CN109056200A - 一种缝纫机的布料边界识别方法和传感器及其识别装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及缝纫机的布料边界识别方法和传感器及其识别装置,属于智能自动缝纫机器人控制技术领域。通过红光LDE光源经过多层透镜转换折射成线性光源，线性光源通过反光板反射至透镜组会聚形成点距离线性光束，将点距离线性光束照射在线性CCD感光芯片上，构成点阵列的模拟电压输出，构成了布边识别传感器。将布边识别传感器输出的点阵列的模拟电压直接送至MCU的AD端口计算处理后，通过通讯电路将数字量向外传输，构成缝纫机的布料边界识别装置。本发明的布边识别传感器因为采用了线性CCD感光芯片，识别精度大大提高；采用了MCU直接接收模拟电压值，计算处理后通过通讯电路将数字量向外传输，避免了模拟信号在长距离传输中的干扰，提高了布边识别传感器的稳定性。
Description
技术领域
本发明公开了一种缝纫机的布料边界识别方法和传感器及其识别装置,属于智能自动缝纫机器人控制技术领域。
背景技术
如今，缝纫自动化已经是缝纫行业发展的趋势，可以极大地提高劳动生产率，降低制造成本，而对于缝纫自动化，传感器就像是它的眼睛，有了它就可以精确地识别布料的有无、颜色、位置等，从而实现对布料的抓取、移动、缝纫等功能。
布料边界识别传感器（简称布边识别传感器）就是其中的一种，用于识别布边的位置，机械手臂通过对布料的当前位置与正确位置进行对比，将布料调整到正确位置，实现对布料的纠偏。
目前市场上用于缝制行业的传感器有两三种传感器：红外线漫发射式与反射式光纤传感器，但他们都是单圆点型传感器，检测圆点直径大，精度低、安装不方便，布边识别传感器一般是在固定的长度范围内均匀的放置若干，当布边在此长度范围内时，通过判断反射式光纤传感器是否被遮挡，来确定布边在什么位置，实现对布料边界的识别。采用漫反射式红外线传感器与光纤传感器的方案，由于反射式光纤头直径一般是3mm左右，所以检测布边的精度误差至少大于3mm，一些对精度要求高的场合是无法使用的，而且反射式光纤传感器对布料颜色以及布料距离光纤头的高度都有影响，调试比较困难。
另外一种就是我们最常用的工业摄像头，所述的工业摄像头，精度、安装等都好，就是成本高、数据处理量大反应速度慢，进行实时对边需要很大的计算机平台，最后导致成本太高了缝制行业不好接受。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种高精度、高稳定性、低成本的线性多点阵列式缝纫机的布料边界识别方法和传感器及其识别装置。
本发明的关键技术是通过红光LDE光源经过多层透镜转换折射成线性光源，线性光源通过反光板反射至透镜组会聚形成点距离线性光束，将点距离线性光束照射在线性CCD感光芯片上，构成点阵列的模拟电压输出，构成了布边识别传感器。
将布边识别传感器输出的点阵列的模拟电压直接送至MCU的AD端口计算处理后，通过通讯电路将数字量向外传输，构成缝纫机的布料边界识别装置，用来控制缝纫机械手，进行自动缝纫。
本缝纫机的布料边界识别装置，适应各种不同颜色的布料边界进行识别，设置了自动调节红光LED的发光强度的调节电路。
由于采用MCU对点阵列的模拟电压进行处理，可以根据不同的需求任意调整传感器的检测范围，避免产生误检；可以任意设定基准位置，计算实时位置和基准位置的差值；通过设定纠偏阈值，可以实现对不同布料的稳定纠偏；传感器的感光点线性排列，可以根据实时位置和基准位置的差值，实现一次纠偏到位；精准度可达0.002mm。纠偏精准度非常高。
综上所述，一种缝纫机的布料边界识别方法，将布料边界置于红光LDE光源经过多层透镜转换折射成线性光源照射的反光板上，线性光源通过反光板和布料反射至透镜组，会聚形成点距离线性光束，将点距离线性光束投射在线性CCD感光芯片上，构成点阵列的模拟电压输出，由于布料和反光板对点距离线性光束的反射率不同，依据线性CCD感光芯片的模拟电压输出值，确定出布料边界，用以控制缝纫机械手完成缝纫操作。
一种缝纫机的布料边界识别传感器，包括透镜组和位于透镜组一侧的线性CCD感光芯片，其特征是透镜组周边至少设置两组射向透镜组另一侧，由LED发光二极管和凹透镜构成的线性光源，在透镜组另一侧设置将所述的线性光源反射回所述的透镜组的反光板。
一种缝纫机的布料边界识别装置，其特征是包括透镜组和位于透镜组一侧的线性CCD感光芯片，透镜组周边至少设置两组射向透镜组另一侧，由LED发光二极管和凹透镜构成的线性光源，在透镜组另一侧设置将所述的线性光源反射回所述的透镜组的反光板，所述的线性CCD感光芯片的模拟电压输出端与MCU控制电路的AD端口相连接，所述的MCU控制电路分别设置通讯电路和可调发光电路。
所述的线性CCD感光芯片的型号为TCD1254GFG。
所述的MCU控制电路的型号为STM32F103C8T6。
所述的通讯电路采用CAN/TJA1051T/3集成电路。
所述的可调发光电路由串联在LED发光二极管回路中的场效应管构成，场效应管的栅极与MCU控制电路的PWM信号输出端连接。
工作时，布边识别传感器输出的点阵列的模拟电压直接送至MCU的AD端口计算处理后，通过通讯电路将数字量向外传输，构成缝纫机的布料边界识别装置，用来控制缝纫机械手，完成自动缝纫。
本发明的布边识别传感器因为采用了线性CCD感光芯片，识别精度大大提高；采用了MCU直接接收模拟电压值，计算处理后通过通讯电路将数字量向外传输，避免了模拟信号在长距离传输中的干扰，提高了布边识别传感器的稳定性。
附图说明
图1为布料边界识别传感器的机械结构示意图。图中：1-线性CCD感光芯片，2-发光二极管，3-凹透镜，4-透镜组，5-光照区，6-感光区，7-反光板。
图2为布料边界识别传感器的电路结构方框图。
图3为布料边界识别传感器的可调发光电路的电路图。
图4为布料边界识别传感器的线性感光板电路的电路图。
图5为布料边界识别传感器的通讯电路的电原理图。
图6为布料边界识别传感器的MCU控制电路的电原理图。
具体实施方式
以下借助附图，对本发明的实施例进行具体介绍。
一种缝纫机的布料边界识别传感器，包括透镜组4和位于透镜组4一侧的线性CCD感光芯片1，其特征是透镜组4周边至少设置两组射向透镜组另一侧，由LED发光二极管2和凹透镜3构成的线性光源，在透镜组另一侧设置将所述的线性光源反射回所述的透镜组4的反光板7。
一种缝纫机的布料边界识别装置，其特征是包括透镜组4和位于透镜组4一侧的线性CCD感光芯片1，透镜组4周边至少设置两组射向透镜组另一侧，由LED发光二极管2和凹透镜3构成的线性光源，在透镜组另一侧设置将所述的线性光源反射回所述的透镜组4的反光板7，所述的线性CCD感光芯片的模拟电压输出端与MCU控制电路的AD端口相连接，所述的MCU控制电路分别设置通讯电路和可调发光电路。
所述的线性CCD感光芯片的型号为TCD1254GFG。
所述的MCU控制电路的型号为STM32F103C8T6。
所述的通讯电路采用CAN/TJA1051T/3集成电路。
所述的可调发光电路由串联在LED发光二极管回路中的场效应管构成，场效应管的栅极与MCU控制电路的PWM信号输出端连接。
布料边界识别传感器具体的结构如图1，发光二极管发射红光，分别经过凹透镜3，形成两条扇形光线构成的光照区5，光照区经过反光板反射，只有感光区6的光线反射后经过透镜组4利用小孔成像原理，在感光CCD上形成一条线性光束。当有布料放置到感光区后，感光区的光强会发生变化，感光CCD通过检测光强的变化，来判断感光区布边的位置。
所述可调发光电路的输入端接收控制电路100KHz可变占空比的PWM基准信号，PWM基准信号的输出端接电阻的输入端电阻的输出端接场效应管的栅极，场效应管的源极接地，场效应管的漏极分别接两只电阻，分别连接红光LED灯的阴极, 两只红光LED灯的阳极接3.3V电源。
所述线性感光电路共有4个输入端，控制电路的SH输出端线性CCD感光芯片的SH输入端，MCU控制电路的ICG输出端接线性CCD感光芯片7的ICG输入端，控制电路的CLK输出端接线性CCD感光芯片的CLK输入端，MCU控制电路的DATA输入端接线性CCD感光芯片的DATA输出端，线性CCD感光芯片的VCC引脚和GND引脚分别接3.3V电源和地。
所述通讯电路的通讯芯片的1脚接控制电路4的通讯输出端，通讯芯片的2脚接地，通讯芯片的3脚接5V电源，通讯芯片的4脚接MCU控制电路的通讯输入端，通讯芯片的5脚接5V电源，通讯芯片的6脚和7脚分别接电阻R5的两端，通讯芯片的8脚接地。
所述MCU控制电路包括MCU最小系统以及与其他电路交互的通信接口、PWM输出接口、线性CCD信号控制采集接口。
所述的反光板，为长5CM，宽1CM的反光纸。
所述MCU控制电路产生的PWM信号经过电阻输出到场效应管的栅极，在场效应管的栅极产生了100KHz频率开关信号，控制场效应管以此频率导通和关闭，从而点亮两只红光LED灯。MCU控制电路通过调节PWM的占空比，控制红光LED灯的发光强度。
两只红光LED灯发出的光照射在反光板上，形成长4.5cm、宽0.5cm的光束。反光板反射这条光束，将光束反射至线性CCD感光芯片。将布料放置在此光束范围内的反射纸上，光束照射到反射纸和布料上，会产生不同的光反射强度，分为反射纸的光反射强度，和布料的光反射强度。
线性CCD感光芯片表面集成了长1cm的感光面，分布了2500个感光像素点，4.5CM的光束经过反射板反射到线性CCD感光芯片的感光面上。线性CCD感光芯片经过处理，将光强度转化为模拟量，4.5cm长度上对应2500个点的模拟电压值，理论精度可达0.002mm。
MCU控制电路通过对应的SH、ICG、CLK端口控制线性CCD感光芯片将2500个点的模拟电压值通过DATA端口输出到MCU的AD转换器接口。
MCU将2500个点的模拟电压值转换为对应的数字量，由于布料和反射纸的光反射强度不一样，对应转换的MCU的数字量也会有变化，MCU通过计算和对比2500个点的值查找反光板和布边的临界点，从而确定布边的位置。
MCU将布边的位置数值由通信电路向外传输。
Claims (8)
1.一种缝纫机的布料边界识别方法，其特征是将布料边界置于红光LDE光源经过多层透镜转换折射成线性光源照射的反光板上，线性光源通过反光板和布料反射至透镜组，会聚形成点距离线性光束，将点距离线性光束投射在线性CCD感光芯片上，构成点阵列的模拟电压输出，由于布料和反光板对点距离线性光束的反射率不同，依据线性CCD感光芯片的模拟电压输出值，确定出布料边界，用以控制缝纫机械手完成缝纫操作。
2.一种缝纫机的布料边界识别传感器，其特征是包括透镜组和位于透镜组一侧的线性CCD感光芯片，其特征是透镜组周边至少设置两组射向透镜组另一侧，由LED发光二极管和凹透镜构成的线性光源，在透镜组另一侧设置将所述的线性光源反射回所述的透镜组的反光板。
3.一种缝纫机的布料边界识别装置，其特征是包括透镜组和位于透镜组一侧的线性CCD感光芯片，透镜组周边至少设置两组射向透镜组另一侧，由LED发光二极管和凹透镜构成的线性光源，在透镜组另一侧设置将所述的线性光源反射回所述的透镜组的反光板，所述的线性CCD感光芯片的模拟电压输出端与MCU控制电路的AD端口相连接，所述的MCU控制电路分别设置通讯电路和可调发光电路。
4.根据权利要求3所述的缝纫机的布料边界识别装置，其特征是所述的线性CCD感光芯片的型号为TCD1254GFG。
5.根据权利要求3所述的缝纫机的布料边界识别装置，其特征是所述的MCU控制电路的型号为STM32F103C8T6。
6.根据权利要求3所述的缝纫机的布料边界识别装置，其特征是所述的通讯电路采用CAN/TJA1051T/3集成电路。
7.根据权利要求3所述的缝纫机的布料边界识别装置，其特征是所述的可调发光电路由串联在LED发光二极管回路中的场效应管构成，场效应管的栅极与MCU控制电路的PWM信号输出端连接。
8.根据权利要求7所述的缝纫机的布料边界识别装置，其特征是所述可调发光电路的输入端接收控制电路100KHz可变占空比的PWM基准信号，PWM基准信号的输出端接电阻的输入端电阻的输出端接场效应管的栅极，场效应管的源极接地，场效应管的漏极分别接两只电阻，分别连接红光LED灯的阴极, 两只红光LED灯的阳极接3.3V电源。
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