[发明专利]一种基于机器视觉的箱体定位控制系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的箱体定位控制方法，属于伺服控制和机器视觉领域。本发明方法通过安装于箱体流水线附近的视觉系统，采集装料箱箱口在纵向和横向的图片；然后对图像进行处理，计算出装料箱体箱口的位置差，根据偏差是否小于阈值判断是否对正，若箱口位置对正，则顶升机构抬升进行装料操作，否则装于流水线两侧和前侧的气缸获得位置差信息后，对装料箱位置进行修正，若修正次数超过三次则人工进行修正，然后执行装料操作。本发明方法通过机器视觉对动态位置进行识别及进行高精度定位控制，有效提高箱体定位精度，从而解决装料过程中的抛洒、自动化程度低等问题。

技术领域

本发明属于伺服控制和机器视觉领域，具体涉及一种基于机器视觉的双层箱体定位控制系统及其方法。

背景技术

在化工厂某些产品的灌装工艺中，装料箱的内层为铁制包装箱，外层为木质保护箱。本专利中，将这种内外双层的装料箱统称为双层箱体。在其灌装时，要求通过调整外层木质保护箱的位置使得内层铁质包装箱的圆形装料口对准灌料口，以便实施灌料操作。传统的灌料工艺中，通常依靠人工进行判断定位和修正箱体位置，而人工测量存在检测速度慢、不能批量同时检测、测量精度不高等问题，从而导致生产线效率低、对准率低且自动化程度低，急需进行智能化改造。

发明内容

本发明的目的是解决现有的箱体灌装生产线中箱体定位不准导致灌装过程中出现抛洒问题，提供一种利用机器视觉、伺服控制和信息技术的箱体定位控制系统及其方法。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：

一种基于机器视觉的箱体定位控制方法，包括以下步骤：

步骤1.安装于流水线装料位前侧的限位开关，在装料箱到达装料工位后挡停装料箱，限位开关挡停后向PLC控制器发送装料箱到达工位的模拟电流信号，PLC将其转换为数字信号，通过某一通信协议将该信号发送到工控机，同时修正次数i置为零；

步骤2.工控机收到信号后，控制安装于装料箱两侧的工业相机A和B，分别采集X和Y两个方向上当前箱体的图像，采集到的图像信息实时传送给图像信息处理单元，通过模板匹配切割出装料箱箱口的部分；

步骤3.针对步骤2切割出的箱子箱口图片，利用高斯滤波对其进行降噪，图像处理单元的工控机对图像进行预处理，使用Canny算法提取箱体图像边缘；

步骤4.以灌料口的圆心为基准位置，计算得到装料箱箱口实际圆心分别与该基准在X、Y方向上的位置偏差ΔA_X和ΔA_Y，进而得到执行单元的气动气缸需要推动的距离，如果该距离小于设定阈值，则顶升机构抬升执行装料操作，装料完毕后气缸退回初始位置，然后返回步骤1，否则判断修正次数i是否小于3，如果i小于3，则依照偏差距离值控制执行单元的气缸运动修正箱体，修正次数i加1，然后返回步骤2，如果i不小于3，则人工进行修正对齐，然后执行装料操作，装料完毕后气缸退回初始位置，返回步骤1。

本发明步骤2包括：

步骤2-1.读取拍摄获得的目标图像I(x,y)和事先准备好的装料箱箱口模板图像T(x,y)，其中，(x,y)表示图像中像素的坐标，I(x,y)表示目标图像，T(x,y)表示已知的用来匹配的箱口模板图像；

步骤2-2.利用标准化插值平方和匹配算法进行模板匹配，首先对模板图像和目标图像进行标准化处理，以保证当模板和图像各个像素的亮度都乘上了同一个系数时，相关度不发生变化，此方法利用图像与模板各个像素差值的平方和来进行匹配，匹配越差，匹配值越大，标准化插值平方和匹配算法的数学公式如下所示：

其中，R(x,y)的值表示了(x,y)位置处的相似度。

步骤2-3.将获得的匹配结果进行归一化处理，其中归一化处理函数如下所示：