CN106778439A - 一种基于图像处理的锂电池批量扫码系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的锂电池批量扫码系统，它包括：作为系统核心控制设备的工控机；由图像采集卡、高速摄像机构成的图像采集单元；以及由机械手、传送带、挡板、位置传感器构成的运动控制单元。本发明还提供一种基于图像处理的锂电池批量扫码方法，包括电池运送、图像处理、后续处理三个步骤。本发明采用实时图像处理的检测系统和方法，在保证扫码准确性的同时，改变了依次检测每个锂电池的传统检测方式，能够对锂电池进行批量检测，提高了检测效率，缩短了锂电池分选时间；本发明相比于其他几种新型锂电池批量检测系统和方法，电池检测在传送带上完成，无需多余的夹具，极大简化了设备，节省了设备空间，具有较高的应用价值。

Description

一种基于图像处理的锂电池批量扫码系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于图像处理的锂电池批量扫码系统及方法，属于机器视觉及机械自动化技术领域。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，由于锂电池具有使用寿命相对较长、具备高功率承受力、绿色环保等优点，在市场上得到了广泛的应用。

在锂电池的生产过程中，由于生产工艺的不同造成锂电池的电压、容量、内阻等参数不同，从而将锂电池分为不同的等级，这些信息储存在数据库中，而数据信息以条形码的形式打印在锂电池的侧面。为了后续操作方便，生产厂家需要通过扫描条形码的方式对锂电池进行检测，将各个等级的锂电池分选出来。扫码在锂电池生产的后续操作中扮演着相当重要的角色，其扫描效率也直接影响了锂电池的分选效率。而在现在锂电池的扫码大多使用扫码枪对单个锂电池依次进行扫码，效率较低，会影响后续锂电池的分选效率。

目前也出现过几种新型锂电池批量检测系统和方法，但大多设备较为复杂，且在扫码过程中需要使用其他夹具夹取，或是用多个摄像机从各个方向拍摄来解决电池方向不一致的问题。这样的系统增加了设备成本、设备空间和维修难度，同时也降低了扫码效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，对于锂电池扫码提供一种准确度和扫码效率较高，同时简化了扫码设备，能批量对锂电池进行扫码的基于图像处理的锂电池批量扫码系统及其方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于图像处理的锂电池批量扫码系统，包括：工控机、图像采集单元、运动控制单元；工控机作为系统控制和计算核心，负责图像、数据的处理和计算；

所述图像采集单元包括图像采集卡、高速摄像机；所述运动控制单元包括机械手、传送带、气缸、挡板、位置传感器；机械手负责抓取锂电池，传送带负责锂电池的运送；

所述挡板包括挡板a、挡板b，两挡板均由气缸控制运动；挡板在一般况下保持上移，使锂电池能够保证通过，向前运动；下移情况下可挡住锂电池在传送带上向前运动，使锂电池相对静止地在传送带上滚动。挡板的上下移动可控制锂电池向前运送还是相对静止在传送带上滚动；

所述挡板a和挡板b之间即为扫码缓冲区；高速摄像机安装在扫码缓冲区的上方，保证高速摄像机能获取扫码缓冲区中所有锂电池的图像；

所述位置传感器包括位置传感器a和位置传感器b，位置传感器a置于挡板a的前侧，位置传感器b置于挡板b的后侧；当有锂电池通过时位置传感器能检测到信号并传输到工控机中，位置传感器与挡板相隔一段距离，保证位置传感器得到信号后有足够的时间完成气缸和挡板的控制；

作为改进，所述挡板a和挡板b之间的距离为至少为L=n*d，其中n为机械手一次能抓取的锂电池个数、d为每个锂电池的直径。挡板1和挡板2之间即为扫码缓冲区，可保证n个锂电池并排放置。

本发明还提供一种基于图像处理的锂电池批量扫码方法，采用上述系统，包括以下步骤：

步骤1：电池运送：机械手将锂电池平行放置于传送带上，锂电池在传送带上并排滚动并向前运送；在传送带上、挡板a和挡板b之间设立扫码缓冲区，当锂电池进入扫码缓冲区，扫码缓冲区前的位置传感器a检测到信号，工控机使挡板b下移挡住锂电池的前行，但锂电池继续在传送带上滚动；位置传感器a每检测到一次锂电池的通过使计数器A加1，当位置位置传感器a检测到第n个锂电池进入扫码缓冲区后（即A=n时），挡板a下移令传送带后方的锂电池无法再进入扫码缓冲区，保证扫码缓冲区中的锂电池个数为n个；然后进入步骤2；

步骤2.：图像处理：置于扫码缓冲区上方的高速摄像机实时获取整个扫码缓冲区的锂电池图像，传入作为控制核心的工控机中，对图像进行预处理并根据颜色信息进行过滤，提取出n个锂电池所在的ROI区域，对ROI区域进行边缘检测；根据锂电池的边缘信息对图像进行分区检测，依据电池边界将图像分为n个区域，图像二值化后对每个区域分别进行条形码定位检测，每定位到一个完整的条形码，令计数器B加1，并对其进行条形码识别，与数据库比对后，将条形码信息根据锂电池所在位置的顺序录入系统；若B<n，则继续对下一帧图像进行条形码定位检测，重复上述条形码识别流程（已检测的条形码不再对同一位置进行检测）；若B=n，则检测结束，将计数器B置零；然后进入步骤3；

步骤3：后续处理：挡板b上移，令检测完成的锂电池继续向前运送。置于传送带后方的位置传感器b每检测到1个锂电池通过，令计数器A减1。若计数器A为0，则挡板a上移，继续重复步骤1；否则继续向前运送已检测完成的锂电池。

作为改进，所述步骤2中，所述工控机使用高斯滤波法对图像进行预处理，滤除图像中的噪声；使用canny算子对ROI区域进行边缘检测；图像分为n个区域后，对每个区域计算纵横差分比，通过大津法二值化算法对纵横差分比图像进行二值化，设定阈值对连通区域进行过滤，找到符合条件的连通区域，即可搜索定位出条形码；对于已经定位到的条形码，对其二值化图像，通过设定阈值之后按列进行灰度分割，计算出条形码中黑、白条纹的宽度，由宽度即可通过编码规则识别出条形码中包含的数字，从而提取出其中的信息。

作为改进，所述步骤2的扫码过程中，高速摄像机持续以俯视的角度拍摄扫码缓冲区内的锂电池，由于锂电池的持续转动，拍摄图像中的锂电池必有一部分为条形码向上，另有一部分条形码向下或不完整；工控机检测过程中采用对多帧图像检测的方法，保证条形码检测的完整性和准确度。

本发明的有益效果：

1、与传统的锂电池扫码系统和方法相比，本发明改变了依次检测每个锂电池的传统检测方式，能够对锂电池进行批量检测，提高了检测效率，缩短了锂电池分选时间；不同于使用单一的扫码枪进行扫码，使用了基于图像处理的扫码方式，具有较强的适应性和准确度；2、与现有的新型锂电池批量检测系统和方法相比，通过挡板挡住锂电池使锂电池在传送带上相对静止转动，上方的摄像机即可一次性批量采集锂电池条形码，扫码过程中不需要其他复杂设备或夹具，从而简化了系统设备，节约了设备成本和空间，提高了锂电池扫码效率。

附图说明

图1是本发明的总体流程图；

图2是本发明扫码缓冲区设备示意图；

图中：1-传感器a，2-挡板a，3-挡板b，4-传感器b，5-锂电池。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

如图2所示，本发明的基于图像处理的锂电池批量扫码系统包括：工控机、图像采集单元、运动控制单元；所述图像采集单元包括图像采集卡、高速摄像机；所述运动控制单元包括机械手、传送带、气缸、挡板、位置传感器；所述挡板包括挡板a2、挡板b3，两挡板均由气缸控制运动；所述挡板a2和挡板b3之间即为扫码缓冲区，高速摄像机安装在扫码缓冲区的上方；所述位置传感器包括位置传感器a1和位置传感器b4，位置传感器a1置于挡板a2的前侧，位置传感器b4置于挡板b3的后侧；所述挡板a2和挡板b3之间的距离为至少为L=n*d，其中n为机械手一次能抓取的锂电池5个数、d为每个锂电池5的直径。

如图1所示，本发明提供的基于图像处理的锂电池批量扫码系统的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：电池运送：机械手将锂电池5平行放置于传送带上，锂电池5在传送带上并排滚动并向前运送，当锂电池5进入扫码缓冲区，位置传感器a1检测到信号，工控机使挡板b3下移挡住锂电池5的前行；位置传感器a1每检测到一次锂电池5的通过使计数器A加1，当位置传感器a1检测到第n个锂电池5进入扫码缓冲区后（即A=n时），挡板a2下移，令传送带后方的锂电池5无法再进入扫码缓冲区；

步骤2：图像处理：高速摄像机实时获取整个扫码缓冲区的锂电池5图像，传入工控机中；工控机采用对多帧图像检测的方法对条形码进行检测，保证条形码检测的完整性和准确度；

工控机使用高斯滤波法对图像进行预处理，滤除图像中的噪声；使用canny算子对ROI区域进行边缘检测；图像分为n个区域后，对每个区域计算纵横差分比，通过大津法二值化算法对纵横差分比图像进行二值化，设定阈值对连通区域进行过滤，找到符合条件的连通区域，即可搜索定位出条形码；对于已经定位到的条形码，对其二值化图像，通过设定阈值之后按列进行灰度分割，计算出条形码中黑、白条纹的宽度，由宽度即可通过编码规则识别出条形码中包含的数字，从而提取出其中的信息；

每定位到一个完整的条形码，令计数器B加1，并对其进行条形码识别，与数据库比对后，将条形码信息根据锂电池所在位置的顺序录入系统；若B<n，则继续对下一帧图像进行条形码定位检测，重复上述条形码识别流程（已检测的条形码不再对同一位置进行检测）；若B=n，则检测结束，将计数器B置零；

步骤3：后续处理：挡板b3上移，令检测完成的锂电池5继续向前运送；位置传感器b4每检测到1个锂电池5通过，令计数器A减1；若计数器A为0，则挡板a2上移，继续重复步骤1；否则继续向前运送已检测完成的锂电池5。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于图像处理的锂电池批量扫码系统，其特征在于包括：工控机、图像采集单元、运动控制单元；所述图像采集单元包括图像采集卡、高速摄像机；所述运动控制单元包括机械手、传送带、气缸、挡板、位置传感器；所述挡板包括挡板a（2）、挡板b（3），两挡板均由气缸控制运动；所述挡板a（2）和挡板b（3）之间即为扫码缓冲区，高速摄像机安装在扫码缓冲区的上方；所述位置传感器包括位置传感器a（1）和位置传感器b（4），位置传感器a（1）置于挡板a（2）的前侧，位置传感器b（4）置于挡板b（3）的后侧。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的锂电池批量扫码系统，其特征在于：所述挡板a（2）和挡板b（3）之间的距离为至少为L=n*d，其中n为机械手一次能抓取的锂电池（5）个数、d为每个锂电池（5）的直径。

3.一种应用权利要求1或2所述的基于图像处理的锂电池批量扫码系统的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：电池运送：机械手将锂电池（5）平行放置于传送带上，锂电池（5）在传送带上并排滚动并向前运送，当锂电池（5）进入扫码缓冲区，位置传感器a（1）检测到信号，工控机使挡板b（3）下移挡住锂电池（5）的前行；位置传感器a（1）每检测到一次锂电池（5）的通过使计数器A加1，当位置传感器a（1）检测到第n个锂电池（5）进入扫码缓冲区后（即A=n时），挡板a（2）下移，令传送带后方的锂电池（5）无法再进入扫码缓冲区；

步骤2：图像处理：高速摄像机实时获取整个扫码缓冲区的锂电池（5）图像，传入工控机中，对图像进行预处理并根据颜色信息进行过滤，提取出n个锂电池（5）所在的ROI区域，对ROI区域进行边缘检测；根据锂电池（5）的边缘信息对图像进行分区检测，依据锂电池（5）边界将图像分为n个区域，图像二值化后对每个区域分别进行条形码定位检测，每定位到一个完整的条形码，令计数器B加1，并对其进行条形码识别，与数据库比对后，将条形码信息根据锂电池（5）所在位置的顺序录入系统；若B<n，则继续对下一帧图像进行条形码定位检测，重复上述条形码识别流程（已检测的条形码不再对同一位置进行检测）；若B=n，则检测结束，将计数器B置零；

步骤3：后续处理：挡板b（3）上移，令检测完成的锂电池（5）继续向前运送；位置传感器b（4）每检测到1个锂电池（5）通过，令计数器A减1；若计数器A为0，则挡板a（2）上移，继续重复步骤1；否则继续向前运送已检测完成的锂电池（5）。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述工控机使用高斯滤波法对图像进行预处理，滤除图像中的噪声；使用canny算子对ROI区域进行边缘检测；图像分为n个区域后，对每个区域计算纵横差分比，通过大津法二值化算法对纵横差分比图像进行二值化，设定阈值对连通区域进行过滤，找到符合条件的连通区域，即可搜索定位出条形码；对于已经定位到的条形码，对其二值化图像，通过设定阈值之后按列进行灰度分割，计算出条形码中黑、白条纹的宽度，由宽度即可通过编码规则识别出条形码中包含的数字，从而提取出其中的信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述工控机采用对多帧图像检测的方法对锂电池（5）条形码进行检测。