CN103747667B - 一种用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统，其特征是采用了一种笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制方法，该方法利用安装在传输带上方的CCD摄像头拍摄笔记本电池图像，运用视觉检测算法，确定笔记本电池在传输带上的具体位置和方向，进而控制机械手运动来抓取笔记本电池，然后，利用扭转台上方的CCD摄像头拍摄从电池卡槽中心矩形孔洞发出的可见光图像，利用图像处理算法，确定当前电池要放的槽的位置及正负极的放置方向，通过扭转机构，将笔记本电池正负极依次对接排列，最后通过机械手将排列好的笔记本电池自动装盒。本发明自动化程度高，检测精度高，方法简便，易于实现，可以用于工厂生产作业当中。

Description

一种用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统

技术领域

本发明涉及的是一种自动化生产线，特别是一种零散的合成快速组装的自动化生产线，属于机电控制领域。

背景技术

随着社会的发展，个人电脑越来越普及，笔记本的应用于计算，制图，软件设计，语音视屏，游戏等各个方面，在极大提高学习，工作效率的同时，也丰富了人们的空余时间，因此随着笔记本的需求量越来越大，也促使各种品牌的笔记本的喷井式出现，加剧了各商家的竞争。提高产品质量，增快生产效率将决定着商家在竞争中获得主动。

经检索发现，目前国内笔记本电池的组装基本为手工作业，而手工作业存在的主要问题有：生产效率低而且质量不稳定，另外由于大量重复、单调的操作会使人感到枯燥、疲劳，极易发生装配错误。如果发生错误不仅会影响电池的质量，还会产生售后的不必要后果。并且如今人力劳动的高成本也是不可改变的事实。

发明内容

本发明的目的是克服国内以手工作业为主的笔记本电池组装系统的不足，提供一种利用视觉检测原理、方法简单、检测精确高、控制环节自动化程度高的用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统。

本发明的具体技术方案如下：

一种用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统，该系统包括：CCD摄像头C₂(1)、CCD摄像头C₁(2)、PLC可编程控制器(3)、机械手J₁(4)、机械手J₂(5)，扭转台(6)和电源(7)；PLC可编程控制器(3)的CPU(32)通过总线(31)与CCD摄像头C₂(1)及CCD摄像头C₁(2)相连，并通过I/O口(33)与机械手J₁(4)，机械手J₂(5)和扭转台(6)相连，电源(7)通过电源线分别为CCD摄像头C₂(1)、CCD摄像头C₁(2)、PLC可编程控制器(3)、机械手J₁(4)、机械手J₂(5)、扭转台(6)供电，生产线和扭转台平行设置，CCD摄像头C₁(2)安装在生产线工位A上方，CCD摄像头C₂(1)安装在扭转台(6)正上方，在扭转台(6)上设有六个电池卡槽K₁，K₂，K₃，K₄，K₅，K₆，并在每个电池卡槽中心底部开设矩形孔洞，在每一卡槽下方分别放置朝上照射的白色可见光源，在电池卡槽K₃左下角垂直水平方向设置一旋转轴Z₁，在K₄右上角垂直水平方向设置一旋转轴Z₂，使得K₁，K₂可绕Z₁逆时针旋转180度，K₅，K₆可绕Z₂逆时针旋转180度，机械手J₁(4)和机械手J₂(5)末端都带有磁性吸盘。

所述机械手J₁(4)负责将电池从生产线上抓取后并放到扭转台上的卡槽内；

所述机械手J₂(5)负责将扭转后的电池抓取后放置到电池盒内；

所述CCD摄像头C₁(2)负责生产线上笔记本电池图像的采集；

所述CCD摄像头C₂(1)负责扭转台(6)上六个卡槽及其中心白色可见光图像的采集。

本发明中，

所述PLC可编程控制器的内存(34)中的软件模块主要包括：

用于检测笔记本电池图像边缘的检测模块(341)；

用于计算笔记本电池柱体轴线角的第一计算模块(342)；

用于计算笔记本电池中心坐标的第二计算模块(343)；

用于确认笔记本电池正负极的确认模块(344)；

用于计算在初始坐标系中笔记本电池中心坐标的第三计算模块(345)；

用于对图像进行去噪处理和连通性处理的处理模块(346)；

用于确定电池安放位置的辨识模块(347)；

用于通过扭转机构将电池正负极依次对接的扭转模块(348)。

本发明中，

检测模块(341)通过一种改进的Roberts边缘算法检测笔记本电池图像的边缘；

柱体轴线角计算模块(342)通过Hough变换计算笔记本电池柱体轴线的极角θ；

中心坐标值计算模块(343)分别用于：坐标转换和计算笔记本电池中心点坐标；

电池正负极辨识模块(344)通过比较所求横坐标值确定笔记本电池正极和负极的位置；

初始坐标系中中心坐标值计算模块(345)通过给定公式计算在新坐标系下的横、纵坐标值；

图像去噪和连通性处理模块处理模块(346)通过二值化处理法、遍历算法、水平投影法对图像进行噪声去除和连通性处理；

电池正负极辨识模块(347)通过模板匹配法确定笔记本电池应当安放的位置；

扭转模块(348)通过扭转机构，将笔记本电池正负极依次对接排列。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明采用机器视觉技术，提出一种用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统，克服了手工操作生产效率低、质量不稳定、装配错误的弊端，提高了笔记本电池安装的自动化水平和效率。

(2)利用两个CCD摄像头，分别用于计算生产线上笔记本电池的中心坐标和确定笔记本电池应当放置的位置，进而实现了笔记本电池的自动装盒，提高了笔记本电池自动装盒的精度和可靠性。

附图说明

图1是工作台示意图；

图2是扭转台平面示意图；

图3是笔记本电池旋转之后的位置示意图；

图4包括图4(a)和4(b)是求解极角的坐标变换示意图；

图5是整体工作流程图；

图6是系统电路原理图；

图7是系统辨识模块框图。

图中：1-CCD摄像头C₂；2-CCD摄像头C₁；3-PLC可编程控制器；31-总线；32—CPU；33-I/O口；34-内存；4-机械手J₁；5-机械后J₂；6-扭转台；7-电源；8-传送台；9-笔记本电池；10-工位A；11-卡槽K₁；12-卡槽K₂；13-卡槽K₃；14-卡槽K₄；15-卡槽K₅；16-卡槽K₆；17-旋转轴Z₁、18-旋转轴Z₂；19-卡槽中间矩形孔洞；20-磁性吸盘X₁；21-磁性吸盘X₂；22-工装台V；23-电池盒。

具体实施方式：

如图1、图2、图3、图6所示，本发明用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统包括：CCD摄像头C₂(1)、CCD摄像头C₁(2)、PLC可编程控制器(3)、机械手J₁(4)、机械手J₂(5)，扭转台(6)和电源(7)；PLC可编程控制器(3)的CPU(32)通过总线(31)与CCD摄像头C₂(1)及CCD摄像头C₁(2)相连，并通过I/O口(33)与机械手J₁(4)，机械手J₂(5)和扭转台(6)相连，电源(7)通过电源线分别为CCD摄像头C₂(1)、CCD摄像头C₁(2)、PLC可编程控制器(3)、机械手J₁(4)、机械手J₂(5)、扭转台(6)供电，生产线和扭转台平行设置，CCD摄像头C₁(2)安装在生产线工位A上方，CCD摄像头C₂(1)安装在扭转台(6)正上方，在扭转台(6)上设有六个电池卡槽K₁，K₂，K₃，K₄，K₅，K₆，并在每个电池卡槽中心底部开设矩形孔洞，在每一卡槽下方分别放置朝上照射的白色可见光源，在电池卡槽K₃左下角垂直水平方向设置一旋转轴Z₁，在K₄右上角垂直水平方向设置一旋转轴Z₂，使得K₁，K₂可绕Z₁逆时针旋转180度，K₅，K₆可绕Z₂逆时针旋转180度，机械手J₁(4)和机械手J₂(5)末端都带有磁性吸盘。

所述机械手J₁(4)负责将电池从生产线上抓取后并放到扭转台上的卡槽内；

所述机械手J₂(5)负责将扭转后的电池抓取后放置到电池盒内；

所述CCD摄像头C₁(2)负责生产线上笔记本电池图像的采集；

所述CCD摄像头C₂(1)负责扭转台(6)上6个卡槽及其中心白色可见光图像的采集。

本发明中，所述PLC可编程控制器的内存(34)中的软件模块主要包括：

用于检测笔记本电池图像边缘的检测模块(341)；

用于计算笔记本电池柱体轴线角的第一计算模块(342)；

用于计算笔记本电池中心坐标的第二计算模块(343)；

用于确认笔记本电池正负极的确认模块(344)；

用于计算在初始坐标系中笔记本电池中心坐标的第三计算模块(345)；

用于对图像进行去噪处理和连通性处理的处理模块(346)；

用于确定电池安放位置的辨识模块(347)；

用于通过扭转机构将电池正负极依次对接的扭转模块(348)。

本发明中，检测模块(341)通过一种改进的Roberts边缘算法检测笔记本电池图像的边缘；

柱体轴线角计算模块(342)通过Hough变换计算笔记本电池柱体轴线的极角θ；

中心坐标值计算模块(343)分别用于：坐标转换和计算笔记本电池中心点坐标；

电池正负极辨识模块(344)通过比较所求横坐标值确定笔记本电池正极和负极的位置；

初始坐标系中中心坐标值计算模块(345)通过给定公式计算在新坐标系下的横、纵坐标值；

图像去噪和连通性处理模块处理模块(346)通过二值化处理法、遍历算法、水平投影法对图像进行噪声去除和连通性处理；

电池正负极辨识模块(347)通过模板匹配法确定笔记本电池应当安放的位置；

扭转模块(348)通过扭转机构，将笔记本电池正负极依次对接排列。

上述各软件模块的整体工作流程如图5所示，步骤如下：

所述拍摄图像边缘检测模块(341)用于：通过一种改进的Roberts边缘算法检测笔记本电池图像的边缘，包括以下步骤：

首先，以CCD摄像头C₁拍摄的图像的左下点为原点O₁建立直角坐标系iO₁j，采用3×3的检测窗口遍历整张图像，在8连通像素邻域内，分别计算水平方向，垂直方向，135度方向和45度方向上的梯度值，其中，水平方向上的梯度值为：P₀[i,j]＝|I₁[i-1,j]-I₁[i+1,j]|，垂直方向上的梯度值为：P₉₀[i,j]＝|I₁[i,j-1]-I₁[i,j+1]|，135度方向上的梯度值为：P₁₃₅[i,j]＝|2×(I₁[i-1,j-1]-I₁[i+1,j+1])|，45度方向上的梯度值为：P₄₅[i,j]＝|2×(I₁[i+1,j-1]-I₁[i-1,j+1])|，式中I₁[i,j]代表采集的原始图像中第i行、第j列像素的灰度值，i＝0，1，2，L，398，或399，j＝0，1，2，L，298，或299，

其次，计算8连通像素邻域内总的梯度值M[i,j]，M[i,j]＝P₀[i,j]+P₉₀[i,j]+P₁₃₅[i,j]+P₄₅[i,j]，并将其与设定的阈值进行比较，得到二值化后边缘图像的灰度值C[i,j]， $C\[i,j\]=\left\{\begin{array}{c}1,M\[i,j\]>\mathrm{\τ}\\ 0,M\[i,j\]\≤\mathrm{\τ}\end{array}\right.,$ 其中，τ为边缘点的选取阈值，且τ＝6，

如图4(a)和图4(b)所示，柱体轴线角计算模块(342)用于：计算笔记本电池柱体轴线的极角θ

所述通过Hough变换计算笔记本电池柱体轴线的极角θ，包括以下步骤：

首先，将以O₁为原点的直角坐标系转变为以O₁为原点的极坐标系，设ρ为极径，α为极角，ρ和α均为自然数，ρ等于0，1，…，498，或499，α等于0，1，…，178，或179，分别在其最大值和最小值之间建立一个离散的参数空间；

其次，建立一个二维数组的累加器N[ρ][α]，并置数组中每个元素为0；

然后，对边缘图像C[i,j]上的每一边缘点，即边缘图像灰度值为1的像素点，作Hough变换，计算出该点在极坐标系上的对应曲线，并在相应的累加器上加1，即N[ρ][α]＝N[ρ][α]+1，

最后，找出对应(x,y)坐标系上共线点的累加器的局部极大值，这个值提供了(x,y)坐标平面上共线点直线的参数(ρ₀,α₀)，α₀即为共线点最多的直线的极角，因为电池两根棱线HR和GP的长度最长，因此，共线点最多的线段必定是HR或GP中的一条，又因为HR和GP平行，又跟电池柱体轴线L₁L₂平行，因此，电池柱体轴线L₁L₂的极角θ＝α₀，

所述中心坐标值计算模块(343)分别用于：坐标转换和计算笔记本电池中心点坐标，具体步骤如下：

(1)坐标转换：

将原始坐标系iO₁j中的任一点坐标[i,j]转换到新的坐标系中i′O₁j′，并计算其新的坐标值[i′,j′]，具体计算公式如下：

首先，当时，将原始坐标系iO₁j绕点O₁逆时针旋转角度建立新的以O₁为原点的直角坐标系i′O₁j′，如图4(a)所示，

则， $\left\{\begin{array}{c}{i}^{\′}=\sqrt{i^2+j^2}\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2})\\ j^{\′}=\sqrt{i^2+j^2}\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2})\end{array}\right.,$

其中，i′，j′分别为坐标系i′O₁j′中点的横、纵坐标值，且i′，j′为整数，i′＝-399，-398，L0，1，2，L，398，或399，j′＝-299，-298，L，0，1，2，L，298，或299，且点的横坐标i等于0时，当点的横坐标i不等于0时， $\mathrm{\β}={\arctan }^{-1}\frac{j}{i},$

当时，将原始坐标系iO₁j绕点O₁逆时针旋转角度建立新的以O₁为原点的直角坐标系i′O₁j′，如图4(b)所示，

则， $\left\{\begin{array}{c}{i}^{\′}=\sqrt{i^2+j^2}\cos (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{2})\\ j^{\′}=\sqrt{i^2+j^2}\sin (\mathrm{\β}-\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\π}}{2})\end{array}\right.,$

(2)计算工位A处笔记本电池中心点坐标

首先，在原始坐标系iO₁j中，对采集的图像进行阈值分割并二值化处理，得到二值化图像的灰度值B₁[i,j]，I₁[i,j]为采集的原始图像的灰度值，T为障碍物和背景的二值化分割阈值，T＝210，I₁[i,j]代表采集的原始图像中第i行、第j列像素的灰度值，i＝0，1，2，L，398，或399，j＝0，1，2，L，298，或299，并将坐标系中二值化没处理到的点全部置为0，

接着，将二值化后图像的灰度值B₁[i,j]，在坐标系i′O₁j′中分别向i′轴和j′轴上投影，确定电池中心点在i′轴和j′轴上的坐标J_x′和J_y′，具体步骤如下：

1)将二值化后图像的灰度值B₁[i,j]向i′轴上投影，计算与j′轴平行的每一列上所有像素的灰度值之和，将计算结果分别存储在数组F₁[f]中，当时， $F_1\&lsqb;f\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=-r_1}{\overset{0}{\&Sigma;}}{B}_1\&lsqb;f,i^{\&prime;}\&rsqb;,$ 其中 $r_1=400\&times;cos(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}-\mathrm{\&theta;}),$ m₁＝300×cosθ，n₁＝300×cosθ，且r₁、m₁、n₁分别采用四舍五入法取整数值，f从-m₁依次取值到n₁；当 $\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&le;\mathrm{\&theta;}<\mathrm{\&pi;}$ 时， $F_1\&lsqb;f\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=-m}{\overset{n}{\&Sigma;}}{B}_1\&lsqb;f,i^{\&prime;}\&rsqb;,$ 其中 $r_1=500\&times;cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}),$ m₁＝400×cos(π-θ)，且r₁、m₁、n₁分别采用四舍五入法取整数值，f从0依次取值到r₁；

2)将二值化后图像的灰度值B₁[i,j]向j′轴上投影，计算与i′轴平行的每一行上所有像素的灰度值之和，将计算结果分别存储在数组H₁[h]中，当时， $H_1\&lsqb;h\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=-m_2}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{B}_1(i^{\&prime;},h),$ 其中 $r_2=500\&times;cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}),m_2=400\&times;cos(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}-\mathrm{\&theta;}),$ n₂＝300×cosθ，且r₂、m、n分别采用四舍五入法取整数值，h从0依次取值到r₂；当 $\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&le;\mathrm{\&theta;}<\mathrm{\&pi;}$ 时， $H_1\&lsqb;h\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=0}{\overset{r_2}{\&Sigma;}}{B}_1(i^{\&prime;},h),$ 其中 $r_2=500\&times;cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}),$ m₂＝400×cos(π-θ)，且r₂、m₂、n₂分别采用四舍五入法取整数值，h从-m₂依次取值到n₂，

3)在坐标系i′O₁j′中，采用两端检测方法，确定笔记本电池在i′轴方向上的左、右边界的横坐标值，并将结果存储在变量J′_L、J′_R中，同时将在j′轴方向上确定的上、下边界的纵坐标值存储在变量K′_U和K′_D中，具体步骤如下：

a)f按照f＝-400，-399，L，0，1，2，399，400依次取值，当f满足下述条件时：F₁[f+2]-F₁[f]≥15且F₁[f+2]≥25且F₁[f]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的左边界，用变量J′_L记录当前的横坐标f，并令J′_L＝f，继续给f赋值，当f满足下述条件：F₁[f]-F₁[f+2]≥15且F₁[f]≥25且F₁[f+2]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的右边界，用变量J′_R记录当前的横坐标f，并令J′_R＝f，

b)h按照h＝-300，-299，L0，1，2，L299，300依次取值，当h满足下述条件：H₁[h+2]-H₁[h]≥15且H₁[h+2]≥25且H₁[h]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的下边界，用变量K′_D记录当前的横坐标h，并令K′_D＝h，继续给h赋值，当h满足下述条件：H₁[h]-H₁[h+2]≥15且H₁[h]≥25且H₁[h+2]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的上边界，用变量K′_U记录当前的横坐标h，并令K′_U＝h，

c)计算笔记本电池中心点的横坐标C_i″和纵坐标C_j″，C_i″＝(J′_L+J′_R)/2，C_j″＝(K′_U+K′_D)/2，

所述电池正负极辨识模块(344)用于：确定笔记本电池正极和负极的位置

(1)确定笔记本电池正极和负极的位置

若F[J′_L]>F[J′_R]，则笔记本电池负极在坐标系i′O₁j′中横坐标值为J′_L，正极横坐标值为J′_R；若F[J′_L]<F[J′_R]，则笔记本电池正极在坐标系i′O₁j′中横坐标值为J′_L，负极横坐标值为J′_R，

所述初始坐标系中中心坐标值计算模块(345)用于：计算在iO₁j坐标系下的横、纵坐标值

(1)根据笔记本电池中心点在坐标系i′O₁j′下的横、纵坐标值，计算在iO₁j坐标系下的横、纵坐标值，计算公式如下：

当 $0\&le;\mathrm{\&theta;}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}$ 时，则 $\left\{\begin{array}{c}{C}_i=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\cos ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\\ C_j=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\cos ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\end{array}\right.$

当 $\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&le;\mathrm{\&theta;}<\mathrm{\&pi;}$ 时，则 $\left\{\begin{array}{c}{C}_i=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\cos ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\\ C_j=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\cos ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\end{array}\right.$

其中，C_i′和C_j′分别为在新直角坐标系i′O₁j′中确定的笔记本电池中心点的横、纵坐标值，当横坐标C_i′等于0时，当横坐标C_i′不等于0时， ${\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}={\arctan }^{-1}\frac{C_{j^{\&prime;}}}{C_{i^{\&prime;}}},$

(2)控制机械手抓取笔记本电池

首先，PLC控制机械手到指定坐标位置，即笔记本电池中心位置C(C_i,C_j)，并控制磁性吸盘X₁的棱长最长的一条边MN与扭转台(6)水平中心线ST垂直，MN与L₁L₂平行，当时，PLC控制机械手逆时针旋转θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘上电抓取电池并上升10厘米，此时，若F[J′_L]>F[J′_R]，则控制机械手顺时针旋转θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上，若F[J′_L]<F[J′_R]，则控制机械手逆时针旋转π-θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上；当时，控制机械手顺时针旋转π-θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘上电抓取电池并上升10厘米，此时，若F[J′_L]>F[J′_R]，则控制机械手逆时针旋转π-θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上，若F[J′_L]<F[J′_R]，则控制机械手顺时针旋转θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上，

所述图像去噪和连通性处理模块(346)分别用于：对图像进行二值化处理和对图像进行噪声去除和连通性处理

(1)对图像进行二值化处理

用CCD摄像头C₂拍摄扭转台(6)上六个卡槽的图像，以CCD摄像头C₂拍摄的图像的中心点O₂为原点建立直角坐标系，对拍摄的图像进行阈值分割并二值化处理，得到二值化图像的灰度值B₂[i,j]，I₂[i,j]为CCD摄像头C₂采集图像的第i行，第j列像素的灰度值，T₂为从卡槽中心矩形孔洞发出的白色可见光和背景的二值化分割阈值，T₂＝200，i，j均为整数，且i＝-199，-198，L，0，1，2，L，198，或199，j＝-149，-148，L，0，1，2，L，148，或149，

(2)对图像进行噪声去除和连通性处理

首先，将图像四周边缘上像素点的灰度值置为0，再采用3×3的检测窗口遍历整幅图像，令检测窗口中心点的灰度值为B₂[i,j]，中心点周围8个邻域点的灰度值从左上角以顺时针方向分别为B₂[i-1,j+1]、B₂[i,j+1]、B₂[i+1,j+1]、B₂[i+1,j]、B₂[i+1,j-1]、B₂[i,j-1]、B₂[i-1,j-1]、B₂[i-1,j]，

让3×3的检测窗口依次遍历整幅图像，计算窗口覆盖下的像素的灰度值，如果

B₂[i,j]+B₂[i-1,j+1]+B₂[i,j+1]+B₂[i+1,j+1]+B₂[i+1,j]+B₂[i+1,j-1]+B₂[i,j-1]+B₂[i-1,j-1]+B₂[i-1,j]≤3，则令B₂[i,j]＝1，否则，令B₂[i,j]＝0，

其次，对去除噪声后的图像进行水平投影

将去除噪声后的图像每一列上的像素的灰度值进行相加，将计算结果分别存储在数组F₂[f]中，其中f为整数，f＝-199，-198，L，0，1，2，L，198，199，

所述电池安放位置辨识模块(347)分别用于：计算图像中笔记本电池中心点横坐标和确定笔记本电池应当安放的位置，具体步骤如下：如图7所示：

(1)计算图像中笔记本电池中心点横坐标

f按照f＝-199，-198，L0，1，2，L，198，199依次取值，当f满足下述条件：F₂[f+2]-F₂[f]≥15且F₂[f+2]≥25且F₂[f]≤5，则表明已经检测到图像的第一次上升边沿坐标，用变量G记录当前的横坐标f，并令G＝f，继续给f赋值，当f满足下述条件：F₂[f]-F₂[f+2]≥15且F₂[f]≥25且F₂[f+2]≤5，则表明已经检测到图像的第一次下降边沿坐标，停止给f赋值，用变量G′记录当前的横坐标f，并令G′＝f，则笔记本电池矩形卡槽K₄中间矩形孔洞在图像中宽度值d₀′＝G′-G，单位为像素，利用直尺直接测量笔记本电池矩形卡槽中间矩形孔洞宽度为d₀，卡槽K₁和K₂中间矩形孔洞中心之间的距离为l₁，卡槽K₂和K₃中间矩形孔洞中心之间的距离为l₂，卡槽K₃和K₄中间矩形孔洞中心之间的距离为l₃，卡槽K₄和K₅中间矩形孔洞中心之间的距离为l₄，卡槽K₅和K₆中间矩形孔洞中心之间的距离为l₅，d₀、l₁、l₂、l₃、l₄和l₅的单位均为毫米；经计算可知，图像中卡槽K₁和K₂中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₂和K₃中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₃和K₄中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₄和K₅中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₅和K₆中间矩形孔洞中心之间的距离l₁′、l₂′、l₃′、l₄′、l₅′的单位均为像素，且按四舍五入法对l₁′、l₂′、l₃′、l₄′、l₅′取整，设图像中卡槽K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆中间矩形孔洞中心点的横坐标从左到右分别为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，单位均为像素，则 $x_1=-\frac{l_3^{\&prime;}}{2}-l_2^{\&prime;}-l_1^{\&prime;},x_2=-\frac{l_3^{\&prime;}}{2}-l_2^{\&prime;},x_3=-\frac{l_3^{\&prime;}}{2},x_4=\frac{l_3^{\&prime;}}{2},$ $x_5=\frac{l_3^{\&prime;}}{2}+l_4^{\&prime;},x_6=\frac{l_3^{\&prime;}}{2}+l_4^{\&prime;}+l_5^{\&prime;};$

(2)通过模板匹配法确定笔记本电池应当安放的位置

在机械手J₁安放电池之前，扭转台上方的CCD摄像头都会对扭转台拍摄图像，对图像进行处理，将计算结果依然分别存储在数组F₂[f]中，其中f为整数，f＝-199，-198，L0，1，2，L，198，199依次取值，当f满足下述条件：F₂[f+2]-F₂[f]≥15且F₂[f+2]≥25且F₂[f]≤5，则表明已经检测到图像的第一个上升边沿坐标，停止给f赋值，用变量E记录当前的横坐标f，并令E＝f，当f取遍所有值后都不满足下述条件：F₂[f+2]-F₂[f]≥15且F₂[f+2]≥25且F₂[f]≤5时，则将0存储到变量E中，即E＝0，将E分别与x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆进行比较，若其中ε为误差阈值，且ε＝3，则表明卡槽K₁未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池放入卡槽K₁；若则表明卡槽K₂未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池放入卡槽K₂；若则表明卡槽K₃未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池先旋转180度，再放入卡槽K₃；若则表明卡槽K₄未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池先旋转180度，再放入卡槽K₄；若则表明卡槽K₅未放置电池，此时PLC控制机械手将吸取的电池放入卡槽K₅；若则表明卡槽K₆未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池放入卡槽K₆；若E＝0，则表明6个卡槽都已放上电池，执行下一步；

所述正负极依次对接扭转模块(348)用于：将笔记本电池正负极依次对接排列

通过扭转机构，将笔记本电池正负极依次对接排列

当6个卡槽均已放置电池后，PLC控制扭转台上的扭转机构，使K₁，K₂绕Z₁轴逆时针旋转180度，同时使K₅，K₆绕Z₂轴逆时针旋转180度，此时，机械手J₂将扭转后的六节笔记本电池抓取后放置到工装台V上的笔记本电池盒内。

Claims (10)

1.一种用于笔记本电池自动装盒的视觉检测和控制系统，其特征在于：

该系统包括：CCD摄像头C₂(1)、CCD摄像头C₁(2)、PLC可编程控制器(3)、机械手J₁(4)、机械手J₂(5)，扭转台(6)和电源(7)；PLC可编程控制器(3)的CPU(32)通过总线(31)与CCD摄像头C₂(1)及CCD摄像头C₁(2)相连，并通过I/O口(33)与机械手J₁(4)，机械手J₂(5)和扭转台(6)相连，电源(7)通过电源线分别为CCD摄像头C₂(1)、CCD摄像头C₁(2)、PLC可编程控制器(3)、机械手J₁(4)、机械手J₂(5)、扭转台(6)供电，生产线和扭转台平行设置，CCD摄像头C₁(2)安装在生产线工位A上方，CCD摄像头C₂(1)安装在扭转台(6)正上方，在扭转台(6)上设有六个电池卡槽K₁，K₂，K₃，K₄，K₅，K₆，并在每个电池卡槽中心底部开设矩形孔洞，在每一卡槽下方分别放置朝上照射的白色可见光源，在电池卡槽K₃左下角垂直水平方向设置一旋转轴Z₁，在K₄右上角垂直水平方向设置一旋转轴Z₂，使得K₁，K₂可绕Z₁逆时针旋转180度，K₅，K₆可绕Z₂逆时针旋转180度，机械手J₁(4)和机械手J₂(5)末端都带有磁性吸盘。

2.根据权利要求1所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

所述机械手J₁(4)负责将电池从生产线上抓取后并放到扭转台上的卡槽内；

所述机械手J₂(5)负责将扭转后的电池抓取后放置到电池盒内；

所述CCD摄像头C₁(2)负责生产线上笔记本电池图像的采集；

所述CCD摄像头C₂(1)负责扭转台(6)上6个卡槽及其中心白色可见光图像的采集。

3.根据权利要求1所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

所述PLC可编程控制器的内存(34)中的软件模块主要包括：

用于检测笔记本电池图像边缘的检测模块(341)；

用于计算笔记本电池柱体轴线角的第一计算模块(342)；

用于计算笔记本电池中心坐标的第二计算模块(343)；

用于确认笔记本电池正负极的确认模块(344)；

用于计算在初始坐标系中笔记本电池中心坐标的第三计算模块(345)；

用于对图像进行去噪处理和连通性处理的处理模块(346)；

用于确定电池安放位置的辨识模块(347)；

用于通过扭转机构将电池正负极依次对接的扭转模块(348)。

4.根据权利要求1所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

检测模块(341)通过一种改进的Roberts边缘算法检测笔记本电池图像的边缘；

柱体轴线角计算模块(342)通过Hough变换计算笔记本电池柱体轴线的极角θ；

中心坐标值计算模块(343)分别用于：坐标转换和计算笔记本电池中心点坐标；

电池正负极辨识模块(344)通过比较所求横坐标值确定笔记本电池正极和负极的位置；

初始坐标系中中心坐标值计算模块(345)通过给定公式计算在新坐标系下的横、纵坐标值；

图像去噪和连通性处理模块处理模块(346)通过二值化处理法、遍历算法、水平投影法对图像进行噪声去除和连通性处理；

电池正负极辨识模块(347)通过模板匹配法确定笔记本电池应当安放的位置；

扭转模块(348)通过扭转机构，将笔记本电池正负极依次对接排列。

5.根据权利要求1所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

拍摄图像边缘检测模块(341)用于：通过一种改进的Roberts边缘算法检测笔记本电池图像的边缘，包括以下步骤：

首先，以CCD摄像头C₁拍摄的图像的左下点为原点O₁建立直角坐标系iO₁j，采用3×3的检测窗口遍历整张图像，在8连通像素邻域内，分别计算水平方向，垂直方向，135度方向和45度方向上的梯度值，其中，水平方向上的梯度值为：P₀[i,j]＝|I₁[i-1,j]-I₁[i+1,j]|，垂直方向上的梯度值为：P₉₀[i,j]＝|I₁[i,j-1]-I₁[i,j+1]|，135度方向上的梯度值为：P₁₃₅[i,j]＝|2×(I₁[i-1,j-1]-I₁[i+1,j+1])|，45度方向上的梯度值为：P₄₅[i,j]＝|2×(I₁[i+1,j-1]-I₁[i-1,j+1])|，式中I₁[i,j]代表采集的原始图像中第i行、第j列像素的灰度值，i＝0，1，2，L，398，或399，j＝0，1，2，L，298，或299，

其次，计算8连通像素邻域内总的梯度值M[i,j]，M[i,j]＝P₀[i,j]+P₉₀[i,j]+P₁₃₅[i,j]+P₄₅[i,j]，并将其与设定的阈值进行比较，得到二值化后边缘图像的灰度值C[i,j]， $C\&lsqb;i,j\&rsqb;=\left\{\begin{array}{c}1,M\&lsqb;i,j\&rsqb;>\mathrm{\&tau;}\\ 0,M\&lsqb;i,j\&rsqb;\&le;\mathrm{\&tau;}\end{array}\right.,$ 其中，τ为边缘点的选取阈值，且τ＝6。

6.根据权利要求5所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

柱体轴线角计算模块(342)通过Hough变换计算笔记本电池柱体轴线的极角θ，包括以下步骤：

首先，将以O₁为原点的直角坐标系转变为以O₁为原点的极坐标系，设ρ为极径，α为极角，ρ和α均为自然数，ρ等于0，1，…，498，或499，α等于0，1，…，178，或179，分别在其最大值和最小值之间建立一个离散的参数空间；

其次，建立一个二维数组的累加器N[ρ][α]，并置数组中每个元素为0；

然后，对边缘图像C[i,j]上的每一边缘点，即边缘图像灰度值为1的像素点，作Hough变换，计算出该点在极坐标系上的对应曲线，并在相应的累加器上加1，即N[ρ][α]＝N[ρ][α]+1，

最后，找出对应(x,y)坐标系上共线点的累加器的局部极大值，这个值提供了(x,y)坐标平面上共线点直线的参数(ρ₀,α₀)，α₀即为共线点最多的直线的极角，因为电池两根棱线HR和GP的长度最长，因此，共线点最多的线段必定是HR或GP中的一条，又因为HR和GP平行，又跟电池柱体轴线L₁L₂平行，因此，电池柱体轴线L₁L₂的极角θ＝α₀。

7.根据权利要求6所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

中心坐标值计算模块(343)分别用于：坐标转换和计算笔记本电池中心点坐标，具体步骤如下：

(1)坐标转换：

将原始坐标系iO₁j中的任一点坐标[i,j]转换到新的坐标系中i′O₁j′，并计算其新的坐标值[i′,j′]，具体计算公式如下：

首先，当时，将原始坐标系iO₁j绕点O₁逆时针旋转角度建立新的以O₁为原点的直角坐标系i′O₁j′，

则， $\left\{\begin{array}{c}{i}^{\&prime;}=\sqrt{i^2+j^2}cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\\ j^{\&prime;}=\sqrt{i^2+j^2}\sin (\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\end{array}\right.,$

其中，i′，j′分别为坐标系i′O₁j′中点的横、纵坐标值，且i′，j′为整数，i′＝-399，-398，L0，1，2，L，398，或399，j′＝-299，-298，L，0，1，2，L，298，或299，且点的横坐标i等于0时，当点的横坐标i不等于0时， $\mathrm{\&beta;}={\arctan }^{-1}\frac{j}{i},$

当时，将原始坐标系iO₁j绕点O₁逆时针旋转角度建立新的以O₁为原点的直角坐标系i′O₁j′，

则， $\left\{\begin{array}{c}{i}^{\&prime;}=\sqrt{i^2+j^2}cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\\ j^{\&prime;}=\sqrt{i^2+j^2}\sin (\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\end{array}\right.,$

(2)计算工位A处笔记本电池中心点坐标

首先，在原始坐标系iO₁j中，对采集的图像进行阈值分割并二值化处理，得到二值化图像的灰度值B₁[i,j]，I₁[i,j]为采集的原始图像的灰度值，T为障碍物和背景的二值化分割阈值，T＝210，I₁[i,j]代表采集的原始图像中第i行、第j列像素的灰度值，i＝0，1，2，L，398，或399，j＝0，1，2，L，298，或299，并将坐标系中二值化没处理到的点全部置为0，

接着，将二值化后图像的灰度值B₁[i,j]，在坐标系i′O₁j′中分别向i′轴和j′轴上投影，确定电池中心点在i′轴和j′轴上的坐标J_x′和J_y′，具体步骤如下：

1)将二值化后图像的灰度值B₁[i,j]向i′轴上投影，计算与j′轴平行的每一列上所有像素的灰度值之和，将计算结果分别存储在数组F₁[f]中，当时， $F_1\&lsqb;f\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=-r_1}{\overset{0}{\&Sigma;}}{B}_1\&lsqb;f,i^{\&prime;}\&rsqb;,$ 其中 $r_1=400\&times;cos(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}-\mathrm{\&theta;}),$ m₁＝300×cosθ，n₁＝300×cosθ，且r₁、m₁、n₁分别采用四舍五入法取整数值，f从-m₁依次取值到n₁；当 $\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&le;\mathrm{\&theta;}<\mathrm{\&pi;}$ 时， $F_1\&lsqb;f\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=-m}{\overset{n}{\&Sigma;}}{B}_1\&lsqb;f,i^{\&prime;}\&rsqb;,$ 其中 $r_1=500\&times;cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}),$ m₁＝400×cos(π-θ)，且r₁、m₁、n₁分别采用四舍五入法取整数值，f从0依次取值到r₁；

2)将二值化后图像的灰度值B₁[i,j]向j′轴上投影，计算与i′轴平行的每一行上所有像素的灰度值之和，将计算结果分别存储在数组H₁[h]中，当时， $H_1\&lsqb;h\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=-m_2}{\overset{n_2}{\&Sigma;}}{B}_1(i^{\&prime;},h),$ 其中 $r_2=500\&times;cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}),m_2=400\&times;cos(\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}-\mathrm{\&theta;}),$ n₂＝300×cosθ，且r₂、m、n分别采用四舍五入法取整数值，h从0依次取值到r₂；当 $\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&le;\mathrm{\&theta;}<\mathrm{\&pi;}$ 时， $H_1\&lsqb;k\&rsqb;=\underset{i^{\&prime;}=0}{\overset{r_2}{\&Sigma;}}{B}_1(i^{\&prime;},h),$ 其中 $r_2=500\&times;cos(\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}),$ m₂＝400×cos(π-θ)，且r₂、m₂、n₂分别采用四舍五入法取整数值，h从-m₂依次取值到n₂，

3)在坐标系i′O₁j′中，采用两端检测方法，确定笔记本电池在i′轴方向上的左、右边界的横坐标值，并将结果存储在变量J′_L、J′_R中，同时将在j′轴方向上确定的上、下边界的纵坐标值存储在变量K′_U和K′_D中，具体步骤如下：

a)f按照f＝-400，-399，L，0，1，2，399，400依次取值，当f满足下述条件时：F₁[f+2]-F₁[f]≥15且F₁[f+2]≥25且F₁[f]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的左边界，用变量J′_L记录当前的横坐标f，并令J′_L＝f，继续给f赋值，当f满足下述条件：F₁[f]-F₁[f+2]≥15且F₁[f]≥25且F₁[f+2]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的右边界，用变量J′_R记录当前的横坐标f，并令J′_R＝f，

b)h按照h＝-300，-299，L0，1，2，L299，300依次取值，当h满足下述条件：H₁[h+2]-H₁[h]≥15且H₁[h+2]≥25且H₁[h]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的下边界，用变量K′_D记录当前的横坐标h，并令K′_D＝h，继续给h赋值，当h满足下述条件：H₁[h]-H₁[h+2]≥15且H₁[h]≥25且H₁[h+2]≤5，则表明已经检测到笔记本电池的上边界，用变量K′_U记录当前的横坐标h，并令K′_U＝h，

c)计算笔记本电池中心点的横坐标C″_i和纵坐标C″_j，C″_i＝(J′_L+J′_R)/2，C″_j＝(K′_U+K′_D)/2。

8.根据权利要求7所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

电池正负极辨识模块(344)用于：确定笔记本电池正极和负极的位置

(1)确定笔记本电池正极和负极的位置

若F[J′_L]>F[J′_R]，则笔记本电池负极在坐标系i′O₁j′中横坐标值为J′_L，正极横坐标值为J′_R；若F[J′_L]<F[J′_R]，则笔记本电池正极在坐标系i′O₁j′中横坐标值为J′_L，负极横坐标值为J′_R。

9.根据权利要求7或8所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

初始坐标系中中心坐标值计算模块(345)用于：计算在iO₁j坐标系下的横、纵坐标值

(1)根据笔记本电池中心点在坐标系i′O₁j′下的横、纵坐标值，计算在iO₁j坐标系下的横、纵坐标值，计算公式如下：

当 $0\&le;\mathrm{\&theta;}<\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}$ 时，则 $\left\{\begin{array}{c}{C}_i=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\cos ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\\ C_j=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\sin ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}+\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\end{array}\right.$

当 $\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}\&le;\mathrm{\&theta;}<\mathrm{\&pi;}$ 时，则 $\left\{\begin{array}{c}{C}_i=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\cos ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\\ C_j=\sqrt{{C_{i^{\&prime;}}}^2+{C_{j^{\&prime;}}}^2}\sin ({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}+\mathrm{\&theta;}-\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\end{array}\right.$

其中，C_i′和C_j′分别为在新直角坐标系i′O₁j′中确定的笔记本电池中心点的横、纵坐标值，当横坐标C_i′等于0时，当横坐标C_i′不等于0时， ${\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}={\arctan }^{-1}\frac{C_{j^{\&prime;}}}{C_{i^{\&prime;}}},$

(2)控制机械手抓取笔记本电池

首先，PLC控制机械手到指定坐标位置，即笔记本电池中心位置C(C_i,C_j)，并控制磁性吸盘X₁的棱长最长的一条边MN与扭转台(6)水平中心线ST垂直，MN与L₁L₂平行，当时，PLC控制机械手逆时针旋转θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘上电抓取电池并上升10厘米，此时，若F[J′_L]>F[J′_R]，则控制机械手顺时针旋转θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上，若F[J′_L]<F[J′_R]，则控制机械手逆时针旋转π-θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上；当时，控制机械手顺时针旋转π-θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘上电抓取电池并上升10厘米，此时，若F[J′_L]>F[J′_R]，则控制机械手逆时针旋转π-θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上，若F[J′_L]<F[J′_R]，则控制机械手顺时针旋转θ角度并下降10厘米，然后磁性吸盘断电将笔记本电池放到扭转台上。

10.根据权利要求1所述视觉检测和控制系统，其特征在于：

图像去噪和连通性处理模块(346)分别用于：对图像进行二值化处理和对图像进行噪声去除和连通性处理

(1)对图像进行二值化处理

用CCD摄像头C₂拍摄扭转台(6)上六个卡槽的图像，以CCD摄像头C₂拍摄的图像的中心点O₂为原点建立直角坐标系，对拍摄的图像进行阈值分割并二值化处理，得到二值化图像的灰度值B₂[i,j]，I₂[i,j]为CCD摄像头C₂采集图像的第i行，第j列像素的灰度值，T₂为从卡槽中心矩形孔洞发出的白色可见光和背景的二值化分割阈值，T₂＝200，i，j均为整数，且i＝-199，-198，L，0，1，2，L，198，或199，j＝-149，-148，L，0，1，2，L，148，或149，

(2)对图像进行噪声去除和连通性处理

首先，将图像四周边缘上像素点的灰度值置为0，再采用3×3的检测窗口遍历整幅图像，令检测窗口中心点的灰度值为B₂[i,j]，中心点周围8个邻域点的灰度值从左上角以顺时针方向分别为B₂[i-1,j+1]、B₂[i,j+1]、B₂[i+1,j+1]、B₂[i+1,j]、B₂[i+1,j-1]、B₂[i,j-1]、B₂[i-1,j-1]、B₂[i-1,j]，

让3×3的检测窗口依次遍历整幅图像，计算窗口覆盖下的像素的灰度值，如果

B₂[i,j]+B₂[i-1,j+1]+B₂[i,j+1]+B₂[i+1,j+1]+B₂[i+1,j]+B₂[i+1,j-1]+B₂[i,j-1]+B₂[i-1,j-1]+B₂[i-1,j]≤3，则令B₂[i,j]＝1，否则，令B₂[i,j]＝0，

其次，对去除噪声后的图像进行水平投影

将去除噪声后的图像每一列上的像素的灰度值进行相加，将计算结果分别存储在数组F₂[f]中，其中f为整数，f＝-199，-198，L，0，1，2，L，198，199，

电池安放位置辨识模块(347)分别用于：计算图像中笔记本电池中心点横坐标和确定笔记本电池应当安放的位置

(1)计算图像中笔记本电池中心点横坐标

f按照f＝-199，-198，L0，1，2，L，198，199依次取值，当f满足下述条件：F₂[f+2]-F₂[f]≥15且F₂[f+2]≥25且F₂[f]≤5，则表明已经检测到图像的第一次上升边沿坐标，用变量G记录当前的横坐标f，并令G＝f，继续给f赋值，当f满足下述条件：F₂[f]-F₂[f+2]≥15且F₂[f]≥25且F₂[f+2]≤5，则表明已经检测到图像的第一次下降边沿坐标，停止给f赋值，用变量G′记录当前的横坐标f，并令G′＝f，则笔记本电池矩形卡槽K₄中间矩形孔洞在图像中宽度值d₀′＝G′-G，单位为像素，利用直尺直接测量笔记本电池矩形卡槽中间矩形孔洞宽度为d₀，卡槽K₁和K₂中间矩形孔洞中心之间的距离为l₁，卡槽K₂和K₃中间矩形孔洞中心之间的距离为l₂，卡槽K₃和K₄中间矩形孔洞中心之间的距离为l₃，卡槽K₄和K₅中间矩形孔洞中心之间的距离为l₄，卡槽K₅和K₆中间矩形孔洞中心之间的距离为l₅，d₀、l₁、l₂、l₃、l₄和l₅的单位均为毫米；经计算可知，图像中卡槽K₁和K₂中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₂和K₃中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₃和K₄中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₄和K₅中间矩形孔洞中心之间的距离卡槽K₅和K₆中间矩形孔洞中心之间的距离l₁′、l₂′、l₃′、l₄′、l₅′的单位均为像素，且按四舍五入法对l₁′、l₂′、l₃′、l₄′、l₅′取整，设图像中卡槽K₁、K₂、K₃、K₄、K₅、K₆中间矩形孔洞中心点的横坐标从左到右分别为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，单位均为像素，则 $x_1=-\frac{l_3^{\&prime;}}{2}-l_2^{\&prime;}-l_1^{\&prime;},x_2=-\frac{l_3^{\&prime;}}{2}-l_2^{\&prime;},x_3=-\frac{l_3^{\&prime;}}{2},x_4=\frac{l_3^{\&prime;}}{2},$ $x_5=\frac{l_3^{\&prime;}}{2}+l_4^{\&prime;},x_6=\frac{l_3^{\&prime;}}{2}+l_4^{\&prime;}+l_5^{\&prime;};$

(2)通过模板匹配法确定笔记本电池应当安放的位置

在机械手J₁安放电池之前，扭转台上方的CCD摄像头都会对扭转台拍摄图像，对图像进行处理，将计算结果依然分别存储在数组F₂[f]中，其中f为整数，f＝-199，-198，L0，1，2，L，198，199依次取值，当f满足下述条件：F₂[f+2]-F₂[f]≥15且F₂[f+2]≥25且F₂[f]≤5，则表明已经检测到图像的第一个上升边沿坐标，停止给f赋值，用变量E记录当前的横坐标f，并令E＝f，当f取遍所有值后都不满足下述条件：F₂[f+2]-F₂[f]≥15且F₂[f+2]≥25且F₂[f]≤5时，则将0存储到变量E中，即E＝0，将E分别与x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆进行比较，若其中ε为误差阈值，且ε＝3，则表明卡槽K₁未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池放入卡槽K₁；若则表明卡槽K₂未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池放入卡槽K₂；若则表明卡槽K₃未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池先旋转180度，再放入卡槽K₃；若则表明卡槽K₄未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池先旋转180度，再放入卡槽K₄；若则表明卡槽K₅未放置电池，此时PLC控制机械手将吸取的电池放入卡槽K₅；若则表明卡槽K₆未放置电池，此时PLC控制机械手J₁将吸取的电池放入卡槽K₆；若E＝0，则表明6个卡槽都已放上电池，执行下一步；

正负极依次对接扭转模块(348)用于：将笔记本电池正负极依次对接排列

通过扭转机构，将笔记本电池正负极依次对接排列

当6个卡槽均已放置电池后，PLC控制扭转台上的扭转机构，使K₁，K₂绕Z₁轴逆时针旋转180度，同时使K₅，K₆绕Z₂轴逆时针旋转180度，此时，机械手J₂将扭转后的六节笔记本电池抓取后放置到工装台V上的笔记本电池盒内。