖像中的高度對應(yīng)像素值進行線性回歸，得到回歸一次函數(shù)所述的為測量像素值，為實際高度值，相關(guān)系數(shù)R＝0.999，標準量塊標定后得出厚度方向空間分辯率為0.24mm/像素，寬度方向比率0.12mm/像素。

在使用過程中，如果不改變裝置參數(shù)就無需再次標定，標定完成后即可進行檢測。

具體檢測方法為

實施例1：

傳送臺1的水平移動速度為500mm/s，激光發(fā)射器2發(fā)射扇形光源對傳送臺1的被測木質(zhì)板材進行掃描，激光發(fā)射光波長660nm，出光扇角為90°；被測木質(zhì)板材4表面的反射光由面陣工業(yè)相機5接收，圖像的像元尺寸1920×1200，面陣工業(yè)相機5每秒鐘拍攝100張圖像，鏡頭焦距50mm。

圖6為沒有板材時的激光檢測圖。

如圖6所示：激光檢測圖中只有一條基準底面線。

圖7為一塊規(guī)則無毛邊板材的激光檢測圖。

如圖7所示：無毛邊板材的表面成像為一條直線。

取一塊毛邊板材，厚度30mm，將其放在傳送臺1始端，被測毛邊板材被傳送臺1上傳送帶勻速向前運輸，到達檢測位置時，檢測位置上方的激光發(fā)射器2發(fā)射扇形激光光源照射到被毛邊板材的表面形成一個一字型光條并反射，反射光由面陣工業(yè)相機5接收；面陣工業(yè)相機5將得到的被測毛邊板材反射的激光光源信息轉(zhuǎn)換為被測毛邊板材的厚度輪廓圖像信息，計算機中的數(shù)據(jù)采集卡收集面陣工業(yè)相機5的被測毛邊板材的厚度輪廓圖像信息，并經(jīng)過計算機的數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)面陣工業(yè)相機中高度方向空間分辨率和寬度方向空間分辨率計算后得到被測毛邊板材的厚度信息和寬度信息，最后根據(jù)被測毛邊板材的厚度信息和寬度信息分布確定毛邊板材的正常板面與毛邊的邊界點，每隔一定長度檢測出一個邊界點，以同一側(cè)測出的邊界點中最內(nèi)側(cè)的邊界點為鋸切點，沿平行于正常板面中心線的鋸路去除毛邊。

表2為厚度為30mm的毛邊板材的測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖8為毛邊板材的激光檢測圖。

如圖8所示：由于毛邊板兩側(cè)邊緣的厚度發(fā)生變化，在圖像兩側(cè)邊緣處出現(xiàn)類似梯形的斜邊變化，兩側(cè)折線點處即為毛邊和正常板材的邊界點。

由表2和圖8可知：鋸切時左邊應(yīng)該從21.24mm出鋸切，右邊應(yīng)該從219.96處鋸切，可以去除毛邊，保證最大規(guī)格料。

與傳統(tǒng)的人工檢測方法相比，本發(fā)明利用的激光檢測具有高效率，高精確度，高自動化水平的優(yōu)點，與機器視覺技術(shù)相比，激光檢測利用板材開裂后厚度和寬度上幾何尺寸變化的信息，降低了計算數(shù)據(jù)量，實現(xiàn)了在線檢測；與現(xiàn)有激光檢測技術(shù)相比，將單點測量改進為多點測量，提高檢測速度，同時采用三角測距方法進行測量，測量精度提高，實現(xiàn)了工業(yè)在線檢測，提高了工作效率。

本發(fā)明按照上述實施例進行了說明應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。