绗缝机全自动画稿生成系统的设计与实现

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1、绗缝机全自动画稿生成系统的设计与实现【摘要】本文介绍了绗缝机控制系统的结构和工作原理，详细描述绗缝机的画稿生成原理和算法。其中，基于CAD的人工画稿生成部分只作简略介绍，重点阐述部分是画稿自动生成和图像边缘检测。【关键词】绗缝机、绗缝画稿、图像边缘、数学形态学中图分类号：TP391文献标识码：BDesignandImplementationoftheQuiltingPatternAutomaticCreatingSystemAbstractThisarticleintroducesthestru

2、ctureandtheprincipleofthecontrolsystemonthequiltingmachineandprovidesusthedetailarithmeticofthepatterncreating.ThemanualCADdesignpartisonlybrieflyintroduced;thepatternautomaticcreatingandtheedgedetectingpartsaredetaileddescribed.KeywordsQuiltingMachi

3、ne,QuiltingPattern,theEdgeoftheImage,Math’sMorphologic1．引言绗缝机是用于缝制床垫、床罩上线形图案的纺织机械，其工作原理类似于普通的缝纫机，即它是一种XY—Z型运动控制系统。在绗缝过程中，计算机控制针架与布料之间的相对运动，缝制出各种预先设计的图案。绗缝机控制系统的结构原理如图1所示。图1绗缝机控制系统结构图绗缝机的XY—Z三轴运动具体是：（1）Z轴方向运动——缝针缝线运动，三相异步交流电动机带动缝纫针架以特定速度作连续上下运动，针架上下运动

4、一次就缝一针；（2）Y轴方向运动——布料由卷布机构带动作前后运动；（3）X轴方向运动——缝纫针架左右运动。在生产实践中，发现普通电脑绗缝机主要存在以下三个不足之处：（1）自动化程度不够高，突出表现在机器所缝制的图案（7俗称画稿）必须由人工事先在计算机上一笔一划绘制，效率低下。（2）机器智能不够，不能灵活自动适应各种厚薄不同的面料。机器最佳工作参数的设定，需要操作技工长期积累经验。（3）高速、长时间工作的一致性、稳定性不够高，容易发生断线、线步不均匀、花样变形等质量事故。针对以上问题，在普通绗缝机

5、的基础上，我们开发了新的绗缝机计算机控制系统。本文将详细介绍该系统的核心部分——画稿自动生成。2．画稿生成画稿指将在面料上缝制的图案。对于用户而言，画稿只是可见的图案，但是对于绗缝机而言则是控制机器运动的数据文件。具体画稿的生成流程如图2所示。图2画稿生成流程2．1基于CAD的人工画稿生成基于CAD的人工画稿生成辅助软件是用VisualC＋＋开发，运行于Windows操作系统上的专用CAD软件。该软件主要是通过组合直线段与圆弧这两种基本图形元素（又称图元）来绘制新的花样。设计者在如图3所示的制板

6、界面，用手工绘制欲绗缝的花样。绘制图3中的花样需要设计者有一定经验而且耗费相当长的时间。图3画稿CAD制版界面72．2基于图像边缘识别的画稿自动生成所谓画稿自动生成，是指根据用户提供的数字图像，由计算机自动识别出其中的图案，并生成欲绗缝的画稿。绗缝机是在布料上用棉线的线迹重现各种物体轮廓，即只需要物体的边缘信息，而不是物体中间的纹理细节。所以只需基于灰度级图像而不是彩色图像进行轮廓识别。最简单的灰度级图像是二值位图，例如包含背景填充色和字体前景色的一个汉字。下面详细介绍所采用的边缘识别算法。2．

7、2．1图像的预处理首先，把基于RGB颜色空间的彩色图像转化为灰度级图像[1]，具体算式如式（1）：（1）上式中，gray表示一个像素点的灰度级，R、G、B分别表示一个像素点的红、绿、蓝三分量值。2．2．2基于数学形态学的边缘识别在灰度图像中，边缘是指与周围像素灰度值相比有阶跃变化或屋顶变化的像素的集合。而基于数学形态学的边缘识别方法[3]是指用适当的结构元素对图像进行腐蚀和膨胀运算得到图像的边缘，具体如下：（1）结构元素是一个模板，是为考察目标图像的结构而设计的，尺寸一般远小于目标图像。（2）腐

8、蚀是图像边界向内收缩，作用是清除边界点；膨胀是对边界进行扩充。以下两式是数学形态学边缘识别的基本依据：（2）（3）式（2）表示用结构元素S对图像X进行腐蚀，再用原图像减去腐蚀后的图像，从而检测到图像的边缘。式（3）表示用结构元素S对图像X进行膨胀后减去原图像，从而检测到图形的外边缘。为识别文字轮廓，定义图4所示的图像为结构元素。图4文字边缘识别中所采用的结构元素当然还有许多边缘检测的方法[3]，如：Roberts算子法、Laplacian算子法等。但基于数学形态学的识别方法特别适于绗缝机的应用，