CN112393683B - 一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法，包括以下具体步骤：S1、将相机组件和机械手组件配合安装在用于输送面纸的输送装置上；其中，待包装的内盒摆动在输送装置的一侧，并与机械手组件并排分布；S2、对相机组件和机械手组件进行装配标定，直至机械手组件坐标系中的X轴与相机组件坐标系中的X轴平行、相机组件视野坐标系中的X轴与空间坐标系中的X轴平行以及内盒抓取位置的中轴线与机械手组件中Z轴的中轴线重合；S3、计算面纸在机械手组件坐标系中的坐标位置、X轴等待距离、Y轴的移动距离和旋转角度。本发明利用机器视觉的自动识别技术对礼品盒生产过程中进行精准定位以替代人工手动操作，大大提高定位精度提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及礼品盒生产技术领域，尤其涉及一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法。
背景技术
礼品包装盒作为商品包装中的一类，它必须达到包装的基本功能，即完成保护商品、传递商品信息、推销商品。礼品包装盒还应着传递人与人之间情感交流信息，提升礼品的定位，它是体系人类情感沟通的媒介与共架友爱的桥梁；在礼品盒生产过程中，需要将面纸四边折叠包覆在内盒的侧端面和底面以得到精装礼品盒；现有工艺中将面纸与内盒进行包装时，都是人工操作，具体的工艺过程为：通过旋转的胶辊机对面纸进行旋转输送至输送装置上，同时胶辊机在面纸的端面涂覆一层均匀的胶水，面纸在传送装置上进行输送，操作人员将内盒进行人工定位以将内盒放置在面纸上；但是人工对面纸和内盒进行定位的工作强度大，操作人员长时间重复同一动作，容易产生疲劳感，大大降低工作效率，进而使得面纸和内盒定位质量不一，严重影响精品包装礼盒的生产质量；另外，人工操作大大增加人工成本和管理成本，降低企业效益；为此，本申请中提出一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法，本发明利用机器视觉的自动识别技术对礼品盒生产过程中进行精准定位以替代人工手动操作，大大提高定位精度提高生产效率。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法，包括以下具体步骤：
S1、将相机组件和机械手组件配合安装在用于输送面纸的输送装置上；其中，待包装的内盒摆动在输送装置的一侧，并与机械手组件并排分布；
S2、对相机组件和机械手组件进行装配标定，直至机械手组件坐标系中的X 轴与相机组件坐标系中的X轴平行、相机组件视野坐标系中的X轴与空间坐标系中的X轴平行以及内盒抓取位置的中轴线与机械手组件中Z轴的中轴线重合；其中，空间坐标系中的X轴方向与输送装置的输送方向相同；
S3、计算面纸在机械手组件坐标系中的坐标位置、X轴等待距离、Y轴的移动距离和旋转角度，计算过程包括以下具体步骤：
S31、将待包装的内盒作为标靶面纸，标靶面纸的长宽值记为(Xb，Yb)，标靶面纸与标靶定位中心的距离为Db；其中，标靶定位中心点位于标靶内盒的中心点；相机组件的坐标记为(i，j)；机械手组件的坐标记为(m，n)；标靶面纸顺时针旋转的角度记为正向数值，标靶面纸逆时针旋转的角度记为负向数值；
S32、当由相机组件确定标靶面纸的中心点坐标为(i，j)时，标靶面纸的旋转角度记为a；
当将标靶内盒放置在标靶定位点时，则标靶内盒的X轴移动距离为m，标靶内盒的Y轴移动距离为n，标靶内盒的旋转角度为b；
标靶内盒在X轴一端距离不变的情况下，由于标靶面纸沿面纸移动方向运动，则标靶内盒的实际放置位置的坐标中心点为(m，n-Db*tg(a))，机械手组件坐标系中X轴的实际距离为Db*cos(a)，旋转角度为b；
S33、若使用真实面纸时，真实面纸的长宽值为(Xm，Ym)，则真实面纸在 X轴移动距离不变的情况下，X轴的移动距离为Db*cos(a)，此时真实面纸的中心位置是((j+(Xm-Xb)*cos(a)/2)，(i-(Ym-Yb)*cos(a)/2)；
若标靶内盒的X轴移动距离不变，需要对真实面纸的中心距离进行移动，则中心点的坐标记为(m，n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2)，旋转角度为b；
S34、若使用真实面纸和真实内盒，其中，真实面纸的长宽值为(Xm，Ym)，真实内盒的长宽值为(Xh，Yh)；
则抓取内盒位置移动量为(0，-(Yh-Yb)/2)，将真实内盒定位于真实面纸之上时，
中心点的坐标记为(m，n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2)，
内盒的Y轴实际移动距离为n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2+(Yh-Yb) /2，
内盒的X轴实际移动距离是Db*cos(a)+(Xm-Xb)*cos(a)/2，旋转角度为b；
因此工作状态下：真实面纸的标定中心的坐标为((j+(Xm-Xb)*cos(a) /2)，(i-(Ym-Yb)*cos(a)/2))，
工作时的真实面纸的计算中心坐标为(Xc，Yc)，旋转角度为a+delt_a
工作时的实际面纸的偏移中心坐标为(Xc-(i-(Xm-Xb)*cos(a)/2)， Yc-(j+(Ym-Yb)*cos(a)/2))，
工作时机械手组件的X轴的等待距离为(Db-(Xc-(i-(Xm-Xb)*cos(a) /2)))*cos(a+delt_a)+(Xm-Xb)*cos(a+delt_a)/2，
工作时机械手组件的Y轴的移动距离为n+Yc-(j+(Ym-Yb)*cos(a)/2) +(Db-(Xc-((i-(Xm-Xb)*cos(a)/2)))*tg(a+delt_a)+(Ym-Yb) *cos(a+delt_a)/2+(Yh-Yb)/2，
工作时机械手组件的旋转角度为b+delt_a。
优选的，S2中对相机组件和机械手组件进行装配标定的方法为：
S21、将直角尺沿输送装置的输送方向水平放置，直角尺位于机械手组件朝向输送装置的一侧；
S22、在机械手组件的Z轴安装长方形的方块，移动机械手组件的Y轴，直至直角尺一组直角边与机械手组件的Y轴移动方向平行，紧固方块；
S23、在相机组件中观察直角尺的另一组直角边，调整相机组件的X轴与直角尺的另一组直角边平行，以实现机械手组件的Y轴与相机组件视野坐标系的X 轴垂直；
S24、移动机械手组件中的Z轴，直至方块内盒放置位置，在内盒放置位置区域内移动机械手组件的Y轴，移动机械手组件中的Z轴上的方块与限位机构的移动间隙平行，以实现内盒抓取位置中心线与机械手组件中的Z轴中心重合。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明中，使用时，当需要将待包装的面纸和内盒进行包装时，分别对面纸的实际长宽尺寸和内盒的实际长宽尺寸进行测量，并输入系统；生产时，面纸被胶辊机从胶辊上剥离，一张一张均匀的掉落输送装置上，当面纸被橡胶组件识别进行拍照，并对面纸的旋转角度等进行分析技术，机械手组件根据技术结果进行移动，通过机械手组件中Z轴上设有的机械手对输送装置一侧的内盒进行拿取，并根据分析结果计算得到的机械手组件的X轴的等待距离和机械手组件的Y轴的移动距离对内盒进行移动，以将内盒精准定位至面纸正上方，并最终将内盒精准定位放置在面纸上，以替代人工手动对内盒进行定位放置，大大提高工作效率，内盒定位放置效果一致性好，能实现内盒和面纸之间的定位误差在±0.3mm，大大提高精品礼品保证盒的生产质量。
附图说明
图1为本发明提出的一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法中计算面纸在机械手组件坐标系中的坐标位置、X轴等待距离、Y轴的移动距离和旋转角度状态下的结构示意图。
图2为本发明提出的一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法中对相机组件和机械手组件进行装配标定状态下的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-2所示，本发明提出的一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法，包括以下具体步骤：
S1、将相机组件和机械手组件配合安装在用于输送面纸的输送装置上；其中，待包装的内盒摆动在输送装置的一侧，并与机械手组件并排分布；
S2、对相机组件和机械手组件进行装配标定，直至机械手组件坐标系中的X 轴与相机组件坐标系中的X轴平行、相机组件视野坐标系中的X轴与空间坐标系中的X轴平行以及内盒抓取位置的中轴线与机械手组件中Z轴的中轴线重合；其中，空间坐标系中的X轴方向与输送装置的输送方向相同，通过上述过程以实现本方法在物理上的标定，标定过程是为了实现相机组件坐标系、机械手组件坐标系和空间坐标系相融合；
S3、计算面纸在机械手组件坐标系中的坐标位置、X轴等待距离、Y轴的移动距离和旋转角度，计算过程包括以下具体步骤：
S31、将待包装的内盒作为标靶面纸，标靶面纸的长宽值记为(Xb，Yb)，标靶面纸与标靶定位中心的距离为Db；其中，标靶定位中心点位于标靶内盒的中心点；相机组件的坐标记为(i，j)；机械手组件的坐标记为(m，n)；标靶面纸顺时针旋转的角度记为正向数值，标靶面纸逆时针旋转的角度记为负向数值；
S32、当由相机组件确定标靶面纸的中心点坐标为(i，j)时，标靶面纸的旋转角度记为a；
当将标靶内盒放置在标靶定位点时，则标靶内盒的X轴移动距离为m，标靶内盒的Y轴移动距离为n，标靶内盒的旋转角度为b；
标靶内盒在X轴一端距离不变的情况下，由于标靶面纸沿面纸移动方向运动，则标靶内盒的实际放置位置的坐标中心点为(m，n-Db*tg(a))，机械手组件坐标系中X轴的实际距离为Db*cos(a)，旋转角度为b；
S33、若使用真实面纸时，真实面纸的长宽值为(Xm，Ym)，则真实面纸在 X轴移动距离不变的情况下，X轴的移动距离为Db*cos(a)，此时真实面纸的中心位置是((j+(Xm-Xb)*cos(a)/2)，(i-(Ym-Yb)*cos(a)/2)；
若标靶内盒的X轴移动距离不变，需要对真实面纸的中心距离进行移动，则中心点的坐标记为(m，n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2)，旋转角度为b；
S34、若使用真实面纸和真实内盒，其中，真实面纸的长宽值为(Xm，Ym)，真实内盒的长宽值为(Xh，Yh)；
则抓取内盒位置移动量为(0，-(Yh-Yb)/2)，将真实内盒定位于真实面纸之上时，
中心点的坐标记为(m，n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2)，
内盒的Y轴实际移动距离为n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2+(Yh-Yb) /2，
内盒的X轴实际移动距离是Db*cos(a)+(Xm-Xb)*cos(a)/2，旋转角度为b；
因此工作状态下：真实面纸的标定中心的坐标为((j+(Xm-Xb)*cos(a) /2)，(i-(Ym-Yb)*cos(a)/2))，
工作时的真实面纸的计算中心坐标为(Xc，Yc)，旋转角度为a+delt_a ，
工作时的实际面纸的偏移中心坐标为(Xc-(i-(Xm-Xb)*cos(a)/2)， Yc-(j+(Ym-Yb)*cos(a)/2))，
工作时机械手组件的X轴的等待距离为(Db-(Xc-(i-(Xm-Xb)*cos(a) /2)))*cos(a+delt_a)+(Xm-Xb)*cos(a+delt_a)/2，
工作时机械手组件的Y轴的移动距离为n+Yc-(j+(Ym-Yb)*cos(a)/2) +(Db-(Xc-((i-(Xm-Xb)*cos(a)/2)))*tg(a+delt_a)+(Ym-Yb) *cos(a+delt_a)/2+(Yh-Yb)/2，
工作时机械手组件的旋转角度为b+delt_a。
本发明中，使用时，当需要将待包装的面纸和内盒进行包装时，分别对面纸的实际长宽尺寸和内盒的实际长宽尺寸进行测量，并输入系统；生产时，面纸被胶辊机从胶辊上剥离，一张一张均匀的掉落输送装置上，当面纸被橡胶组件识别进行拍照，并对面纸的旋转角度等进行分析技术，机械手组件根据技术结果进行移动，通过机械手组件中Z轴上设有的机械手对输送装置一侧的内盒进行拿取，并根据分析结果计算得到的机械手组件的X轴的等待距离和机械手组件的Y轴的移动距离对内盒进行移动，以将内盒精准定位至面纸正上方，并最终将内盒精准定位放置在面纸上，以替代人工手动对内盒进行定位放置，大大提高工作效率，内盒定位放置效果一致性好，能实现内盒和面纸之间的定位误差在±0.3mm，大大提高精品礼品保证盒的生产质量。
在一个可选的实施例中，S2中对相机组件和机械手组件进行装配标定的方法为：
S21、将直角尺沿输送装置的输送方向水平放置，直角尺位于机械手组件朝向输送装置的一侧；
S22、在机械手组件的Z轴安装长方形的方块，移动机械手组件的Y轴，直至直角尺一组直角边与机械手组件的Y轴移动方向平行，紧固方块；
S23、在相机组件中观察直角尺的另一组直角边，调整相机组件的X轴与直角尺的另一组直角边平行，以实现机械手组件的Y轴与相机组件视野坐标系的X 轴垂直；
S24、移动机械手组件中的Z轴，直至方块内盒放置位置，在内盒放置位置区域内移动机械手组件的Y轴，移动机械手组件中的Z轴上的方块与限位机构的移动间隙平行，以实现内盒抓取位置中心线与机械手组件中的Z轴中心重合；
通过上述过程实现相机组件坐标系、机械手组件坐标系和空间坐标系的统一的标定设计。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (2)
1.一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1、将相机组件和机械手组件配合安装在用于输送面纸的输送装置上；其中，待包装的内盒摆动在输送装置的一侧，并与机械手组件并排分布；
S2、对相机组件和机械手组件进行装配标定，直至机械手组件坐标系中的X轴与相机组件坐标系中的X轴平行、相机组件视野坐标系中的X轴与空间坐标系中的X轴平行以及内盒抓取位置的中轴线与机械手组件中Z轴的中轴线重合；其中，空间坐标系中的X轴方向与输送装置的输送方向相同；
S3、计算面纸在机械手组件坐标系中的坐标位置、X轴等待距离、Y轴的移动距离和旋转角度，计算过程包括以下具体步骤：
S31、将待包装的内盒作为标靶面纸，标靶面纸的长宽值记为(Xb，Yb)，标靶面纸与标靶定位中心的距离为Db；其中，标靶定位中心点位于标靶内盒的中心点；相机组件的坐标记为(i，j)；机械手组件的坐标记为(m，n)；标靶面纸顺时针旋转的角度记为正向数值，标靶面纸逆时针旋转的角度记为负向数值；
S32、当由相机组件确定标靶面纸的中心点坐标为(i，j)时，标靶面纸的旋转角度记为a；
当将标靶内盒放置在标靶定位点时，则标靶内盒的X轴移动距离为m，标靶内盒的Y轴移动距离为n，标靶内盒的旋转角度为b；
标靶内盒在X轴一端距离不变的情况下，由于标靶面纸沿面纸移动方向运动，则标靶内盒的实际放置位置的坐标中心点为(m，n-Db*tg(a))，机械手组件坐标系中X轴的实际距离为Db*cos(a)，旋转角度为b；
S33、若使用真实面纸时，真实面纸的长宽值为(Xm，Ym)，则真实面纸在X轴移动距离不变的情况下，X轴的移动距离为Db*cos(a)，此时真实面纸的中心位置是((j+(Xm-Xb)*cos(a)/2)，(i-(Ym-Yb)*cos(a)/2)；
若标靶内盒的X轴移动距离不变，需要对真实面纸的中心距离进行移动，则中心点的坐标记为(m，n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2)，旋转角度为b；
S34、若使用真实面纸和真实内盒，其中，真实面纸的长宽值为(Xm，Ym)，真实内盒的长宽值为(Xh，Yh)；
则抓取内盒位置移动量为(0，-(Yh-Yb)/2)，将真实内盒定位于真实面纸之上时，
中心点的坐标记为(m，n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2)，
内盒的Y轴实际移动距离为n-Db*tg(a)+(Ym-Yb)*cos(a)/2+(Yh-Yb)/2，
内盒的X轴实际移动距离是Db*cos(a)+(Xm-Xb)*cos(a)/2，旋转角度为b；
因此工作状态下：真实面纸的标定中心的坐标为((j+(Xm-Xb)*cos(a)/2)，(i-(Ym-Yb)*cos(a)/2))，
工作时的真实面纸的计算中心坐标为(Xc，Yc)，旋转角度为a+delt_a
工作时的实际面纸的偏移中心坐标为(Xc-(i-(Xm-Xb)*cos(a)/2)，Yc-(j+(Ym-Yb)*cos(a)/2))，
工作时机械手组件的X轴的等待距离为(Db-(Xc-(i-(Xm-Xb)*cos(a)/2)))*cos(a+delt_a)+(Xm-Xb)*cos(a+delt_a)/2，
工作时机械手组件的Y轴的移动距离为n+Yc-(j+(Ym-Yb)*cos(a)/2)+(Db-(Xc-((i-(Xm-Xb)*cos(a)/2)))*tg(a+delt_a)+(Ym-Yb)*cos(a+delt_a)/2+(Yh-Yb)/2，
工作时机械手组件的旋转角度为b+delt_a。
2.根据权利要求1所述的一种礼品盒生产包装用机器视觉定位方法，其特征在于，S2中对相机组件和机械手组件进行装配标定的方法为：
S21、将直角尺沿输送装置的输送方向水平放置，直角尺位于机械手组件朝向输送装置的一侧；
S22、在机械手组件的Z轴安装长方形的方块，移动机械手组件的Y轴，直至直角尺一组直角边与机械手组件的Y轴移动方向平行，紧固方块；
S23、在相机组件中观察直角尺的另一组直角边，调整相机组件的X轴与直角尺的另一组直角边平行，以实现机械手组件的Y轴与相机组件视野坐标系的X轴垂直；
S24、移动机械手组件中的Z轴，直至方块内盒放置位置，在内盒放置位置区域内移动机械手组件的Y轴，移动机械手组件中的Z轴上的方块与限位机构的移动间隙平行，以实现内盒抓取位置中心线与机械手组件中的Z轴中心重合。
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