CN106327533B - 一种用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置 - Google Patents

一种用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于竹筷加工技术领域，公开了一种用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，包括图像采集装置、识别控制系统、翻转机构；所述图像采集装置与识别控制系统通过数字接口连接，用于采集包含竹筷粗端的端面的原始灰度图像；所述识别控制系统包括用于控制图像采集装置的摄像控制单元、用于识别青面/黄面的朝向的识别单元、用控制翻转机构的翻转控制单元。所述翻转机构包括翻转臂、和驱动翻转臂转动的翻转驱动电机；所述翻转驱动电机的控制器通过数字接口与识别控制系统连接。本发明以竹筷粗端端面为待刻面朝向识别基准面，判断竹筷的青面/黄面的朝向，再通过夹爪式翻转装置调整竹筷青面/黄面朝向，识别效率高，翻转操作简单。

Description

一种用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置
技术领域
本发明属于竹筷加工技术领域，涉及在实现竹筷全自动激光雕刻的过程中，如何青面/黄面朝向不定竹筷的朝向调整统一的技术。
背景技术
为装饰筷子或在筷子上加注商标，较为传统的方式是在筷子的粗端某一面或四面印刷标识或装饰图案，或者贴上带有标识或装饰图案的贴纸。但是，这种相对传统的方式印或贴在筷子上的标识或图案易于磨损或脱落。激光雕刻的方式与传统印贴方式相比则更为稳定。
常见家用竹制筷子一般由竹片材料切割成见方竹条再进一步加工而成，其其细端用于夹取，做磨尖处理，截面接近圆形，粗端用于手持，仅做倒棱处理，保留基本方形截面形状。在筷子粗端的四个面中，有两个相对的面分别对应竹材的青面和黄面。根据竹材的特点，青面纤维密集、颜色偏深、质地坚硬，黄面纤维稀疏、颜色浅淡、质地松软。因此在筷子粗端的四个面中，青面质地最硬，黄面质地最软，青面和黄面之外的两个侧面，其表面质地从靠近黄面的一侧到靠近青面的一侧由软到硬渐变。
通过激光雕刻的方式在竹筷上雕刻标识或图案，如果选取了青面和黄面之外的两个侧面，则因表面硬度变化，图案线条会存在深浅不一现像。因此采用激光雕刻的方式在竹筷上雕刻标识或图案时，应选取青面和/或黄面进行雕刻，其中优选质地最硬的青面。如选择单独一个面雕刻，应批量地保持在同一面上进行。
为实现竹筷激光雕刻自动化，需要满足两点：1、竹筷自动被传送致激光雕刻工位；2、被传送至激光雕刻工位的竹筷青面或者黄面正面朝向扫描器镜头。常见实现竹筷的批量自动传送的方法是，在传送机构后端设置下料斗，批量放置在下料斗内的筷子逐一从下料斗底部漏出口漏出，然后由漏出口下方的传送部件逐一向前传送。显然，以此方式传送的筷子，其四个面的朝向是随机的，为适应激光雕刻，需要在竹筷被传送至激光雕刻工位之前对竹筷四个面的朝向做出调整，统一使青面或黄面朝向激光雕刻机扫描器的镜头方向。要实现对筷子朝向的调整，关键在于实现筷子四个面的自动识别。
目前公开的青黄面识别方法是根据表面颜色深浅对比而做出的，首先系统中先预设一个代表颜色深浅度的门限值，该值经过大量实验数据得出，介于青面与黄面颜色之间。在筷子的四个面中，除青面以外的其余三个面，颜色深度均小于该值。这种方法可以实现大部分筷子的识别。但是，不同批次的竹材颜色深浅具有一定差异，单一门限值无法通用。
发明内容
本发明目的在于，针对现有技术上述情况，基于密度对比的新青黄面识别方法，提出一种集青黄面识别及朝向调整双重功能的调整装置。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，所述竹筷被等间距横向传送，包括图像采集装置、识别控制系统、翻转机构；
所述图像采集装置设置在被传送竹筷的粗端侧，图像采集装置取像镜头正对经过其前方的竹筷粗端的端面，图像采集装置与识别控制系统通过数字接口连接；
所述翻转机构包括前端设有用于夹持筷子的夹爪的翻转臂、和驱动翻转臂转动的翻转驱动电机，所述翻转臂的翻转轴心与被传送竹筷平行，所述翻转驱动电机的控制器通过数字接口与识别控制系统连接。
所述识别控制系统包括：
摄像控制单元，与图像采集装置通过数字接口连接，控制图像采集装置摄取包含竹筷粗端端面的原始灰度图像；
识别单元，以图像采集装置摄取的竹筷粗端端面为识别基准面，将识别基准面的四个边中满足条件A的一边的朝向识别为青面/黄面的朝向，所述条件A为：越靠近该边维管束密集度越高/越低；
翻转控制单元，与翻转驱动电机的控制器通过数字接口连接，以r=-Ri作为旋转角度输出给翻转驱动电机控制器，其中R为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角，i为翻转驱动电机和翻转臂之间的传动比。
进一步地，所述翻转臂的翻转轴心与图像采集装置取像镜头的取像中心之间的距离等于被传送筷子的间距整数倍。
进一步地，所述翻转壁后端与翻转驱动电机输出轴前端连接，所述夹爪包括夹指座和活动装配在夹指座上的两个夹指，所述夹指座与翻转臂前端固定。
进一步地，所述图像采集装置还包括一环形补光灯，所述环形补光灯在取像镜头与竹筷之间，靠近竹筷设置，所述环形补光灯包括环形灯座和沿圆周均匀布置在环形灯座内侧的多个光源。
进一步地，所述环形补光灯中心与取像中心同心。
进一步地，所述识别单元包括图像处理器和运算比较器。
所述图像处理器从图像采集装置摄取的原始灰度图像P1中，以竹筷端面轮廓为界截取竹筷端面图像P2作为判断基准图像，并在基准图像P2中划定四个分别对应基准图像四个边Side1- Side4的识别区域Region1- Region4。
所述运算比较器对比四个识别区域Region1- Region4的维管束密集度，计算密集度最高/最低的区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
具体地，作为选择，运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内灰度平均值，以灰度平均值的小和大表示该区域维管束密集度的高和低。
作为选择，运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内各像素灰度值之和，以灰度值总和的小和大表示该区域维管束密集度的高和低。
进一步地，所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1转换为二值图像P1’；运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内黑色像素数量，以黑色像素数量的多和少表示该区域维管束密集度的高和低。
作为改进，图像采集装置镜头的取像中心正对竹筷端面中心。
所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1的上半部、下半部、左半部、右半部划定为分别对应上、下、左、右四个边的四个识别区域Region1- Region4。
所述运算比较器对比四个识别区域Region1- Region4的维管束密集度，计算密集度最高/最低的区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
具体地，作为选择，运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内灰度平均值，以灰度平均值的小和大表示该区域维管束密集度的高和低。
作为选择，运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内各像素灰度值之和，以灰度值总和的小和大表示该区域维管束密集度的高和低。
进一步地，所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1转换为二值图像P1’；运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内黑色像素数量，以黑色像素数量的多和少表示该区域维管束密集度的高和低。
本发明有益效果是：1、以竹筷粗端端面为待刻面朝向识别基准面，根据维管束的密集度差异判断竹筷的青面/黄面的朝向，判断结果不受竹材品种、软化展平等处理工艺、存放环境等影响颜色的因素所影响，识别率高，基本可达到100%。而且本发明方法基于常规图像处理技术即可实现，实现难度低，而且算法非常简单，实现成本低。2、配以夹爪式翻转装置，为实现竹筷激光雕刻自动化提供了条件。
附图说明
图1为采用本发明所述装置的竹筷光雕设备的一种实例整体结构示意图。
图2为图1所示雕刻设备的俯视结构示意图。
图3为图1的后视结构示意图。
图4为图1所示设备的后视结构示意图。
图5为图1中A-A向剖面结构图。
图6为图1的B-B向剖面结构图。
图7为图像采集装置、环形补光灯、下料斗及其部件的结构示意图。
图8为翻转机构、下料斗及其部件的结构示意图。
图9为抵压组件结构示意图。
图10为控制中心结构框图。
图11为青面当前朝向相对于目标朝向旋转角示意图。
图12为一种识别区域划定方式示意图。
图13为另一种识别区域划定方式示意图。
图14为另一种识别区域划定方式示意图。
标记说明：1、机架；11、挡板；
2、下料斗；21、前挡板；22、后挡板；23、左挡板；24、右挡板；25、拨轮；28、链轮；
31、传送杆；311、螺旋槽；32、传送驱动电机；33、链轮；34、硬质托条；
41、悬臂；42、抵压面；421、软质橡胶层；422、硬质塑料板层；43、硬质压条；
5、翻转机构；51、气动夹爪；52、翻转臂；53、翻转驱动电机；
6、环形补光灯；
7、图像采集装置；
8、激光雕刻机；
9、筷子。
具体实施方式
下面结合附图，以将本发明所述装置应用于一种竹筷自动激光雕刻设备为例，对本发明做进一步解释说明。
参照图1-9，所述竹筷自动激光雕刻设备包括有机架1，双螺杆传送机构的两根传送杆31通过轴承安装于台面板上，传送杆31柱面设右旋螺旋槽311。两个传送杆31后端各设一个链轮33，两个链轮33上装配一根闭合链条，其中一个传送杆31后端通过联轴器与传送驱动电机32输出轴连接。传送驱动电机32驱动两根传送同步左旋。
下料斗2设置在双螺杆传送机构后端上方，包括前挡板21、后挡板22、左挡板23、右挡板24，左挡板23和右挡板24相互平行，前挡板21和后挡板22至少下部相向倾斜呈斗状，斗状底部设筷子9漏出口。筷子9漏出口与传送杆31之间设下料通道，下料通道下口为下料口。待加工竹筷全部粗端朝右放入下料斗2。
下料斗2的前挡板21下部外侧设有拨轮25，拨轮25的安装轴两端安装在下料斗2左、右挡板24上，拨轮25安装轴右端从下料斗2左挡板23或右挡板24伸出，拨轮25安装轴伸出挡板的部分设有链轮28。
下料斗2右侧下方设一辅助电机，拨轮25安装轴上的链轮28与辅助电机输出轴上的链轮通过链条连接。
抵压组件设置在双螺杆传送机构上方下料斗2前方，抵压组件包括一相对机架1固定的悬臂41，悬臂41下方设一抵压面42和一硬质压条43，抵压面42位于两根传送杆31之间，偏向右侧传送杆31，硬质压条43位于左传送杆31外侧，抵压面42由下层硬质塑料板层422和上层软质橡胶层421组成。抵压面42下方设有硬质托条34。
双螺杆传送机构左侧设有一挡板11。该挡板11一方面阻挡筷子9在传送杆31左旋摩擦力作用下向左偏移。同时也起到筷子9横向定位作用。
双螺杆传送机构前端设置收料斗，移动到传送杆31前端的筷子9自然落入收料斗。
朝向调整装置设置在双螺杆传送机构右侧，包括图像采集装置7和翻转机构5。
图像采集装置7取像镜头正对经过其前方（取像镜头指向的方向）的竹筷粗端的端面，取像镜头前方设一环形补光灯6，环形补光灯6中心与取像中心同心。环形补光灯6包括环形灯座，环形灯座内侧沿圆周均匀布置多个光源。
翻转机构5设在图像采集装置7的前方，翻转机构5的翻转臂52前端（靠近翻转对象-筷子9的一端）固定一气动夹爪51，后端通过联轴器连接翻转驱动电机53的输出轴。翻转臂52的翻转轴心与图像采集装置7取像镜头的取像中心之间的距离等于被传送筷子9的间距的2倍。
激光雕刻机8的扫描器悬置于双螺杆传送机构上方，位于翻转机构5前侧2倍筷子9间距处。
参照图10，所述控制中心包括识别控制系统，所述识别控制系统包括：
摄像控制单元，与图像采集装置通过数字接口连接，控制图像采集装置在传送机构间歇其间摄取原始图像；
识别单元，以图像采集装置摄取的竹筷粗端端面为识别基准面，将识别基准面的四个边中满足条件A的一边的朝向识别为青面/黄面的朝向，条件A为：越靠近该边维管束密集度越高/越低；
翻转控制单元，以r=-Ri作为旋转角度输出给翻转驱动电机控制器，其中R为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角，如图11所示（以朝上为目标朝向），i为翻转驱动电机和翻转臂之间的传动比；
传送控制单元，与传送驱动电机控制器通过数字接口连接，用于控制两个传送杆间歇同步转动；
雕刻控制单元，与激光雕刻机连接，用于控制激光雕刻机的雕刻与暂停。
所述识别单元包括图像处理器和运算比较器，所述识别单元的功能最少可以通过以下几种可选方式实现。
可选方式1：所述图像处理器从图像采集装置摄取的原始灰度图像P1中，以竹筷端面轮廓为界截取竹筷端面图像P2作为判断基准图像，并在基准图像P2中划定四个分别对应基准图像四个边Side1- Side4的识别区域Region1- Region4。如图12所示。
所述运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内灰度平均值，取灰度平均值最小/最大区域，计算该区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
可选方式2：所述图像处理器从图像采集装置摄取的原始灰度图像P1中，以竹筷端面轮廓为界截取竹筷端面图像P2作为判断基准图像，并在基准图像P2中划定四个分别对应基准图像四个边Side1- Side4的识别区域Region1- Region4。
所述运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内各像素灰度值之和，取灰度值总和最小/最大区域，计算该区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
可选方式3：所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1转换为二值图像P1’，从二值图像P1’中，以竹筷端面轮廓为界截取竹筷端面图像P2作为判断基准图像，并在基准图像P2中划定四个分别对应基准图像四个边Side1- Side4的识别区域Region1-Region4。
所述运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内黑色像素数量，取黑色像素最多/最少区域，计算该区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
以下可选方式4-6以图像采集装置镜头的取像中心正对竹筷端面中心为前提。
可选方式4：所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1以横向中心线为界划分上、下两个识别区域Region1、Region3，如图13所示，以纵向中心线为界分左、右两个识别区域Region2、Region4。如图14所示。
所述运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内灰度平均值，取灰度平均值最小/最大区域，计算该区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
可选方式5：所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1以横向中心线为界划分上、下两个识别区域Region1、Region3，以纵向中心线为界分左、右两个识别区域Region2、Region4。
所述运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内各像素灰度值之和，取灰度值总和最小/最大区域，计算该区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
可选方式6：所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1转换为二值图像P1’，将二值图像P1’以横向中心线为界划分上、下两个识别区域Region1、Region3，以纵向中心线为界分左、右两个识别区域Region2、Region4。
所述运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内黑色像素数量，取黑色像素最多/最少区域，计算该区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。

Claims (9)

1.一种用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，所述竹筷被等间距横向传送，其特征在于，包括图像采集装置、识别控制系统、翻转机构；
所述图像采集装置设置在被传送竹筷的粗端侧，图像采集装置取像镜头正对经过其前方的竹筷粗端的端面，图像采集装置与识别控制系统通过数字接口连接；
所述翻转机构包括前端设有用于夹持筷子的夹爪的翻转臂、和驱动翻转臂转动的翻转驱动电机，所述翻转臂的翻转轴心与被传送竹筷平行，所述翻转驱动电机的控制器通过数字接口与识别控制系统连接；
所述识别控制系统包括：
摄像控制单元，与图像采集装置通过数字接口连接，控制图像采集装置摄取包含竹筷粗端端面的原始灰度图像；
识别单元，以图像采集装置摄取的竹筷粗端端面为识别基准面，将识别基准面的四个边中满足条件A的一边的朝向识别为青面/黄面的朝向，所述条件A为：越靠近该边维管束密集度越高/越低；
翻转控制单元，与翻转驱动电机的控制器通过数字接口连接，以r=-Ri作为旋转角度输出给翻转驱动电机控制器，其中R为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角，i为翻转驱动电机和翻转臂之间的传动比。
2.根据权利要求1所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，所述翻转臂的翻转轴心与图像采集装置取像镜头的取像中心之间的距离等于被传送筷子的间距整数倍。
3.根据权利要求1所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，所述翻转臂后端与翻转驱动电机输出轴前端连接，所述夹爪包括夹指座和活动装配在夹指座上的两个夹指，所述夹指座与翻转臂前端固定。
4.根据权利要求1所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括一环形补光灯，所述环形补光灯在取像镜头与竹筷之间，靠近竹筷设置，所述环形补光灯包括环形灯座和沿圆周均匀布置在环形灯座内侧的多个光源。
5.根据权利要求4所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，所述环形补光灯中心与取像中心同心。
6.根据权利要求1所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，所述识别单元包括图像处理器和运算比较器；
所述图像处理器从图像采集装置摄取的原始灰度图像P1中，以竹筷端面轮廓为界截取竹筷端面图像P2作为判断基准图像，并在基准图像P2中划定四个分别对应基准图像四个边的识别区域；
所述运算比较器对比四个识别区域的维管束密集度，计算密集度最高/最低的区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
7.根据权利要求6所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，运算比较器分别计算四个识别区域Region1- Region4内灰度平均值，以灰度平均值的小和大表示该区域维管束密集度的高和低。
8.根据权利要求1所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，所述图像采集装置镜头的取像中心正对竹筷端面中心，所述识别单元包括图像处理器和运算比较器；
所述图像处理器将图像采集装置摄取的原始灰度图像P1的上半部、下半部、左半部、右半部划定为分别对应上、下、左、右四个边的四个识别区域；
所述运算比较器对比四个识别区域的维管束密集度，计算密集度最高/最低的区域中心与基准图像中心连线相对于目标朝向的旋转角，并作为青面/黄面当前朝向相对于目标朝向的旋转角R输出给翻转控制单元。
9.根据权利要求8所述的用于调整竹筷青面/黄面朝向的装置，其特征在于，运算比较器分别计算四个识别区域内灰度平均值，以灰度平均值的小和大表示该区域维管束密集度的高和低。
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