本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺處理的裝置及其方法，具體是一種基于機(jī)器視覺的物料姿態(tài)校正投放裝置及其方法，屬于自動(dòng)化領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

機(jī)器視覺技術(shù)是目前國內(nèi)外正在深入研究與應(yīng)用的技術(shù)。其關(guān)鍵性技術(shù)就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)或微處理器來模擬人的視覺功能，從攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)中運(yùn)用復(fù)雜的圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分析理解，并作出相應(yīng)的判斷，控制不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同工作達(dá)到控制和檢測(cè)的目的。

目前基于機(jī)器視覺技術(shù)的產(chǎn)品已經(jīng)越來越普遍，隨著工業(yè)自動(dòng)化需求的不斷加大，很多工廠都在試圖做自動(dòng)化改造以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。工廠在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行包裝和裝配的時(shí)候往往對(duì)產(chǎn)品的放置順序以及放置后產(chǎn)品的狀態(tài)有一定要求，傳統(tǒng)的方式都是采用人工的方式。人工的方式在效率和成本上有很大的不足，而且存在諸多不確定因素，這些都嚴(yán)重影響了企業(yè)的長期發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述問題，提供了一種基于機(jī)器視覺的物料排正裝置及圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法，該裝置改變了老舊的人工物料裝配法，實(shí)現(xiàn)了流水線的自動(dòng)化升級(jí)，提高了裝配效率，對(duì)于提高生產(chǎn)效率有很大的作用，適合工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線上使用。

一種基于機(jī)器視覺的物料排正裝置，用于將圓柱狀的物料按照特定特征屬性投放到包裝盒中，其特征在于，包括：料斗單元，用于將物料一個(gè)一個(gè)的輸送出來，包括料斗、設(shè)置在該料斗的下部出口處的擋板以及控制該擋板開閉的凸輪；氣缸單元，用于推送物料，包括設(shè)置在第一傳送帶左側(cè)的左小氣缸、左大氣缸，設(shè)置在第一傳送帶上方的上小氣缸、上大氣缸，設(shè)置在第一傳送帶右側(cè)的右小氣缸，以及設(shè)置在第一傳送帶上而位于料斗后的后大氣缸；圖像采集單元，包括第一攝像頭和第二攝像頭，分別設(shè)置在第一傳送帶上方且位于傳送方向的上方和下方；翻轉(zhuǎn)排正單元，用于將朝向不對(duì)的物料翻轉(zhuǎn)排正，包括由第一電機(jī)、與該第一電機(jī)連接的第一齒輪以及與第一齒輪連接的夾具組成的轉(zhuǎn)組件和由第二電機(jī)、與該第二電機(jī)連接的第二齒輪組成的移位組件，該移位單元用于轉(zhuǎn)移排正后的物料；第二傳送帶，與第一傳送帶水平且平行設(shè)置，承接翻轉(zhuǎn)排正單元轉(zhuǎn)移來的物料，承載有容納物料的包裝盒并在氣缸單元的作用下將該包裝盒打包輸出；以及控制單元，控制圖像采集單元、氣缸單元、翻轉(zhuǎn)排正單元的運(yùn)行。

本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置，還可以就有這樣的特征：其中，料斗還包括設(shè)置在料斗的出口處用于檢測(cè)物料的光電檢測(cè)開關(guān)。

本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置，還可以就有這樣的特征：其中，第一攝像頭和第二攝像頭均為微距攝像頭。

本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置，還可以就有這樣的特征：其中，夾具呈漏斗狀，大口端用于套住物料，小口端用于讓右小氣缸的推桿穿過來將套在的物料推出。

本發(fā)明提供的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置，還可以就有這樣的特征：其中，第一電機(jī)、第二電機(jī)均為步進(jìn)電機(jī)。

本發(fā)明還提供一種用于上述的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置中的控制單元中的圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，局部自適應(yīng)閾值邊緣提取，通過對(duì)攝像圖像的特定坐標(biāo)區(qū)域進(jìn)行卷積梯度值運(yùn)算，然后使用中值濾波和加權(quán)平均法來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)閾值的計(jì)算并實(shí)現(xiàn)物料的攝像圖像的邊緣提??；

步驟二，邊緣快速細(xì)化，使用并行快速細(xì)化算法實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過反復(fù)閉運(yùn)算以消除攝像圖像中存在的空洞后的二值化圖像進(jìn)行細(xì)化；

步驟三，特征屬性識(shí)別，預(yù)先做一個(gè)特定的匹配模版，將攝像圖像與該匹配模版做比較運(yùn)算得到最終的相關(guān)系數(shù)。

本發(fā)明提供的圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法，還可以具有這樣的特征：其中，并行快速細(xì)化算法為Zhang并行快速細(xì)化算法。

發(fā)明作用與效果

根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于機(jī)器視覺的物料排正裝置及圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法，排正裝置采用巧妙的機(jī)械設(shè)計(jì)方式，同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)配合氣缸和電機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料特征的提取和判定。

更重要的是，這一檢測(cè)過程可以做到非常迅速，這對(duì)于整個(gè)流水線裝配的效率起到了很大的提高作用。在檢測(cè)完畢后通過通訊接口向氣缸和電機(jī)發(fā)出動(dòng)作命令，達(dá)到精確放置物料的目的。

另外本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，專業(yè)性強(qiáng)，顯示直觀，易于操作，檢測(cè)準(zhǔn)確，提高了工作效率，適用于工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線上各種圓柱狀物料的裝配。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置的使用示意圖；

圖2是圖1中的翻轉(zhuǎn)組件部分的放大示意圖；

圖3是本發(fā)明圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法中的局部自適應(yīng)閾值邊緣提取過程示意圖；

圖4是本發(fā)明圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法中的邊緣快速細(xì)化的算法實(shí)現(xiàn)模版示意圖；

圖5是本發(fā)明在物料按特征屬性進(jìn)行裝配和包裝過程的流程示意圖；以及

圖6是本發(fā)明的控制單元的動(dòng)作時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置以及圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法的結(jié)構(gòu)、原理、使用步驟、技術(shù)效果作具體闡述。

實(shí)施例

圖1是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置的使用示意圖。

如圖1所示，基于機(jī)器視覺的物料排正裝置100包括料斗單元、第一傳送帶、氣缸單元、圖像采集單元、翻轉(zhuǎn)排正單元、第二傳送帶、控制單元以及顯示單元。

料斗單元，用于將物料一個(gè)一個(gè)的輸送出來，包括料斗3和包括設(shè)置在料斗3下部出口處的擋板4和控制該擋板4開閉的凸輪5和設(shè)置在料斗的出口處用于檢測(cè)物料的光電檢測(cè)開關(guān)2。

第一傳送帶，設(shè)置在料斗3的出口處的下方，用于承載從料斗中輸出的物料；

氣缸單元，用于推送物料，包括設(shè)置在第一傳送帶左側(cè)的左小氣缸6、左大氣缸7，設(shè)置在第一傳送帶上方的上小氣缸8、上大氣缸9，設(shè)置在第一傳送帶右側(cè)的右小氣缸13，以及設(shè)置在第一傳送帶上而位于料斗3后的后大氣缸1。

圖像采集單元，包括第一攝像頭21和第二攝像頭10，分別設(shè)置在第一傳送帶上方且位于傳送方向的上方和下方，本實(shí)施例中第一攝像頭21和第二攝像頭10均為微距攝像頭。

圖2是圖1中的翻轉(zhuǎn)組件部分的放大示意圖。

翻轉(zhuǎn)排正單元，用于將朝向不對(duì)的物料翻轉(zhuǎn)排正，包括由第一電機(jī)18、與該第一電機(jī)18連接的第一齒輪12以及與第一齒輪12連接的夾具14組成的翻轉(zhuǎn)組件和由第二電機(jī)19、與該第二電機(jī)19連接的第二齒輪20組成的移位組件，該移位單元用于轉(zhuǎn)移排正后的物料，本實(shí)施例中第一電機(jī)、第二電機(jī)均為步進(jìn)電機(jī)。如圖2所示，夾具14呈漏斗狀，大口端用于套住物料，小口端用于讓右小氣缸13的推桿穿過來將套在的物料推出。

第二傳送帶17，與第一傳送帶水平且平行設(shè)置，承接翻轉(zhuǎn)排正單元轉(zhuǎn)移來的物料，承載有容納物料的包裝盒16并在氣缸單元的作用下將該包裝盒打包輸出。

控制單元，控制圖像采集單元、氣缸單元、翻轉(zhuǎn)排正單元的運(yùn)行，其控制方法將在下位詳細(xì)說明。

顯示單元，和控制單元連接，用于顯示和觸摸輸入相應(yīng)的控制參數(shù)或控制指令。

圖3是本發(fā)明圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法中的局部自適應(yīng)閾值邊緣提取過程示意圖。

圖4是本發(fā)明圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法中的邊緣快速細(xì)化的算法實(shí)現(xiàn)模版示意圖。

下面結(jié)合附圖3，4來說明圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法的據(jù)統(tǒng)計(jì)步驟過程，一種用于上述的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置中的控制單元中的圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，局部自適應(yīng)閾值邊緣提取，通過對(duì)攝像圖像的特定坐標(biāo)區(qū)域進(jìn)行卷積梯度值運(yùn)算，然后使用中值濾波和加權(quán)平均法來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)閾值的計(jì)算并實(shí)現(xiàn)物料的攝像圖像的邊緣提取。局部自適應(yīng)閾值邊緣提取通過對(duì)特定坐標(biāo)區(qū)域進(jìn)行卷積梯度值運(yùn)算后，運(yùn)用中值濾波和加權(quán)平均法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)閾值的計(jì)算實(shí)現(xiàn)物料圖像的邊緣提取。傳統(tǒng)的邊緣提取辦法是通過某個(gè)邊緣提取算法運(yùn)算后，嘗試設(shè)定一個(gè)固定閾值實(shí)現(xiàn)二值化，這樣處理雖然簡(jiǎn)單卻會(huì)嚴(yán)重受到外在因素影響，不利于物料邊緣提取。為了實(shí)現(xiàn)閾值額自適應(yīng)調(diào)整，在經(jīng)過Sobel算子卷積運(yùn)算后的圖像中選取5*5區(qū)域，運(yùn)用中值濾波求出區(qū)域中間值，次最小值，最小值，由于中值濾波的目的是將區(qū)域中心像素點(diǎn)用所選取窗口像素點(diǎn)的中值代替，故對(duì)于二值化閾值的選取更關(guān)注的是區(qū)域中值，次最小值，最小值像素點(diǎn)。將這3個(gè)值進(jìn)行加權(quán)平均，并將此結(jié)果作為閾值，權(quán)值的選擇隨著離中心像素點(diǎn)的距離的變大而減小。方法實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

步驟二，邊緣快速細(xì)化，使用并行快速細(xì)化算法實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過反復(fù)閉運(yùn)算以消除攝像圖像中存在的空洞后的二值化圖像進(jìn)行細(xì)化。物料成功邊緣提取后，需進(jìn)一步做邊緣的細(xì)化，以Zhang并行快速細(xì)化算法實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)過反復(fù)閉運(yùn)算(消除圖像中存在的空洞)后的二值化圖像細(xì)化，設(shè)開辟的二維數(shù)組空間為imagebuf[640][480]，每點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)用Hx[640],Hy[480]表示。每次按順序選取其中3行3列像元P1，P2……P9構(gòu)成3*3區(qū)域，作為算法實(shí)現(xiàn)模板，如圖4所示。

以P5為中心像素點(diǎn)，按兩步約束法實(shí)現(xiàn)，前景點(diǎn)值為0，背景點(diǎn)值為1。第一步約束條件為：

(1)P5為前景色(值為0)；

(2)除去中心元素，以P2，P1，P4，P7，P8，P9，P6，P3為序時(shí)，這些點(diǎn)的值由1->0變化的次數(shù)為1；

(3)P2||P6||P8＝1；

(4)P4||P6||P8＝1；

(5)P5的8鄰域點(diǎn)中非1個(gè)數(shù)大于等于2小于等于6。

標(biāo)記所要?jiǎng)h除的點(diǎn)，待所有邊界點(diǎn)掃描結(jié)束進(jìn)行刪除。第二步約束條件和第一步差別在于第三步和第四步，其它保持一致。

(3)P2||P4||P8＝1；

(4)P2||P4||P6＝1。

步驟三，特征屬性識(shí)別，預(yù)先做一個(gè)特定的匹配模版，將攝像圖像與該匹配模版做比較運(yùn)算得到最終的相關(guān)系數(shù)。在成功對(duì)物料邊緣細(xì)化后，采用相關(guān)運(yùn)算法實(shí)現(xiàn)圖像特征的判斷，其操作過程通過預(yù)先做一個(gè)匹配模板，實(shí)時(shí)圖像與匹配模板做相關(guān)運(yùn)算得到最終的相關(guān)系數(shù)，通過這一系數(shù)可以有效得到圖像的匹配程度，進(jìn)而有效控制氣缸和電機(jī)的動(dòng)作，相關(guān)函數(shù)公式如下所示。

$\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n(X_i-\stackrel{\‾}{X})(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}{\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2}\sqrt{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(Y_i-\stackrel{\‾}{Y})}^2}}$

圖5是本發(fā)明在物料按特征屬性進(jìn)行裝配和包裝過程的流程示意圖。

圖6是本發(fā)明的控制單元的動(dòng)作時(shí)序圖。

本實(shí)施例提供的基于機(jī)器視覺的物料排正裝置的電氣動(dòng)作，如圖5，6所示，具體包括：

(1)初始上電：各機(jī)構(gòu)處于就緒狀態(tài)，傳送帶運(yùn)行。

(2)人工將待裝配物料裝入料斗中，無需注意物料的朝向問題。

(3)下料電機(jī)在光電檢測(cè)開關(guān)2的配合下通過電機(jī)控制料斗3下端的凸輪5的動(dòng)作，控制料斗出料口擋板4的動(dòng)作，當(dāng)光電檢測(cè)開關(guān)2未檢測(cè)到有物料時(shí)，凸輪5旋轉(zhuǎn)打開擋板4，物料通過料斗口進(jìn)入檢測(cè)通道中。

(4)物料通過料斗的通道落入模具11中，后大氣缸1通氣，推桿推出將模具1中物料向前推送，使其處于上小氣缸8的正下方，上小氣缸8打壓物料使其與夾具14水平，第一攝像頭21進(jìn)行物料朝向判斷，若反向則第一電機(jī)18帶動(dòng)第一齒輪12旋轉(zhuǎn)180°角。完畢后左大氣缸7將物料向右推進(jìn)一段距離，左小氣缸21跟進(jìn)將物料壓入夾具14內(nèi)。

(5)夾具14夾緊物料后，等待包裝盒16經(jīng)過第二傳送帶17上的光電檢測(cè)開關(guān)時(shí)被檢測(cè)將信號(hào)發(fā)給控制單元后發(fā)出檢測(cè)命令給第二電機(jī)19，該電機(jī)開始打轉(zhuǎn)，第二攝像頭10采集圖像，將該圖像傳送給控制單元運(yùn)行上述的圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法進(jìn)行特征提取和判定，當(dāng)檢測(cè)完畢時(shí)，第二電機(jī)19停轉(zhuǎn)，右小氣缸13的推桿將物料頂出(如圖2)，使物料脫離夾具14，處于包裝盒16正上方，當(dāng)包裝盒離開瞬間，另一側(cè)光電檢測(cè)開關(guān)會(huì)檢測(cè)到包裝盒16離開，此時(shí)上大氣缸9會(huì)將物料壓入包裝盒16，所有氣缸在完成自己的動(dòng)作后都會(huì)主動(dòng)收回推桿。

以上實(shí)施例為本發(fā)明的一般電氣動(dòng)作過程，適用于各種圓柱體物料按特征屬性進(jìn)行裝配的過程。

實(shí)施例的作用和有益效果

根據(jù)本實(shí)施例所提供的一種基于機(jī)器視覺的物料排正裝置及圓柱形物料特征屬性的識(shí)別方法，排正裝置采用巧妙的機(jī)械設(shè)計(jì)方式，同時(shí)運(yùn)用先進(jìn)的圖像處理技術(shù)配合氣缸和電機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料特征的提取和判定。

更重要的是，這一檢測(cè)過程可以做到非常迅速，這對(duì)于整個(gè)流水線裝配的效率起到了很大的提高作用。在檢測(cè)完畢后通過通訊接口向氣缸和電機(jī)發(fā)出動(dòng)作命令，達(dá)到精確放置物料的目的。

另外本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，專業(yè)性強(qiáng)，顯示直觀，易于操作，檢測(cè)準(zhǔn)確，提高了工作效率，適用于工業(yè)自動(dòng)生產(chǎn)線上各種圓柱狀物料的裝配。