玉石珠宝加工在一些地区成为支柱产业。而国内玉石企业如今大都仍然在使用效率较低的普通钻床手工加工玉石珠。普通钻床手工钻取玉石珠时难以保障产品质量的稳定性,生产周期过长,玉石料浪费严重。为解决玉石珠手工加工的缺陷,提高玉石料的利用率,本课题提出将机器视觉技术引入到手工作业的玉石钻孔取料的加工中,对市面上已经量产的数控雕刻机进行改造,并基于采集的图像信息设计排样算法,实现玉石珠自动下料加工,从而缩短玉石珠串产品的加工周期,实现玉石珠取料设计和生产的规模化、数字化和系统化。本文的主要研究内容如下:(1)在现有的数控雕刻机的基础上,提出了将机器视觉技术引入玉石珠下料加工中,并从整体上论述了方案的设计。随后通过分析玉石材料性质,选择了玉石加工方法,最后介绍了系统的硬件选型和机械结构设计。(2)阐述了系统的图像提取技术和排样算法的设计。首先分析了图像处理流程,并对玉石片料图像的阈值分割及轮廓提取进行了方案设计;其次,通过分析系统中遇到的实际排料问题与理论布局问题之间的联系与差别,并针对排料问题中的约束条件,基于类似于贪心算法设计了完成实际排料问题的有效算法;最后设计了一种便捷性的相机标定方法。(3)比较各种运动控制方案的优劣,并最终选择了基于运动控制卡的运动控制系统,对系统的具体运动控制进行动作设计,并根据客户要求优化关键步骤。最后设计了“S”型路线走刀路径并优化。(4)在以上研究的基础上,利用C++及Open CV库实现图像信息提取和排料算法,并设计了易于操作的人机交互界面,同时提供了故障报警功能方便用户排除现场加工时遇到的故障。(5)完成系统样机设计后,在实际生产中对系统实用性测试,证明本课题设计的系统可以满足实际生产要求且具有玉石轮廓识别准确、排料利用率高、大幅提高玉石珠下料生产的效率和玉石材料利用率等优点。