CN110304313B - 一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统及其方法，属于渔具领域，其能实现对刻度铅的快速识别，大幅提升卷裹的效率。其包括支撑架、转盘电机、转盘、定位单元、摄像头、控制系统，所述转盘电机、定位单元、摄像头分别与支撑架相连且支撑架能为转盘电机、定位单元、摄像头提供支撑。本申请能够解决中小型加工厂受资金、技术水平限制，无法进行铅皮卷裹设备全自动化研发的难题，能够用于人工或半自动化设备中，满足刻度铅的精确卷裹需要。经测定，采用本申请后，产品的卷裹精度得到有效提升，对于提升产品的质量，提高卷裹效率，具有重要的实用价值。本申请构思巧妙，设计合理，使用方便，具有较高的应用价值，值得大规模推广和应用。

Description

一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统及其方法

技术领域

本发明涉及渔具领域，具体为一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统及其方法。采用本申请，能够用于对刻度铅的识别，并基于识别结果，实现相应的定位，大幅提升卷裹效率，具有较高的实用价值。

背景技术

刻度铅用于快速精准调漂，而卷裹是生产刻度铅商品的一道工序。目前，市面上的卷裹机构主要采用半自动化设计，需要人在旁边进行操作才能完成卷裹。这种传统的卷裹机构生产效率低下，需要耗费人力和物力。若是人为操作不当，卷裹机构和刻度铅都会受到不同程度的损坏。受资金、技术水平限制，中小型工厂无力进行相关全自动设备的开发。由于其研发资金、人才充足，实力强的企业可进行刻度铅从其铸造、挤压成型、喷漆雕刻、裁剪到卷裹包装的整套全自动化设备研发、制造，但这无法适用于中小型工厂的实际生产情况。

因此，研发一套设备，以用于刻度铅的全自动卷裹包装，有利于中小型工厂提高生产效率，降低劳动强度；并能够进一步提升顾客的使用体验和产品利润空间，对生产厂家的发展有着非常积极的意义。为此，本申请提供一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统及其方法。

发明内容

本发明的发明目的在于，提供一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统及其方法，其能实现对刻度铅的快速识别，大幅提升卷裹效率。本申请能够解决中小型加工厂受资金、技术水平限制，无法进行铅皮卷裹设备全自动化研发的难题，能够用于人工或半自动化设备中，满足刻度铅的精确卷裹需要。经测定，采用本申请后，产品的卷裹精度得到有效提升，对于提升产品的质量，提高卷裹效率，具有重要的实用价值。本申请构思巧妙，设计合理，使用方便，具有较高的应用价值，值得大规模推广和应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统，包括支撑架、转盘电机、转盘、定位单元、摄像头、控制系统，所述转盘电机、定位单元、摄像头分别与支撑架相连且支撑架能为转盘电机、定位单元、摄像头提供支撑；

所述转盘电机的转轴与转盘相连且转盘电机能带动转盘转动，所述转盘上设置有至少一个用于输送辊筒的传送槽；

所述定位单元包括辊筒、定位电机、固定轴、气缸，所述辊筒设置在传送槽上，所述辊筒包括中心管、挡板，所述挡板为一组且分别设置在中心管的两端，所述辊筒沿其轴线的剖面呈工字型；

所述中心管上设置有用于固定铅皮的缝隙，所述辊筒的至少一侧挡板上设置有凹槽；

所述定位电机通过气缸与固定轴相连且定位电机能带动固定轴转动，所述固定轴的末端设置有与凹槽相配合的卡紧部且气缸带动固定轴伸出时能使固定轴的卡紧部与辊筒上的凹槽相卡紧以实现对辊筒的固定；

所述摄像头位于转盘上方且摄像头能对转盘进行检测；

所述转盘电机、定位电机、气缸、摄像头分别与控制系统相连。

所述转盘上设置有二至二十个用于输送辊筒的传送槽，所述传送槽均布于转盘上。

所述转盘上设置有四至八个传送槽。

所述固定轴的转动中心轴线与辊筒的转动中心轴线相重合。

所述中心管呈管状。

所述凹槽为一个且设置于辊筒靠近定位电机的一侧。

所述凹槽包括槽体中心、与槽体中心相连的限位部，所述固定轴的卡紧部包括与槽体中心相配合的中心卡紧件、与限位部相配合的限位件，所述中心卡紧件与限位件相连为一体并构成卡紧部。

所述挡板呈圆形。

所述控制系统包括：

转盘模块，其与转盘电机相连，用于控制转盘电机的转动，并通过转动电机实现转盘位置的调节，以实现对辊筒的输送；

伸出模块，其与气缸相连，用于控制气缸的伸出和收缩，进而带动固定轴沿其轴向移动，以实现固定轴的卡紧部相对凹槽的卡紧和松开；

定位模块，其与定位电机相连，用于控制定位电机的转动，并通过定位电机实现对辊筒角度的调节；

摄像模块，其分别与摄像头、识别模块相连，摄像头采集的图像信息通过摄像模块能传送给识别模块；

识别模块，其对所采集图像内中心管上的缝隙进行检测；当中心管上的缝隙到达设定的粗检测区域时，识别模块向定位模块输出信息，降低定位电机的转动速度；当中心管上的缝隙到达设定的位置时，识别模块向定位模块输出信息，使定位电机停止转动。

设定的位置为中心管上的缝隙需要达到的位置，即刻度铅插入缝隙的位置；粗检测区域是人为设定的，其在设定的位置的附近，表示辊筒即将转动其上的缝隙将达到设定的位置附近一定范围的区域。

前述定位系统的定位方法，包括如下步骤：

（1）将辊筒置于转盘上，转盘电机转动带动辊筒转动至固定轴所对应的位置；

（2）气缸带动固定轴伸出，使固定轴与辊筒卡紧；

（3）定位电机通过固定轴带动辊筒转动，直至设定位置；

在步骤（1）~（3）中，摄像头进行图像采集，并将采集的信息传输给控制系统；控制系统基于采集的信息，分别向转盘电机、气缸、定位电机发出指令，以实现对辊筒的调节。

还包括如下步骤：

（4）待辊筒定位完成后，输送装置将待处理条状物送入辊筒的缝隙内，实现对待处理条状物的定位；

（5）在待处理条状物定位完成后，定位电机进行转动，即可将设定长度的待处理条状物固定在辊筒上。

还包括如下步骤：

（6）在待处理条状物的卷裹完成后，转盘电机通过转盘带动辊筒转动，进行下一次的卷裹。

所述待处理条状物为刻度铅。

针对前述问题，本申请提供一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统及其方法。本申请基于视觉，实现高速缝隙运动定位，能够有效实现对刻度铅的快速定位，大幅提升卷裹效率。本申请基于视觉检测，能够在高速运动的情况下检测到缝隙，并及时的反馈给计算机，并进行相应的控制，以实现对缝隙的高速、精准定位。本申请采用机器代替人眼来做测量和判断，通过机器视觉产品，将被摄取目标转换成图像信号，传送给控制系统，控制系统抽取目标的特征，从而找出缝隙的位置，从而实现准确定位。本申请构思巧妙，设计合理，结构简单，使用方便，能够实现高速缝隙运动定位，满足待处理条状物（例如刻度铅等部件）的有效定位。同时，本申请成本低廉，能够满足中小型加工厂的卷裹需求，具有较高的应用价值和较好的应用前景。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中基于视觉的高速缝隙运动定位系统的结构示意图；

图2为实施例1中辊筒的结构示意图；

图3为实施例1中在转盘结构示意图；

图4为实施例1中固定轴结构示意图；

图5为实施例1中缝隙定位流程示意图；

图6为实施例1中的视觉检测区域示意图。

图中标记：1、转盘电机，2、摄像头，3、支撑架，4、辊筒，401、缝隙，402、凹槽，5、气缸，6、固定轴，601、卡紧部，7、定位电机，8、转盘，801、传送槽，9、粗检测区域，10、精检测区域。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

为了更清楚地说明本发明施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1

如图所示，本实施例的基于视觉的高速缝隙运动定位系统包括支撑架、转盘电机、转盘、定位单元、摄像头、控制系统，转盘电机、定位单元、摄像头分别与支撑架相连且支撑架能为转盘电机、定位单元、摄像头提供支撑。其中，转盘由支撑架固定，转盘电机的转轴与转盘相连，转盘电机能带动转盘转动，转盘上开有五个传送槽，传送槽用于运输辊筒。

本实施例中，定位单元包括辊筒、定位电机、固定轴、气缸，辊筒设置在传送槽上，辊筒包括中心管、挡板，中心管呈管状，挡板呈圆形，挡板为一组且分别设置在中心管的两端，辊筒沿其轴线的剖面呈工字型。同时，中心管上设置有用于固定铅皮的缝隙，辊筒的靠近定位电机的一侧挡板上设置有凹槽。其中，缝隙用于定位，凹槽用于固定辊筒。

另外，定位电机通过气缸与固定轴相连且定位电机能带动固定轴转动，固定轴的末端设置有与凹槽相配合的卡紧部（卡紧部用于固定辊筒）且气缸带动固定轴伸出时能使固定轴的卡紧部与辊筒上的凹槽相卡紧以实现对辊筒的固定。本实施例中，固定轴的转动中心轴线与辊筒的转动中心轴线相重合。

同时，摄像头位于转盘上辊筒的斜上方，摄像头用于对转盘进行检测。转盘电机、定位电机、气缸、摄像头分别与控制系统相连。

作为优选，本实施的凹槽包括槽体中心、与槽体中心相连的限位部，固定轴的卡紧部包括与槽体中心相配合的中心卡紧件、与限位部相配合的限位件，中心卡紧件与限位件相连为一体并构成卡紧部。

本实施例中，控制系统包括：

转盘模块，其与转盘电机相连，用于控制转盘电机的转动，并通过转动电机实现转盘位置的调节，以实现对辊筒的输送；

伸出模块，其与气缸相连，用于控制气缸的伸出和收缩，进而带动固定轴沿其轴向移动，以实现固定轴的卡紧部相对凹槽的卡紧和松开；

定位模块，其与定位电机相连，用于控制定位电机的转动，并通过定位电机实现对辊筒角度的调节；

摄像模块，其分别与摄像头、识别模块相连，摄像头采集的图像信息通过摄像模块能传送给识别模块；

识别模块，其对所采集图像内中心管上的缝隙进行检测；当中心管上的缝隙到达设定的粗检测区域时，识别模块向定位模块输出信息，降低定位电机的转动速度；当中心管上的缝隙到达设定的位置时，识别模块向定位模块输出信息，使定位电机停止转动。

进一步，本实施例提供基于前述定位系统的定位方法，包括如下步骤：

（1）将辊筒置于转盘上，转盘电机转动带动辊筒转动至固定轴所对应的位置；

（2）气缸带动固定轴伸出，使固定轴与辊筒卡紧；

（3）定位电机通过固定轴带动辊筒转动，直至设定位置；

在步骤（1）~（3）中，摄像头进行图像采集，并将采集的信息传输给控制系统；控制系统基于采集的信息，分别向转盘电机、气缸、定位电机发出指令，以实现对辊筒的调节。

在此，进一步，以刻度铅为待处理条状物进行说明。

该定位方法还包括如下步骤：

（4）待辊筒定位完成后，输送装置将刻度铅送入辊筒的缝隙内，实现对刻度铅的定位；

（5）待刻度铅定位完成后，定位电机进行转动，即可将设定长度的刻度铅固定在辊筒上。

还包括如下步骤：

（6）待刻度铅的卷裹完成后，转盘电机通过转盘带动辊筒转动，进行下一次的卷裹。

本实施例中，摄像头位于辊筒斜上方，便于进行缝隙检测，转盘电机控制转盘旋转，运送辊筒进入视觉检测区域，气缸推动固定轴使卡紧部与凹槽紧密接触，固定辊筒，定位电机控制固定轴旋转，从而控制辊筒旋转。该结构便于在高速条件下检测缝隙，从而实现准确定位，当摄像头检测到辊筒的缝隙到达粗检测区域时，上位机发送信号给下位机，使其速度减慢进行微调，当辊筒的缝隙到达指定位置时，下位机控制步进电机停止运动，等待刻度铅的送入。

基于刻度铅的检测需求，本申请的检测区域分为粗检测区域、精检测区域。

在此，发明列举一个实例予以进一步说明。

该视觉定位系统包括硬件和软件两部分。硬件部分主要由摄像头、计算机和stm32等组成。软件部分主要是keil5等编程软件，以及QT、VS和OpenCV等组成。视觉定位系统中硬件和软件是不可分割、相辅相成的两部分。缝隙定位流程图如图5所示。本实施例中，控制系统由计算机和stm32构成，其中的计算机为上位机，stm32为下位机。

当摄像头检测到辊筒的缝隙到达粗检测区域时，上位机发送信号给下位机，使定位电机速度减慢进行微调；当辊筒的缝隙到达精检测区域时，下位机控制定位电机进行PID调节；当辊筒的缝隙到达指定位置时，下位机控制定位电机停止运动，等待刻度铅的送入。

图像处理需要经过图像降噪、灰度变换、边缘检测和图像分割等方法对图像进行处理，具体处理方式如下。

（1）图像降噪

采用均值滤波的方式，选择一定范围内的邻域，得到邻域中所有像素的均值，将得到的均值作为该像素点的值，经过图像处理后该处的灰度值为g（x，y），即：

（1）；

其中，n是邻域中的总像素点数。

（2）灰度变换

设原来图像像素的灰度值R=f(x, y)，经过灰度变换后图像像素的灰度值R’=r(x,y)，则灰度变换可表示为：

（2）。

（3）边缘检测，使用Canny函数进行边缘检测提取线条。

（4）图像分割，利用二维数组进行图像分割，标识出需要处理的区域。

辊筒运动到图像标识区域后，开始对图像进行处理。粗检测线和检测线经过多次实验得出，将边缘提取所获得的缝隙坐标值与粗检测线和精检测线进行对比，如果坐标值与粗检测线相同，则定位电机减速进行微调，直到缝隙坐标值与精检测线相同，定位机停止转动，定位完成。

缝隙坐标值的计算公式为：

（3）；

其中，y为输出的缝隙坐标值，y₁为图像处理区域的中点值，n为检测缝隙位置的次数。

设y₂为粗检测线的坐标值，y₃为精检测线的坐标值则：

（1）若y-y₂=0，缝隙位置与粗检测线重合，粗检测完成进行精检测；

（2）若y-y₃=0，缝隙位置与精检测线重合，定位完成。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于视觉的高速缝隙运动定位系统，其特征在于，包括支撑架、转盘电机、转盘、定位单元、摄像头、控制系统，所述转盘电机、定位单元、摄像头分别与支撑架相连且支撑架能为转盘电机、定位单元、摄像头提供支撑；

所述转盘电机的转轴与转盘相连且转盘电机能带动转盘转动，所述转盘上设置有至少一个用于输送辊筒的传送槽；

所述定位单元包括辊筒、定位电机、固定轴、气缸，所述辊筒设置在传送槽上，所述辊筒包括中心管、挡板，所述挡板为一组且分别设置在中心管的两端，所述辊筒沿其轴线的剖面呈工字型；

所述中心管上设置有用于固定铅皮的缝隙，所述辊筒的至少一侧挡板上设置有凹槽；

所述定位电机通过气缸与固定轴相连且定位电机能带动固定轴转动，所述固定轴的末端设置有与凹槽相配合的卡紧部且气缸带动固定轴伸出时能使固定轴的卡紧部与辊筒上的凹槽相卡紧以实现对辊筒的固定；

所述摄像头位于转盘上方且摄像头能对转盘进行检测；

所述转盘电机、定位电机、气缸、摄像头分别与控制系统相连；

所述转盘上设置有二至二十个用于输送辊筒的传送槽，所述传送槽均布于转盘上；

所述凹槽包括槽体中心、与槽体中心相连的限位部，所述固定轴的卡紧部包括与槽体中心相配合的中心卡紧件、与限位部相配合的限位件，所述中心卡紧件与限位件相连为一体并构成卡紧部；

所述控制系统包括：

转盘模块，其与转盘电机相连，用于控制转盘电机的转动，并通过转动电机实现转盘位置的调节，以实现对辊筒的输送；

伸出模块，其与气缸相连，用于控制气缸的伸出和收缩，进而带动固定轴沿其轴向移动，以实现固定轴的卡紧部相对凹槽的卡紧和松开；

定位模块，其与定位电机相连，用于控制定位电机的转动，并通过定位电机实现对辊筒角度的调节；

摄像模块，其分别与摄像头、识别模块相连，摄像头采集的图像信息通过摄像模块能传送给识别模块；

识别模块，其对所采集图像内中心管上的缝隙进行检测；当中心管上的缝隙到达设定的粗检测区域时，识别模块向定位模块输出信息，降低定位电机的转动速度；当中心管上的缝隙到达设定的位置时，识别模块向定位模块输出信息，使定位电机停止转动。

2.根据权利要求1所述基于视觉的高速缝隙运动定位系统，其特征在于，所述固定轴的转动中心轴线与辊筒的转动中心轴线相重合。

3.根据权利要求1所述基于视觉的高速缝隙运动定位系统，其特征在于，所述中心管呈管状。

4.根据权利要求1~3任一项所述基于视觉的高速缝隙运动定位系统，其特征在于，所述挡板呈圆形。

5.根据权利要求1~4任一项所述定位系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将辊筒置于转盘上，转盘电机转动带动辊筒转动至固定轴所对应的位置；

（2）气缸带动固定轴伸出，使固定轴与辊筒卡紧；

（3）定位电机通过固定轴带动辊筒转动，直至设定位置；

在步骤（1）~（3）中，摄像头进行图像采集，并将采集的信息传输给控制系统；控制系统基于采集的信息，分别向转盘电机、气缸、定位电机发出指令，以实现对辊筒的调节。

6.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，还包括如下步骤：

（4）待辊筒定位完成后，输送装置将待处理条状物送入辊筒的缝隙内，实现对待处理条状物的定位；

（5）在待处理条状物定位完成后，定位电机进行转动，即可将设定长度的待处理条状物固定在辊筒上。

7.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，还包括如下步骤：

（6）在待处理条状物的卷裹完成后，转盘电机通过转盘带动辊筒转动，进行下一次的卷裹。

8.根据权利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述待处理条状物为刻度铅。

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