CN104713882B - 竹丝或竹片正反面辨识方法及其装置 - Google Patents
竹丝或竹片正反面辨识方法及其装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种竹丝或竹片正反面辨识方法及其装置。根据竹片或竹丝一面平整，另一面呈弧形或有凹槽的特点，用一字线激光以小角度倾斜照射竹丝同一位置的正反面或竹片的某一面，并使激光的一字线沿竹丝或竹片的横向，如果照射的一面平整，激光将在其上形成一直线形光斑，而当照射的一面呈弧形或有凹槽时，激光在其上的光斑图案为曲线，用数字图像处理方法分析光斑的形状特征即可辨识出竹片或竹丝的正反面。针对现有竹丝及竹片正反面辨识方法适应范围窄、抗干扰能力差、可靠性不高的问题，本发明可为竹凉席或麻将席自动化生产提供一种适应范围广、抗干扰能力强、准确度高的正反面辨识方法及其装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种片状物体正反面的识别方法，尤其涉及到一种凉席竹丝或竹片正反面辨识方法与装置。
背景技术
竹凉席加工工艺中，竹丝的编织一般由工人将竹丝从一捆中一根一根抽出，判断正反面后送入编织机中进行编织。竹丝宽度长短不一，其正面一般光滑平整，两边缘呈直角状，其反面的边缘一般呈弧形，有些竹丝反面还带有凹槽。为实现竹凉席编织的全自动化，首先要解决的问题是快速准确地识别竹丝正反面。为解决这个问题，中国专利号为ZL201110156062，名称为一种辨识竹丝正反面接触式光电传感器的发明专利提出了一种通过多组光电传感器来快速判断竹丝正反面的方法。这种光电传感器的基本原理是：传感器机械结构与竹丝反面中心凹槽构成光通道，红外光经过该光通道传播至红外光敏三极管，通过检测三极管的c-e极电流可测得红外线的光通量，进而识别出竹丝的正反两面。这种光电传感器只适用于竹丝背面中间有凹槽的情况，如果竹丝背面无凹槽，或凹槽特征不明显，则用这种传感器很难对正反面判断准确，还有，在检测过程中竹丝必须紧贴传感器，否则将产生判断失误。专利号为ZL 201220179069，名称为非接触式竹丝正反面辨识系统的实用新型专利提出了一种非接触式的竹丝正反面辨识系统，也主要针对背面有凹槽的竹丝进行辨别。这种非接触式辨识系统的原理是：用线状LED 灯以一定角度沿竹丝纵向照亮竹丝表面，LED灯照在竹丝背面时，在凹槽部分将形成暗条纹，据此暗条纹可判断竹丝正反面。这种辨识系统的主要缺点也是只能对背面有凹槽的竹丝进行辨识，对仅仅边缘呈弧形的背面或有其他特征的背面则难以判断，而且这种辨识系统易受外界光的干扰。
在麻将席竹片的钻孔、插花加工工序中，竹片的青面具有一定弧度，其黄面平整。为保证不被插花损坏青面，钻孔时不烂片，在钻孔、插花加工工序中，必须保证竹片的青面朝上，因此，在该工序中一般为人工送料。采用自动送料装置的，一种方法是在振动盘上利用竹片青面具有一定弧度，其黄面平整的特性，使竹片在运动中进行自动翻边，如专利号为ZL03226905.6，发明名称为凉席竹块自动翻面机用翻面盘的实用新型专利即采用该种方法，在实际工作中，由于各竹片的差异，其翻面可靠性不高，不能满足生产的需要。
利用竹片青面具有一定弧度，黄面平整的特性，可用机械装置进行辨识。专利号为ZL200420069277.1，发明名称为麻将席竹片自动送料机构中的翻面识别装置的实用新型专利通过衣叉形感应舌的机械装置来检测竹片弧面高度差，其信号经放大后可辨识竹片青面与黄面。专利号为200420069233.9，发明名称为麻将席竹片自动送料装置中的翻边器的实用新型专利所用的辨识方法与前一专利类似，所不同之处在于用凹槽代替衣叉形感应舌。专利号为ZL02276807.6，发明名称为竹块翻面装置的实用新型专利提出了另一种机械辨识方法。该方法是利用在压紧钢丝的压力作用下青面朝下的竹块将翘起，而黄面朝下的竹块不会翘起的特性进行辨识。这几种方法都是机械接触式的，接触部位容易磨损，而且接触感应部件在长时间工作时若产生力学变形将容易产生误判。
还有一种机械式方法是利用竹青面和竹黄面硬度不同，如专利号为ZL201020534603.7，发明名称为竹片翻面识别装置的实用新型专利，对正反面的辨识方法是采用针去刺竹片，能刺入者为竹黄，不能刺入者为竹青。此种方法对针的要求很高，而且此种方法不能适用于老竹、新竹等硬度不同的竹片。
另一类方法是根据竹青和竹黄颜色不同或反光率不同进行辨识。专利号为ZL200620050058.8，发明名称为竹块翻面信号检测控制电路的实用新型专利即根据竹青竹黄颜色不同进行正反面辨识。专利号为ZL200620050134.5，发明名称为全自动麻将席竹片选片机的实用新型专利的辨识方法是设置光电发射与接收装置，竹片经过时，光电发射与接收装置向竹片发射光，并接收反射光，由于竹片的青面和黄面吸光率大不相同，据此可判断正反面。专利号为ZL200420035943.X，发明名称为竹片自动翻面机的实用新型专利的辨识方法与上一专利类似。在实际应用中，这两种方法对老竹生产的竹片和碳化后的竹片分辨率较差，其辨识的可靠性不高。
还有一种方法如专利号为ZL201210546996.7，发明名称为凉席用竹片的翻面方法及装置的发明专利所示，是利用竹片的青面与黄面的比重不同，将竹片放置于比重大于竹片的液体中，竹片在浮力作用下上浮、翻转，使浮在液体表面的竹片的黄面朝上，青面朝下。这种方法的主要缺点是在辨识时竹片会粘上液体，导致加工不便，若液体比较昂贵还会增加辨识所需费用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有竹丝及竹片正反面辨识方法适应范围窄、抗干扰能力差、可靠性不高的问题，为竹凉席和麻将席自动化生产提供一种适应范围广、抗干扰能力强、准确度高的正反面辨识方法及其装置。
一种竹丝或竹片正反面辨识方法：根据竹丝或竹片一面平整，另一面呈弧形或有凹槽的特点，用一字线激光以小角度倾斜照射竹丝同一位置的正反面或竹片的某一面，并使激光的一字线沿竹丝或竹片的横向，如果照射的一面平整，激光将在其上形成一直线形光斑，而当照射的一面呈弧形或有凹槽时，激光在其上的光斑图案为曲线，用数字图像处理方法分析光斑的形状特征即可辨识出竹丝或竹片的正反面。
一种竹丝正反面辨识装置，作用于正面平整光滑，而反面两侧呈弧形或有凹槽等其他形状的竹丝6的正反面辨识，包括一字线激光器1、图像采集装置2、图像处理与逻辑判断单元3、竹丝定位与传送装置4和框架Ⅰ5，竹丝6从竹丝定位与传送装置4中穿过，竹丝定位与传送装置4通过轴承等转动机构与框架Ⅰ5连接，一字线激光器1和图像采集装置2固定在框架Ⅰ5上；
所述竹丝传送与定位装置4包括上漏斗4-1、下漏斗4-2、传动滚轮4-3及框架Ⅱ14，所述上漏斗4-1位于框架Ⅰ5的上方；下漏斗4-2靠近框架Ⅰ5的下部，且位于传动滚轮4-3的上方；上漏斗4-1、下漏斗4-2及传动滚轮4-3通过框架Ⅱ14连接起来；云台或圆盘形齿轮11位于传动滚轮4-3的下方，并固连在框架Ⅱ14上；步进电机10位于框架Ⅰ5的下方，与云台或圆盘形齿轮11连接；
云台或圆盘形齿轮11与下轴承13连接；
上轴承12位于框架Ⅰ5的上方，下轴承13位于框架Ⅰ5的下方。
所述上漏斗4-1和下漏斗4-2是竹丝的定位部件，中心设有小孔，其长宽略大于竹丝的长宽，这样让竹丝通过又保持竹丝位置基本固定，使竹丝始终处于预定的激光照射及拍照区域。
所述传动滚轮4-3可带动竹丝6移动，其由步进电机10带动。
所述竹丝传送与定位装置4可绕上轴承轴线旋转，云台或圆盘形齿轮11可绕下轴承轴线旋转，云台或圆盘形齿轮11在传动滚轮4-3的下方，由步进电机10带动旋转。
所述竹丝定位与传送装置4可由步进电机10带动旋转，因而具有翻面功能，在辨识完竹丝正反面后可执行翻面动作以达到统一正反面功能。
辨识时，竹丝定位与传送装置4将竹丝送入预定的激光照射及拍照区域，只要竹丝处于预定区域之中，竹丝可以处于运动状态或静止状态，辨识完后，竹丝定位与传送装置4执行翻面动作后或者直接将竹丝送出。
所述一字线激光器1可以为一对或多对，每一对均位于框架Ⅰ5上端，每一对一字线激光器发出的激光一字线沿竹丝的横向，分别照射于竹丝同一纵向位置的正反面，在保证激光光斑处于图像采集装置2视场范围内的条件下角越小越好，角为锐角。
.所述图像采集装置2为一对，固定在框架Ⅰ5上，位于竹丝6两侧边，靠近框架Ⅰ5下端，图像采集装置分别对准竹丝正面和反面的激光光斑；图像采集装置将采集的激光光斑图像通过有线或无线方式传给图像处理与逻辑判断单元3；为增加图像的清晰度并提高系统对环境光的抗干扰力，所述图像采集装置2镜头前可加一光学衰减片。
所述图像处理与逻辑判断单元3用数字图像处理方法对激光光斑进行处理，根据激光光斑的几何特征进行分析，作出正反面判断。图像处理与逻辑判断单元3首先对原始图像进行复原和增强，然后对图像进行分割，提取出光斑边缘和光斑区域，最后根据预先选定的几何特征计算出各图像的特征值，并根据特征值进行比较和判断。
所述图像处理与逻辑判断单元3根据需要可对步进电机10发出指令，使步进电机10带动云台或圆盘形齿轮11转动180度。
为保证每次翻面到位并消除步进电机的累积误差，在框架Ⅰ5上可设置一个传感器，当竹丝传送与定位装置4转动180度后，传感器通知图像处理与逻辑判断单元3并由图像处理与逻辑判断单元3发出指令使步进电机停止转动。
一种竹丝正反面辨识方法，根据竹丝正面平整，反面呈弧形或有凹槽等其他形状标记的特点，用一字线激光倾斜照射竹丝的正反面，一字线激光束与竹丝的纵向成一锐角，在竹丝正面形成一直线形光斑，在反面形成曲线形光斑，用数字图像处理方法分析激光光斑的几何特征即辨识出竹丝的正反面，步骤如下：
1、竹丝传送与定位装置4将竹丝6限定在激光照射及拍照区域，
2、同一对一字线激光器1发出一字线激光照射于竹丝纵向同一位置的正反面，一字线激光束与竹丝纵向成同样大小的锐角，
3、图像采集装置2采集正反面激光光斑图像并传输给图像处理与逻辑判断单元3，
4、图像处理与逻辑判断单元用数字图像处理方法分别处理正反面激光光斑，比较光斑的几何特征并判断竹丝正反面。
一种竹片正反面辨识装置，包括一字线激光器1、图像采集装置2、图像处理与逻辑判断单元3、图像采集装置支撑架7和竹片定位与传送装置8。所述一字线激光器1和图像采集装置2由图像采集装置支撑架7固定，辨识时，竹片定位与传送装置8先将竹片9传送到预定的激光照射及拍照区域。所述一字线激光器1设置在竹片的斜上方，激光的一字线沿竹片横向照射，激光束与竹片的纵向成一锐角，在竹片上形成激光光斑。图像采集装置2处于竹片正上方，位置固定，其镜头对准竹片上的激光光斑。图像采集装置2所采集图像传给图像处理与逻辑判断单元3，由其对图像进行分析并作出正反面判断。
所述一字线激光器1发出的激光一字线沿竹片的横向，在保证激光光斑处于图像采集装置2视场范围内的条件下激光束与竹片纵向所成角度越小越好。
为增加图像的清晰度并提高系统对环境光的抗干扰力，所述图像采集装置2的镜头前可加一光学衰减片。
图像采集装置2对激光光斑拍照并送入图像处理与逻辑判断单元3进行图像处理和正反面判断，图像处理与逻辑判断单元3首先对原始图像进行复原和增强，然后对图像进行分割，提取出光斑边缘和光斑区域，最后根据预先选定的几何特征计算出各图像的特征值，并根据特征值进行比较和判断。
工作时，对竹片的辨识方法如下：
1、竹片传送与定位装置8将竹片9送入固定的辨识区域；
2、位置固定的一字线激光器1发出一字线激光照射于竹片朝上的面，激光的一字线沿竹片横向，激光束与竹片纵向成锐角；
3、图像采集装置2采集激光光斑图像并传输给图像处理与逻辑判断单元3；
4、图像处理与逻辑判断单元3用数字图像处理方法处理图像，提取光斑形状特征，竹片朝上的面凸起时，激光光斑的中心线向右凸出，竹片朝上的面平整时，光斑的中心线为一直线，据此光斑形状特征差异判断竹片正反面。
本发明的有益效果是：通过一字线激光倾斜照射于竹丝或竹片表面，竹丝或竹片表面的激光光斑在正反面将呈现不同的几何特征，通过图像处理方法得到光斑几何特征值的大小，从而进行正反面判断，这种方法适应范围广、抗干扰能力强、准确度高。
附图说明
图1是竹丝辨识系统示意图；
图2是竹片辨识系统示意图；
图3是竹丝辨识机械图；
图4-5是竹丝辨识装置机械剖面图。
具体实施方式
参见附图3-5，一字线激光器安装于框架Ⅰ5上，其功率在30mW 以下，激光波长为650nm ，激光光束与竹丝纵向所成角度为18度，激光照射于竹丝纵向同一位置的正反面，激光光斑位于图像采集装置的视场中心。图像采集装置的镜头前面装有衰减片，将激光光斑的强衰减到原来的3%左右。竹丝传送与定位装置由多个零部件组成，包括上漏斗4-1、下漏斗4-2、传动滚轮4-3及框架Ⅱ。上漏斗4-1和下漏斗4-2是竹丝的定位部件，两漏斗中心有小孔，其长宽略大于竹丝的长宽，这样即可让竹丝通过又可保持竹丝位置基本固定，使竹丝始终处于预定的激光照射及拍照区域。云台或圆盘形齿轮在传动滚轮的下方，与竹丝传送与定位装置固连，由步进电机带动旋转。
工作时，先将竹丝喂入竹丝传送与定位装置，使竹丝穿过上漏斗和下漏斗，达到传动滚轮处。随后竹丝将在传动滚轮的带动下以适当的速度向下运动。此时，一字线激光器照射于竹丝上，图像采集装置对激光光斑拍照并送入图像处理与逻辑判断单元进行图像处理和正反面判断。图像处理与逻辑判断单元首先对两幅原始图像进行复原和增强，然后对图像进行分割，提取出光斑边缘和光斑区域，最后根据预先选定的几何特征计算出各图像的特征值，并根据特征值进行比较和判断。比如选定图像光斑骨架像素的线性相关度为特征，若图像光斑的线性相关度较大，则说明光斑接近直线，此图像代表竹丝的正面，而线性相关度小的则为代表竹丝反面。
对于每根竹丝，可进行一次拍照判断正反面，也可多次拍照判断正反面以增加准确率。在拍照时，也可让滚轮停下来在竹丝处于静止状态再拍照。在判断正反面后，如果需要对竹丝进行翻面，图像处理与逻辑判断单元发出信号，让步进电机带动云台和竹丝传送与定位装置旋转180度。当前一竹丝送出后，可将下一根竹丝喂入开始新一轮辨识和翻面。
Claims (8)
1.一种竹丝或竹片正反面辨识方法，其特征在于，根据竹丝或竹片一面平整，另一面呈弧形或有凹槽形状标记的特点，用一字线激光以同样的小角度角倾斜照射竹丝同一位置的正反面或倾斜照射竹片的一面，使激光的一字线沿竹丝或竹片的横向，如果照射的一面平整，激光将在其上形成一直线形光斑，而当照射的一面呈弧形或有凹槽形状标记时，激光在其上的光斑图案为曲线，用数字图像处理方法分析光斑的形状特征即辨识出竹丝或竹片的正反面；
步骤如下：
1) 竹丝传送与定位装置（4）将竹丝（6）限定在激光照射及拍照区域，
2) 同一对一字线激光器（1）发出一字线激光照射于竹丝纵向同一位置的正反面，一字线激光束与竹丝纵向成同样大小的锐角，
3) 图像采集装置（2）采集正反面激光光斑图像并传输给图像处理与逻辑判断单元（3），
4) 图像处理与逻辑判断单元（3）分别处理正反面激光光斑图像，竹丝正面形成一直线形光斑，反面形成曲线形光斑，比较光斑的几何特征并判断竹丝正反面；
针对同一竹丝，图像采集装置（2）可多次拍照，同时，图像处理与逻辑判断单元（3）可做多次分析判断，以增强准确性。
2.一种竹丝正反面辨识装置，作用于正面平整光滑，而反面两侧呈弧形或有凹槽形状标记的竹丝（6）的正反面辨识，包括一字线激光器（1）、图像采集装置（2）、图像处理与逻辑判断单元（3）、竹丝定位与传送装置（4）和框架Ⅰ（5），其特征在于：竹丝（6）从竹丝定位与传送装置（4）中穿过，竹丝定位与传送装置（4）通过轴承等转动机构与框架Ⅰ（5）连接，一字线激光器（1）和图像采集装置（2）固定在框架Ⅰ（5）上；
辨识时，竹丝定位与传送装置（4）将竹丝（6）送入预定的激光照射及拍照区域，只要竹丝处于预定区域之中，竹丝可以处于运动状态或静止状态；
所述一字线激光器（1）成对，位于框架Ⅰ（5）上端，分别照射竹丝的正反面，同一对激光器发出的一字线激光束与竹丝的纵向均成同样大小的锐角，在竹丝的正反面上形成线状的激光光斑；
所述图像采集装置（2）为一对，靠近框架Ⅰ（5）下端，竹丝正反两侧各一个，其视场分别对准竹丝正面和反面的激光光斑，图像采集装置（2）将采集的激光光斑图像通过有线或无线方式传给图像处理与逻辑判断单元（3）；
所述图像处理与逻辑判断单元（3）激光光斑进行处理，根据激光光斑图像的几何特征进行数字图像处理和分析，作出正反面判断；
所述一字线激光器（1）可以为一对或多对，每一对均位于框架Ⅰ（5）上端，每一对一字线激光器发出的激光一字线沿竹丝的横向，分别照射于竹丝同一纵向位置的正反面，在保证激光光斑处于图像采集装置（2）视场范围内的条件下角越小越好。
3.根据权利要求2所述的一种竹丝正反面辨识装置，其特征在于，所述竹丝传送与定位装置（4）包括上漏斗（4-1）、下漏斗（4-2）、传动滚轮（4-3）及框架Ⅱ（14），所述上漏斗（4-1）位于框架Ⅰ（5）的上端；下漏斗（4-2）靠近框架Ⅰ（5）的下部，且位于传动滚轮（4-3）的上方；上漏斗（4-1）、下漏斗（4-2）及传动滚轮（4-3）通过框架Ⅱ（14）连接起来；云台或圆盘形齿轮(11)位于传动滚轮（4-3）的下方，并固连在框架Ⅱ（14）上；步进电机（10）位于框架Ⅰ（5）的下方，与云台或圆盘形齿轮（11）连接。
4.根据权利要求3所述的一种竹丝正反面辨识装置，其特征在于，所述云台或圆盘形齿轮（11）与固定在框架Ⅰ（5）下端的下轴承（13）连接。
5.根据权利要求2所述的一种竹丝正反面辨识装置，其特征在于，所述竹丝定位与传送装置（4）的上端与固定在框架Ⅰ（5）上端的上轴承（12）连接，下端固连在云台或圆盘形齿轮（11）上，可由步进电机（10）带动旋转，从而具有翻面功能，在辨识完正反面后可执行翻面动作以达到统一正反面功能。
6.根据权利要求2所述的竹丝正反面辨识装置，其特征在于，为增加图像的清晰度并提高系统对环境光的抗干扰力，所述图像采集装置（2）镜头前可加一光学衰减片。
7.根据权利要求2所述的一种竹丝正反面辨识装置，其特征在于，所述一字线激光器（1）发出的激光一字线沿竹片的横向，在保证激光光斑处于图像采集装置（2）视场范围内的条件下激光束与竹片纵向所成角度越小越好。
8.根据权利要求2所述的一种竹丝正反面辨识装置，其特征在于，为增加图像的清晰度并提高系统对环境光的抗干扰力，所述图像采集装置（2）镜头前可加一光学衰减片。
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