用于鞋面、鞋底的快速识别喷胶方法及系统

技术领域

本发明涉及鞋子的制备工艺，尤指一种基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶方法及系统。

背景技术

鞋子是人们日常穿着的产品，其以对脚的保护得以为人们所接受。随着人们的需要增加，鞋子也有各种各样的类型，例如运动鞋、休闲鞋、雨鞋等等。随着人们对健康的重视，运动鞋及适合运动的休闲鞋就称为人们关注的热点，十分受欢迎，由于运动鞋所特有的功能性、保护性、舒适性、时尚性，越来越多人特别是青少年消费运动鞋已成为一种时尚。

1861年，硫化橡胶技术运用于制鞋，标志着现代运动鞋的诞生。20世纪初，日本、美国、德国、英国、法国就已经开始对运动鞋研究，最早对运动鞋进行研究的是运动项目的教练，其次是运动鞋的生产商，后来演变为二者密切结合的共同研究。由于新的运动项目的不断出现，研究和满足这些项目的需求，提供新型的、多功能的、替代材料是运动鞋发展的主题，同时在原有运动鞋结构的基础上，加以改进，使之更加符合运动特性也受到越来越多的重视。

今年来，随着运动鞋及休闲鞋的进一步普及，轻便、透气及成本低已经称为大众对运动鞋和休闲鞋的要求。于是人们开始用新的方法来制作运动鞋及休闲鞋。一种方法如专利申请2016201025104公开了一种机器人喷胶自动化流水线鞋面工装，包括工装底板、耐磨块、定位装置、鞋楦V型连接块、鞋楦和无线射频芯片，所述耐磨块的上端固定在所述工装底板的底部，所述鞋楦固定在所述鞋楦V型连接块上方，鞋楦V型连接块通过定位装置固定于所述工装底板上；所述无线射频芯片通过芯片安装支架固定于所述工装底板上。该本实用新型的鞋面套装在鞋楦上，然后由输送带进行输送，以实现部分自动化的生产。

因此，在鞋面的制作过程中，有一个重要的步骤是自动喷胶，就是把胶水喷涂到鞋底和鞋楦上，然后再通过烤炉进行固化，以便于定型和鞋底与鞋面的结合。在这个过程中，对鞋面的定位是非常重要的。这个工艺的难点主要是：1、需要对不同鞋型和尺寸喷胶路径进行人工试教。鞋面具有若干种鞋型，同种鞋型的具有若干种尺寸。在已有的生产系统中，首先要先对每一个鞋型的每一个尺寸进行预先人工试教，这个是非常耗时的。2、喷胶时，要固定鞋的位置，因此需要将物料移到专有操作台，固定位置后，再用机器人喷胶。因此，目前的喷胶工艺具有耗时长、喷胶效率低的问题。

如专利申请201910565314.9所公开的一种鞋零件的自动化识别和组装，通过鞋零件的自动化的放置和组装增强了鞋或鞋的一部分的制造和组装。例如，零件识别系统分析鞋零件的图像以识别零件以及确定零件的位置。一旦识别以及定位零件，那么自动化制造工具可以操纵零件。该专利申请采用了摄像机及视觉识别系统对鞋零件进行识别、控制。

然而，在上述的识别过程中，需要对鞋零件画出轮廓，并确定基准，以对鞋零件进行调整，这种控制方式大大地延长了对零部件的加工时间，降低了生产效率，特别是对鞋面上胶这个工艺来说，耗时耗力并没有多少效果，这影响到鞋子的生产。

发明内容

缘此，鉴于现有技术存在的问题，本发明之主要目的在于提供一种基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶方法及系统，该方法及系统能够快速地对鞋底和鞋楦进行精确的喷胶路径的计算并引导喷胶机器人，从而便于喷胶部件对它们快速而准确的喷胶，而不用进行频繁的人工矫正，能够有效地提高生产效率。

本发明之另一个目的在于提供一种基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶方法及系统，该方法及系统能够快速地对鞋底和鞋楦进行精确的喷胶路径的计算并引导喷胶机器人，使机器人在不需要对鞋面和鞋底进行位置调整的情况下即可实现喷涂，涂胶准确、可靠，能够减少涂胶时间，提高了涂胶速度。

本发明之另一个目的在于提供一种基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶方法及识别系统，该方法及系统使得喷胶工艺的操作简单、方便，仅需要向流水线上放置鞋面和鞋楦即可，无需将物料移到专有操作台。

基于此，本发明是这样实现的：

一种基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶方法，该方法包括如下步骤：

S1、上料。将要进行喷胶的物料放入传送带；

一控制系统控制传送带的运行；物料包括有鞋楦和鞋面，具体地说，将要喷胶的鞋面放入鞋楦，然后再放到传送带上，或将鞋底直接放到工作料盘上，再将料盘放到传送带上；所述传送带为柔性传送带，以便于物料的放置及在输送过程中不发生位移。

S2、定位。传送带运送物料到机器喷胶工位处，然后传送带定位，停止运行，等待喷胶；

在该步骤中，通过传感器对物料的位置进行识别，来实现传送带的定位，例如楦头、工作料盘，这部分由传感器控制，传感器检测到相应的物料后，发出信号给控制系统，控制系统发出指令，停止运行传送带。

S3、识别。视觉系统对物料进行数据采集，并将数据采集的结果进行计算，产生喷胶路径，并将喷胶路径发送给喷胶机器人；

该步骤进一步包括有：

S31、对物料进行数据采集；

S32、获得鞋面或鞋楦的轮廓或边界，

S33、通过上述轮廓或边界计算鞋面或鞋楦的三维轮廓；

通常上来说，鞋面是放置在托盘上，基本上呈水平摆放，鞋楦也通常只喷表面，通过平面的二维坐标即可获取到鞋面和鞋楦的轮廓，但是，为了避免鞋面的高低误差及位置变化带来的不确定性，通过三维的轮廓能够准确清晰地获得鞋面及鞋楦的准确位置，从而实现准确地喷胶。

S34、计算喷胶路径，通过三维轮廓和喷胶机器人的位置计算出机器人运行的喷胶路径；

S34步骤中，进一步包括：

每一种鞋型都预先设置了一个工作路径，存储到控制系统中；

控制系统计算出物料的坐标和倾斜角度以及三维轮廓后，根据轮廓判别鞋型和计算喷胶的工作路径；

然后根据鞋型读取预先存储的工作路径，控制系统依据计算好的物料坐标，针对计算好的喷胶的工作路径预先存储的工作路径进行对比，根据对比结果再对已有的工作路径进行修正，生成最终引导机器人工作的喷胶路径。

S35、将喷胶路径发送给喷胶机器人。

S4、喷胶。喷胶机器人按照喷胶路径进行喷胶。

S5、烘干。传送带将喷胶后的物料运送到烤炉里烘干。

喷涂机器人完成喷胶后，发送信号给控制系统，控制系统启动传送带，传送带将喷胶后的物料输送到烤炉中，进行烘干。

S34步骤中，进一步包括：对每一种鞋型都预先设置了一个工作路径，存储到控制系统中；

控制系统计算出物料的坐标和倾斜角度以及三维轮廓后，根据轮廓判别鞋型和计算喷胶的工作路径；

然后根据鞋型读取预先存储的工作路径，控制系统依据计算好的物料坐标，针对计算好的喷胶的工作路径预先存储的工作路径进行对比，根据对比结果再对已有的工作路径(及预先存储的工作路径)进行修正，生成最终引导机器人工作的喷胶路径。

本发明所实现的方法中，通过视觉系统对鞋面及鞋楦的位置进行识别定位，能够快速地对鞋底和鞋楦进行准确定位和路径计算，由此，在喷胶过程中，仅需要使喷胶机器人进行调整即可实现喷胶，无需对鞋面及鞋楦的位置进行调整，便于喷胶部件对它们快速地进行涂胶，从而提高生产效率。

一种基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶系统，所述系统包括有：

控制系统，对整个喷胶系统进行控制，包括传送带的运行、视觉系统对物料的识别、喷胶机器人的操作、烤炉的控制，以及喷胶路径的计算；

传送带，穿过烤炉设置，并在烤炉前后或一侧形成传送通道，所述物料放置于传送带上，喷胶后，由传送带输送到烤炉内进行烘干，烘干后的物料再传送出烤炉，进入下一工序；

视觉系统，对物料进行数据采集并识别；

喷胶机器人，接收控制系统的指令，通过喷胶部件对物料进行喷胶；

烤炉，对喷胶的物料进行烘干处理；

所述物料设置在传送带上，传送带一侧设置有视觉系统及喷胶机器人，视觉系统对物料进行数据采集后，由控制系统产生喷胶路径，喷胶机器人依据喷胶路径进行喷胶；烤炉则设置在传送带的下游，且被传送带穿过，以便于对传送带上的物料进行烘干处理；所述传送带、、视觉系统、喷胶机器人及烤炉均与控制系统电连接，以实现自动化控制。

进一步，所述传送带上设置有若干个(复数个)托盘及鞋楦，直接把鞋底放置在托盘中，把鞋面套于鞋楦，即可完成上料动作。通常情况下，托盘和鞋楦一一对应，交错设置，以满足鞋子生成的需要。

进一步，所述视觉系统包括有支架、摄像机，所述支架的上部设置有摄像机，通过摄像机对物料进行数据采集，以获取物料的三维轮廓。

更进一步，所述摄像机具有两个，两个摄像机独立对物料进行数据采集，并将数据采集结果均传输给控制系统，以能够对物料的位置进行准确识别。

进一步，所述喷胶机器人包括有工业机器人及喷胶部件，工业机器人的前端固定有喷胶部件，工业机器人实现对喷胶部件的喷涂位置和时间的控制、由喷涂部件控制剂量，对物料进行自动喷胶。

本发明通过视觉系统对鞋面及鞋楦的位置进行识别定位，能够快速地对鞋底和鞋楦进行准确定位和路径计算，由此，在喷胶过程中，仅需要使喷胶机器人进行调整即可实现喷胶，无需对鞋面及鞋楦的位置进行调整，便于喷胶部件对它们快速地进行涂胶，从而提高生产效率。

本发明通过视觉系统来对不同型号、不同尺寸的鞋子进行识别，并根据测到的鞋面或鞋楦的位置引导喷胶机器人进行喷胶，就可以不需要对鞋面或鞋楦的位置和倾斜角度的调整，机器人能够根据鞋面或鞋楦的轮廓产生喷胶路径，因此不用把鞋子传送到固定工作台上，在传送带上即可实现直接喷胶操作，从而大大简化了喷胶的流程，减少了喷胶的时间，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明所实现的系统结构示意图。

图2为本发明所实现传送带的局部结构示意图。

图3为本发明所实现喷胶机器人的结构示意图。

图4为本发明所实现视觉系统的结构示意图。

图5为本发明所实现视觉系统引导喷胶的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明的具体实现作进一步地描述。

结合图1所示，本发明所实现的基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶方法，包括如下步骤：

S1、上料。将要进行喷胶的物料(包括鞋底20、鞋面30，通常情况下，鞋底20和鞋面30都有)放入传送带；

一控制系统70(控制系统通常是采用主控计算机来实现)控制传送带10的运行；物料包括有鞋底和鞋面，具体地说，将要喷胶的鞋面放入鞋楦，然后再放到传送带上，或将鞋底直接放到工作料盘上，再将料盘放到传送带上；所述传送带10为柔性传送带，以便于物料的放置及在输送过程中不发生位移。

S2、定位。传送带10运送物料到机器喷胶工位处，然后传送带停止运行，进行定位，等待喷胶；

在该步骤中，通过传感器(传感器设置在传送带上，可以是红外传感器，仅仅通过探测物料的位置来对传送带上的物品进行感知，也可以是光电传感器)对物料的位置进行识别，来实现传送带的定位，例如楦头、工作料盘，这部分由传感器控制，传感器检测到相应的物料后，发出信号给控制系统，控制系统发出指令，停止运行传送带。

S3、识别。视觉系统对物料进行数据采集，并将数据采集的结果进行计算，产生喷胶路径，并将喷胶路径发送给喷胶机器人(以下简称机器人)；

该步骤进一步包括有：

S31、对物料进行数据采集；

S32、获得鞋面或鞋楦的轮廓或边界，也就是采集数据；

S33、通过上述轮廓或边界计算鞋面或鞋楦的三维轮廓；

通常上来说，鞋面是放置在托盘上，基本上呈水平摆放，通过平面的二维坐标即可获取到鞋面的轮廓，但是，为了避免鞋面的高低误差及位置变化带来的不确定性，通过三维的轮廓能够准确清晰地获得鞋面及鞋楦的准确位置，从而实现准确地喷胶。

S34、计算喷胶路径，通过三维轮廓和机器人的位置计算出机器人运行的喷胶路径；

对每一种鞋型来说，都预先设置了一个工作路径(预设工作路径)，存储到控制系统中；

控制系统计算出物料的坐标和倾斜角度以及三维轮廓后，根据轮廓判别鞋型和计算喷胶的工作路径(计算工作路径)；

然后根据鞋型读取预先存储的工作路径(预设工作路径)，控制系统依据计算好的物料坐标，针对计算好的喷胶的工作路径(计算工作路径)预先存储的工作路径(预设工作路径)进行对比，根据对比结果再对已有的工作路径(预设工作路径)进行修正，生成最终引导机器人实际工作的喷胶路径。

S35、将喷胶路径发送给机器人。

S4、喷胶。喷胶机器人按照喷胶路径执行喷胶，为了保证喷胶的足够粘接性能，喷胶路径可以重复执行多次。

S5、烘干。传送带将喷胶后的物料运送到烤炉里烘干。

机器人完成喷胶后，发送信号给控制系统，控制系统启动传送带，传送带将喷胶后的物料输送到烤炉中，进行烘干。

本发明所实现的方法中，通过视觉系统对鞋面及鞋楦的位置进行识别定位，能够快速地对鞋底和鞋楦进行准确定位和路径计算，由此，在喷胶过程中，仅需要使喷胶机器人进行位置调整即可实现喷胶，无需对鞋面及鞋楦的位置进行调整和固定，便于对它们快速地进行喷胶，从而提高生产效率。

再结合图1所示，本发明所实现的基于机器视觉引导的鞋面、鞋底快速喷胶系统，所述系统包括有：

控制系统70，对整个喷胶系统进行控制，包括传送带10的运行、视觉系统50对物料的识别、喷胶机器人40的操作、烤炉60的控制；

控制系统70对图像进行处理，主要是计算出鞋底或斜面的轮廓线，并根据此算出相应的工作路径，并对此路径进行坐标修正，转换成机器人工件坐标。

控制系统70将算好的工件坐标再与预先存储的喷胶路径进行识别，根据识别结果再对已有路径进行修正，生成最终引导机器人喷胶的工作路径。

传送带10，穿过烤炉设置，并在烤炉前后或一侧形成传送通道，所述物料放置于传送带上，喷胶后，由传送带输送到烤炉内进行烘干，烘干后的物料再传送出烤炉，进入下一工序；结合图2所示，传送带10为柔性传送带，它具有传送带支架11，以使传送带保持在一定的水平位置，便于人们的操作及后续点胶、烘干操作。其中，传送带10上交错设置有托盘12、鞋楦13，托盘12用于放置鞋底20，鞋楦13则用于套装鞋面30。

视觉系统50，对物料(鞋底20和鞋面30)进行数据采集并识别；

喷胶机器人40，依据视觉系统50的识别结果，通过喷涂部件对物料进行喷胶；结合图3所示，所述喷胶机器人40包括有工业机器人41及喷涂部件42，工业机器人41的前端固定有喷涂部件42，工业机器人41实现对喷涂部件42喷涂位置、时间的控制，通过喷涂部件控制剂量，对物料进行自动喷胶。

工业机器人41和喷涂部件42均可以通过现有技术实现，在此不再赘述。

喷涂部件42也可以采用其它的喷胶设备或喷胶部件来实现，只要能够顺利地对鞋底和鞋面进行喷胶即可。

烤炉60，对喷胶的物料进行烘干处理；烤炉60也是现有技术，在此不再赘述。

物料设置在传送带10上，传送带10一侧设置有视觉系统50及喷胶机器人40，视觉系统50对物料进行识别后，由喷胶机器人40进行喷胶；烤炉60则设置在传送带10的下游，且被传送带10穿过，以便于对传送带10上的物料进行烘干处理；所述传送带10、视觉系统50、喷胶机器人40及烤炉40均与控制系统70电连接，以通过控制系统70实现自动化控制。

通常，传送带10上设置有若干个托盘12及鞋楦13，工作时，直接把鞋底20放置在托盘12中，把鞋面30套于鞋楦13上，随着传送带10的运转即可完成上料动作。托盘12和鞋楦13是一一对应的，且交错设置，以满足鞋子生成的需要。

需要重点描述的是，所述视觉系统50包括有支架51、横梁52和摄像机53，其中，支架51的上部横向设置横梁52，横梁52的下方悬挂有摄像机53，通过摄像机53对物料进行数据采集(数据采集可以是针对轮廓进行的坐标采集，也可以是针对鞋面或鞋楦进行的3D数据采集，数据采集是采用现有技术实现的，并不需要特意设计，故数据采集的方法在此不进行赘述)及识别。

摄像机53可以是一个摄像头加光照器件，或是由两个摄像头组成。经过摄像头的拍照，或摄取物体图像，图片传送给控制系统70，也可以直接将图片并转化成三维点云结构数据，通过无线传输给控制系统70，由控制系统再进行进一步的处理，例如计算喷胶路径。

为了提高识别的准确性，所述摄像机53可以设置有两个，两个摄像机53独立对物料进行数据采集，并将数据采集结果均传输给控制系统，以能够对物料的位置进行准确识别。

本发明的工作流程是：

可以通过人工或自动的方式进行上料，将要喷胶的鞋面放入鞋楦(称为套楦)以及鞋底放入托盘，然后再放到柔性传送带上，或将鞋底直接放到工作料盘上，再将料盘放到传送带上。

传送带运送物料到机器喷胶工位处停下，这部分由传感器控制。

视觉系统采集鞋底或鞋面的轮廓数据，控制系统分析并计算出鞋底或鞋面喷胶所需路径，传给机器人。

机器人按照计算后的路径完成喷胶工序。

传送带将喷胶后的物料运送到烤炉里烘干。

然后在上料处取走上胶后的鞋底或鞋面进入后续工序。

特别是对于视觉系统，其工作流程是：

每一种鞋型，由于型号不一样，尺寸不同，都预先设置了一个工作路径，存储到控制系统中(这个预先设置的工作路径，是用于指导机器人进行喷胶的。工作路径可以是用户自行定义的，也可以是通过各种方法，如深度学习方法来计算完成的)。

当鞋底或鞋面通过传送带到达工位后，摄像机获取物体的轮廓及边界数据，将采集的数据传输给控制系统，传输的过程可以通过有线传输，也可以通过无线传输，例如将采集的数据转换成3维云数据，上传到云系统中，控制系统从云系统中获得采集的数据。

控制系统根据采集的数据，计算出物料的坐标和倾斜角度以及工作轮廓。

根据轮廓判别鞋型和路径。然后对喷胶工作路径进行识别，根据识别结果再对已有的工作路径进行修正，生成最终引导机器人的喷胶路径。

根据算出的坐标和角度修正预先存储的机器工作路径，并传给机器人指示机器人具体动作。

本发明通过视觉系统对鞋面及鞋楦的位置进行识别定位，能够快速地对鞋底和鞋楦进行准确定位和路径计算，由此，在喷胶过程中，仅需要使喷胶机器人进行调整即可实现喷胶，无需对鞋面及鞋楦的位置进行调整，便于喷胶部件对它们快速地进行涂胶，从而提高生产效率。

本发明通过视觉系统来对不同型号、不同尺寸的鞋子进行识别，并根据测到的鞋面或鞋楦的位置引导喷胶机器人进行喷胶，就可以不需要对鞋面或鞋楦的位置和倾斜角度的调整，机器人能够根据鞋面或鞋楦的轮廓产生喷胶路径，因此不用把鞋子传送到固定工作台上，在传送带上即可实现直接喷胶操作，从而大大简化了喷胶的流程，减少了喷胶的时间，提高了工作效率。

总之，本发明通过视觉系统对鞋面及鞋楦的位置及形状的识别，快速转换为喷胶机器人的工作路径，引导喷胶机器人完成对不同尺寸及形状的鞋面和鞋底的喷胶工作。在喷胶过程中，喷胶机器人无需预先对每个鞋型和尺寸进行耗时的路径校准，使得在同一条生产线上的鞋型和尺寸可以灵活多变，从而适应当前小批量多变化的市场要求，极大的提高生产效率。

以上所述乃是本发明之具体实施例及所运用之技术原理，若依本发明之构想所作之改变，其所产生之功能作用仍未超出说明书及图式所涵盖之精神时，均应在本发明之范围内。