天然石板的不规则形状和表面缺陷,给人工测量尺寸和排板带来很大困难。国内与之相应的石材的设计和加工手段却比较落后,还在采用人工排样和传统桥式切机加工的方式,成材率低、劳动强度大、石材浪费严重。所以,有必要研制一种可以代替人工测量、排样的石材桥式切机来改变石材行业粗放型的生产加工方式。本文在传统石材桥式切机的基础上,提出石材桥式切机自动化改造方案。主要对非接触式轮廓扫描系统、不规则石板中单一尺寸矩形排样算法及运动控制系统设计等几个方面进行相关研究,具体研究工作如下:(1)在传统石材桥式切机的基础上,提出石材桥式切机轮廓扫描装置的设计方案及运动控制系统的改造方案。增加石板轮廓扫描装置,实现对石板轮廓坐标的提取;通过在提取到的石板轮廓内进行排样得到最优排样方案;根据排样方案规划切割加工路径;按照切割路径进行加工实现对石板的自动化切割。(2)为了提高提取轮廓数据的精度,研究常见的石材图像噪声,提出适用于石板的中值滤波的图像去噪方法,并应用二维图像的最大类间方差法实现工作台背景和石板的图像分割;然后建立像素坐标系与世界坐标系关系的数学模型,计算轮廓宽度;最后设计石板轮廓测量系统操作界面并对测量结果进行误差分析。(3)为了提高石板的利用率,研究不规则石板中单一尺寸矩形排样算法,建立无约束最优化的数学模型,并通过中心定步长搜索算法求得目标函数的最优解,最后通过在多种不规则石板中进行排样实例,验证该模型和求解方法在求解不规则石板中单一尺寸矩形排样问题的有效性。(4)为了实现不规则石板在石材桥式切机上的自动加工,针对排样结果,研究石板的切割工艺,提出路径规划方案;利用RS-485的单工通信PPI协议,实现上位机和石材切机控制系统的实时通信;通过分析整个系统的加工流程,分配输入输出接口,绘制控制系统电气接线原理总图,最后通过加工实例验证本系统的可行性。本文通过对传统石材桥式切机的自动化改造,实现了石材桥式切机对石板由轮廓扫描到优化排样最后完成切割的自动化加工过程,可解决国内石材企业针对石材桥式切机自动化程度不高的困扰,提高我国石材加工装备水平和加工技术,缩小与发达国家的差距,具有良好的社会效益。