现代家具制造关键工序自动化检测及安全生产应用

陈新生 范坤河 夏学文 喻飞

摘 要：采用视觉技术对板材加工各工序运行时进行三维位置自动化检测研究，解决板式家具生产中光照不均匀、精度要求高、定位视野大、图像处理复杂等技术难题。在家具自动化生产中应用，深度测量值与实际测量对比后的误差值均在3mm内，对板材定位比较精确，完全可满足企业现代家具制造工厂自动化生产要求。

关键词：家具;工序;检测

板式家具生产原料以人造板为主，与其他类型家具相比，更易实现规模化生产，具工序分散度高、生产效率高德特点[1]。随着我国环境保护加强，板式家具是当前也是今后我国家具行业发展的趋势[2]。在板式家具生产中拆剁、搬运、上料等工序基本上由人工完成，不仅成本高、效率低，且易造成工伤事故[3]，随着我国工业自动化快速发展，家具制造工序逐步实现自动化，但各工序加工时需精准对板材进行定位，以保障各关键工序准确运行，这就对家具生产装备提出了更高的技术要求[4-5]。本文采用视觉技术对板材加工各工序运行时进行三维位置自动化检测研究，并在家具自动化生产中进行应用，解决板式家具生产中光照不均匀、精度要求高、定位视野大、图像处理复杂等技术难题，以实现精准的自动获取三维坐标，推动板式家具自动化生产的可靠性。

1 硬件平台

在漳州永生利家具有限公司现代家具生产车间搭建工序自动检测平台（见图1），硬件装备为：（1）生产线板材情况，三跺、板材大小不一，板材单层厚度1.6cm，板材单个最大尺寸60cm×60cm;（2）传感器支架，支撑安放传感器，根据企业生产情况，实现高位置精度传感器安装高度在1.2m较适宜;（3）传感器，采用Kinect2.0传感器获取目标板材的彩色图像、深度数据;（4）工控机，用于系统图像处理，工机配置为Intel I9，操作系统Windows10，内存8G;（5）辅助光源，在光线不足如晚上、阴雨天等情况下使用，提升光照均匀性，提高采集图像质量;（6）拆剁机械手，根据定位情况，自动抓取板材至下个工序。

工作流程为：板材经上道工序加工后送至生产线上，传感器获取生产线上得板材图像和数据，经工控机数据处理分析后将指令发送给机械手控制器，机械手根据指令自动搬运、放置家具板材至下个加工工序。

2 软件平台

工序自动检测平台系统采用visual studio2019平台开发，采用MFC进行人机交互界面开发，平台系统的主要功能为：（1）对传感器获取的板材图像进行采集、分析和数据处理;（2）显示传感器获取的实时图像，及板材三维坐标;（3）相关技术参数设置、调节。工序自动检测平台系统的功能模块、人机交互界面见图2，功能模块有4个：人机交互、图像处理、通讯控制、数据处理，人机交互模块：负责图像、系统状态、数据参数的显示;图像处理模块：从传感器获取图片，并对图像进行深度分析，计算出板材三维坐标;通讯控制模块：将数据计算结果和控制指令传递给机械手控制器，指令机械手工作并接收状态数据;数据处理模块：对图像数据进行分析，计算出板材三维坐标。

3 定位检测分析、误差补偿

Kinect2.0传感器在0-0.8m时，无法得到有效清洗图像，安装超过1.5m时，测量值与实际值误差偏大。经在1.0-1.5m范围内集中采集图像分析对比，在传感器为1.2m位置时，成像效果较好，经从图3可看出，Kinect2.0传感器安装在1.2m时，深度测量值与实际测量值间存在偏差，误差值在8mm内。为此进行进行误差补偿，通过20次数据采集，通过深度测量值与实际测量值对比分析，对测试的深度数据误差纠正后，误差值在5mm内。

4 生产应用

从表1可以看出，深度测量值与实际测量对比后的误差值均在3mm内，家具制造关键工序自动检测系统对板材定位比较精确，完全可满足企业现代家具制造工厂自动化生产要求。

5 结论

现代板式家具生产中，板材从输送线进入下个工序时，采用人工搬运即影响生产效率、成本高，且搬运工人易受各种机械伤害。随着自动化装备的生产应用，可将视觉技术与生产装备结合，实现对输送线上板材的精准定位，并通过指令引导机械手搬运板式家具，实现对人工代替。但在实际生产中，因定位不精确使得机械手经常抓取板式家具失败，影响生产效率又损坏板材。为此，需解决板式家具生产上光照干扰强、精度要求高、定位视野大、定位速度慢、图像处理复杂等关键技术难点。

本文针对上述问题，开发了家具制造关键工序自动检测系统，通过对获取的图像处理和深度分析，计算出板材三维坐标，并将数据计算结果和控制指令传递给机械手控制器，控制机械手搬运板材至下个工序，并实现对角度、位置的自动校正。通过生产应用，深度测量值与实际测量对比后的误差值均在3mm内，家具制造关键工序自动检测系统对板材定位比较精确，完全可满足企业现代家具制造工厂自动化生产要求。本文的技术带动了家具生产车间的数字化管理，提升了企业产品质量和行业竞争力。

参考文献：

[1]牛怡婷，熊先青，袁莹莹.板式家具自动化原料与成品仓管控流程对比研究[J].林产工业，202（5）：30-33.

[2]馮莉，杜炳霖.板式家具自动导引车的设计与关键零部件的有限元分析林业[J].机械与木工设备，2020（4）：41-44.

[3]刘洪旭.钢坯位置检测及其图像处理技术的研究[D].天津：天津科技大学，2016.

[4]朱宇辉.基于Kinect的机械臂人机交互控制系统设计[D].绵阳：西南科技大学，2013.

[5]董棂皙.基于单图像传感器的双孔相机成像测量技术[D].太原：中北大学，2017.

作者简介：

陈新生（一作）;性别：男;出生年月日：1953.1.1;贯籍：福建省漳州市;民族：汉;学历：大专;职称 ：中级工程师;研究方向：现代家具智能生产设计

范坤河（二作）;性别：男;出生年月日：1982.5.17;贯籍：福建漳州;民族：汉;学历：大专;职称 ：中级工程师;研究方向：现代家具智能化设计

夏学文（三作）;性别：男;出生年月日： 1974年 8月 7日;贯籍：湖北省孝感市;民族：汉;学历： 博士研究生;职称 ：教授;研究方向：人工智能及其应用

喻飞（四作）;性别：男;出生年月日：1981.12.02;贯籍：湖北省钟祥市;民族：汉;学历：博士研究生;职称 ：副教授;研究方向：智能计算与应用