盛卫民  寿弘毅  朱敏捷

浙江省新型纺织品研发重点实验室，浙江杭州 310009

浙江纺织服装科技有限公司，浙江杭州 310009

摘要：对真皮计算机排料及裁剪的几种方法并作了优缺点比较；详细阐述了投影排料中光学变形的矫正计算方法；介绍了一个真皮排料系统开发的技术路线。

关键词：CAD；排料；裁剪；真皮；箱包

0 前言

服装、箱包、家俬CAD/CAM 系统目前已经非常普及，在当前招工难，劳动力成本高企的情况下，帮企业提高了劳动生产率，降低了成本。这些CAD/CAM系统主要包含设计、排料、裁剪等三大功能，部分还与ERP、PDM等系统相链接，但这些CAD系统，大部分只能在规则的二维平面排料，对于像真皮等边缘及材料表面不规则的排料，还不能处理。

笔者开发CAD系统多年，特别是开发箱包CAD真皮排料中的一些体会，拿出来和大家做一个探讨。

1 真皮排料的几种方法

真皮的天然属性是它的边缘不规则，材料表面的品质不规则，为了可以在真皮上使用计算机排料，目前采用的方法基本有三种：

1.1 投影法

具体方法是用一到两个高分辨率投影仪，把计算机操作同步投影到皮料上。这样操作员既可以在电脑上排料，也可以在实际的皮料上排料，可以按裁片要求排料，可以简单避开瑕疵。

优点：方案简单，操作方便，成本最低。

缺点：受投影仪分辨率限制，像素点投影之后变大，有一定误差，特别是投影仪的镜头有光学误差，有变形。

1.2摄像法

具体方法是用高分辨率数码相机拍照输入，把皮料实际的大小，材料表面特性输入计算机，再在计算机中排料。

优点：速度快，成本低。

缺点：受相机分辨率限制，有一定误差，特别是相机的头有光学误差，有变形。

1.3 扫描法

    具体方法是用大幅面扫描仪逐行扫描，把皮料实际的大小，材料表面特性输入计算机，再在计算机中排料。

优点：克服了光学变形，精度有保证。

缺点：扫描速度慢，硬件设备价格高，成本大。

上述三种方法可以单独使用，也可以几个方法结合使用。

 

2 光学变形的矫正

光线经过镜头时候，会有一定变形，如果幅面过大，变形不一致的时候，就要进行矫正。三种排料方法中，投影和拍照两种都是有光学变形的，就需要用到矫正算法。矫正过程我们可以把他抽象成一个正方形和任意四边形的相互变换，实际操作上要把整个大的工作区 ，比如250*300 CM，划分成20*20的方格，每个方格执行一个单独的变换。

 

 

 

假设(x,y)是正方形中一点， (u,v)是四边形中一点，算法的变换式是:

u = (Ax + By + C) / (Gx + Hy + 1)

v = (Dx + Ey + F) / (Gx + Hy + 1)

通过上面的式子就可以得到从(x,y)到(u,v)的变换了。这时要确定8个参数A--H。

把上面的方程式经过变形就是：

Ax + By + C - uxG - uyH = u

Dx + Ey + F - vxG - vyH = v

我们已经知道了四点到四点的对应关系，把他们代入上面的式子就可以得到8个方程，8个方程可以解出8个未知数，投影或者拍照变形的问题也就解决了。

  = 

把以上八元一次方程式解开是个简单问题，为了减少误差，可以选用高斯列主元消去法[1]解出A到H 共8个变量。

通过此算法，变形问题迎刃而解。系统初次使用时，要先校对方格，使显示出（或拍照输入）的方格与预先绘制好的方格大小位置符合。

这里简单说明一下，投影仪是如何正确显示一个裁片的。所有裁片都是由直线、曲线组成，一条短直线，在单独一个变换的方格内，通过矫正算法，变换两个端点后，再显示。如显示一条长直线，横跨几个方格，就要把它分成几段，每段在同一个方格中，分别显示，曲线分成多段直线显示，这样最后整个裁片不管大小，显示出来都是大小位置符合的，排料之后就是在正确的位置裁剪了。

3 裁剪系统的类型

    真皮的不规则，幅面大，工艺要求高，精度要求高，所以真皮的排料裁剪是个世界性难题，目前还是如此。现在适宜真皮裁剪的主要有2种机器类型：

3.1激光裁剪

通过高能激光，直接烧断材料。

优点：成本低、速度快。

缺点：有污染；部分材料不适用；裁片无法油边，有时工艺不符合要求。

3.2 震动刀裁剪

通过刀片高速上下运动，切断材料。刀片有平口刀及各种角度的斜刀。

优点：无污染，材料适应性广，可以油边。

缺点：裁床系统复杂，使用成本高。

其他的如等离子切割，高压水切割，圆刀切割等，由于误差大和材料不符等原因，都不能在真皮上使用。

4 系统的研制

笔者开发的服装箱包CAD/CAM系统已经在全国2000多家客户使用，但没有一家使用真皮排料的。时常有客户询问真皮排料事宜，甚至有的箱包厂家要求他来投资开发，可见客户迫切心情。这是由于当前用工成本高，又没有性价比合适的真皮排料裁剪系统引起的，也和产品的多品种、小批量变化趋势有关。现在一个手袋订单只有几十个是很正常的事，光是制作刀模的时间成本，劳动力成本，已经让企业无利可图。研制一款性价比合适的真皮排料裁剪产品，目前软硬件技术基本具备，也是有市场需求的。

笔者选用了投影法作为排料系统技术方案，新开发的真皮排料系统既是原来CAD的一个产品线延伸，也是一个可单独运行的产品，可与市场上多种CAD系统连接，具有较广的适应性。接口方面，可以输入输出 HPGL,DXF格式文件，这是常用的CAD数据格式。操作上，有翻、转、拖动等常见功能，也有裁片自动寻找空洞、智能定位等特有功能，加快了排料速度，提高效率。

排料系统及裁床控制中心全部用MS VC++写成，运行在Windows系统平台上，计算机、裁床、控制中心之间用局域网连接，用于控制及数据交换。

5 结语

笔者使用投影法真皮排料技术路线，采用本文的矫正算法，开发的真皮排料裁剪系统，经过与上海、宁波裁床生产厂家合作，已在广东箱包厂家正常使用，效果良好,目前正在推广过程中。

参考文献

【1】易大义，蒋叔豪，李有法，《数值方法》P206-228，浙江科学技术出版社，1984.

基金项目：服装创新设计系统研发实验室建设(智能化制版系统、喷墨与切割机上集成研究部分）（项目编号：2014F10030）

作者简介：盛卫民，男，1966，工程师，学士。浙江兰溪人，主要研究方向：服装箱包CAD/CAM。