CN216784076U - 一种自动计数包装系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种自动计数包装系统，包括工控机、抖料机构、传送机构和计数机构；所述的传送机构包括第一传送带、第二传送带；所述的第二传送带的传送速度大于第一传送带；所述的计数机构包括粗计数装置和精计数装置；所述的粗计数装置包括设置在第一传送带末端与第二传送带起始端交接处的第一相机；所述的精计数装置包括设置在第二传送带上部靠近末端位置的第二相机；在所述工控机中包括面积计数模块和模板匹配计数模块。本实用新型采用机器视觉的非接触式自动计数设备：可以实现无需人工干涉自动计数，完成物料定数包装；适应多款物料。

Description

一种自动计数包装系统

技术领域

本实用新型涉及包装系统领域，特别涉及一种多传感器融合的细小物料自动计数包装系统。

背景技术

随着我国工业现代化进程的加快，传统工业生产领域也迎来了改革创新的浪潮。以螺钉、螺母这类紧固件物料来说，其作为硬件组装中不可或缺的一部分，其市场需求量巨大。市场上，紧固件这类工业用品一般以定数包装进行销售。基于这一特点，如何提高紧固件计数的速度、精准度成为生产、包装厂商的一个迫在眉睫的需求。

以紧固件为例，当前工业生产中紧固件计数包装环节大多采用人工计数、组合称重或者光电门计数等传统方式，计数环节较为复杂，缺点明显，难以达到高速、高精度的要求，且劳动强度大、生产成本高，不符合工业现代化的标准。如今，随着数字图像理论的发展以及工业相机、计算机处理器等硬件设备性能的提升，机器视觉得到了突飞猛进的发展。因此，将机器视觉应用于工业生产足以改善传统计数方式的不足，进一步提升计数的速度和精准度。

由于目前市场需求较大，因此物料计数相关的专利也存在较多，并且也取得了很好的实用价值。但是已公布的专利大多采用改进传统计数方式进行自动化计数，未能融合机器视觉，在计数包装的准确度和精度方面存在着较大的提升空间。例如：公开了的“螺栓螺母包装系统”，便是通过组合称重的方式进行自动化计数包装，虽然能够大大提高生产的效率，但是在一定程度上影响了计数的精准程度。

实用新型内容

本实用新型提供一种自动计数包装系统，该系统是基于机器视觉的非接触式自动计数设备：可以实现无需人工干涉自动计数，完成细小物料定数包装；适应多种物料。

本实用新型为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种细小物料自动计数包装系统，包括工控机、抖料机构、传送机构和计数机构；

所述的传送机构包括第一传送带、第二传送带；

所述的第一传送带设置在抖料机构的料斗下面承接由料斗抖落下的物料；所述的第二传送带的起始端设置在第一传送带的末端下面，承接由第一传送带掉落的物料；

所述的工控机中的控制机构中包括

第一控制模块，所述的第一控制模块控制第二传送带的传送速度大于第一传送带的传送速度；

所述的计数机构包括粗计数装置和精计数装置；

所述的粗计数装置包括设置在第一传送带末端与第二传送带起始端交接处的第一相机；

所述的精计数装置包括设置在第二传送带上部的第二相机；

在所述工控机中还包括面积计数模块和模板匹配计数模块，所述的面积计数模块与第一相机相连，所述的模板匹配计数模块与第二相机相连。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：所述的传送机构中还包括第三传送带；所述第三传送带上放置承接由第二传送带末端落下的物料的包装盒；所述的工控机中的控制机构中还包括控制第三传送带在包装盒没有装满时停止传送，且在第三传送带传送时，第一传送带、第二传送带和抖料机构停止工作的第二控制模块。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：还包括用于检测物料的包装盒是否到位的包装盒到位检测装置，所述的包装盒到位检测装置包括设置在第三传送带两侧，第二传送带输出端下侧的第一红外传感器，所述的第一红外传感器与工控机相连。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：还包括补料模块，所述补料模块在精计数装置计数结果少于包装需要物料数目时，将物料补充到包装盒内。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：所述的补料模块包括将物料传送到包装盒内的第四传送带和将物料排列整齐且分散在第四传送带上的理料机构以及对第四传送带上紧固件计数的第二红外线传感器。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：所述的理料机构设置在抖料机构的料斗内包括将料斗分开与第四传送带等宽空间的隔板，一端分别设置在隔板上或者料斗壁上的两块柔性金属板，所述的两块柔性金属板形成漏斗，漏斗口正对所述的第四传送带；还包括调节漏斗最大打开宽度的调节螺栓，设置在漏斗两边柔性金属板上的电磁铁，所述的电磁铁由工控机控制。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：还包括设置在第四传送带首端两侧的第二红外线传感器，所述的第二红外线传感器与工控机相连。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：所述的第一传送带和第二传送带水平设置。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：在所述第一传送带和第二传送带的表面设置有起到防滑作用的纹理。

进一步的，上述的自动计数包装系统中：所述的第一相机还设置有高亮度条形光源，所述的第二相机还设置有高亮同轴光源。

本实用新型采用机器视觉的非接触式自动计数设备：可以实现无需人工干涉自动计数，完成物料定数包装；适应多种物料。

设计了两级传送带进行物料传动，第一级传送带转动快，第二级传送带转动慢，通过两级传送带间的速度差，实现传送带上物料分散，避免因物料堆叠产生的计数误差。

本实用新型设计了一种通过机器视觉进行物料计数的系统，该系统适应性强，可以应用于不同样式物料的计数包装生产线，节省了生产过程中重复购置硬件设备的成本。

另外，本实用新型中，设计了两级传送带进行物料传动，依靠两级传送带之间的速度差及纹理分布可实现物料的充分分散，减少了因物料粘连导致计数不准的情况。

增加了补料模块，在理料环节中依照红外传感器的视觉反馈，通过电磁铁控制柔性金属板的开闭，使补料模块中的待补物料排列有序且分散，通过视觉算法进行计数实现了精准补料，保证了最终包装内物料数量达到预设数目。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细地说明。

附图说明

附图1为本实用新型实施例1控制原理框图；

附图2为本实用新型实施例1结构示意图；

附图3为本实用新型实施例1的理料机构结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1，本实施例是一种螺丝等紧固件细小物料自动计数包装系统，如图1和图2所示，包括工控机、抖料机构100、传送机构和计数机构。

传送机构包括第一传送带10、第二传送带20、第三传送带30；第一传送带10、第二传送带20都可以水平设置，第三传送带30根据需要设置。

第一传送带10设置在抖料机构100的料斗101下面承接由料斗101抖落下的紧固件；第二传送带20的起始端设置在第一传送带10的末端下面，承接由第一传送带10掉落的紧固件；第三传送带30平放，上面设置有承接由第二传送带20末端落下的紧固件的包装盒。

工控机中的控制机构中包括控制第二传送带20的传送速度大于第一传送带10的第一控制模块；控制第三传送带30在包装盒没有装满时停止传送，且在第三传送带30传送时，第一传送带10、第二传送带20和抖料机构100停止工作的第二控制模块。

还包括用于检测紧固件的包装盒是否到位的包装盒到位检测装置，包装盒到位检测装置包括设置在第三传送带两侧，第二传送带输出端下侧的第一红外传感器50，第一红外传感器与工控机相连。第一红外传感器50是一对安装在包装盒位置的红外线对射管，当包装盒到位时，红外线接收管不能收到由红外线发射管发射的红外线，此时向工控机报告包装盒没有到位，由工控机控制第三传送带30运动，直到第三传送带30上的包装盒到位以后才停止。

具体的，如图2所示：本实施例中，传送机构主要由第一传送带10、第二传送带20、第三传送带30等三个部分组成。

工作原理：抖料机构100进料后，第一传送带10接收由抖料机构100抖落的螺丝，第一传送带10表面带有一定的纹理，可以起到防滑作用，并且在一定程度上有着分散螺丝的效果。第二传送带20接收由第一传送带10下落的螺丝，第二传送带20表面同样带有一定的纹理，起到防滑和分散螺丝的目的。并且，在工控机的控制下，第二传送带20的转速快于第一传送带10，其目的是进一步分散紧固件。第三传送带30上放置螺丝包装盒，包装盒接收第二传送带20下落的螺丝。系统开始工作时，在工控机的控制下，第三传送带30启动，将螺丝包装盒运送到指定位置后，抖料机构100、第一传送带10、第二传送带20启动，第三传送带30停止。抖料机构100、第一传送带10持续运行，粗计数环节接收精计数环节反馈的第二传送带20上一轮计数剩余紧固件个数并计算本轮计数数目后，通过粗计数环节使第二传送带20接收到指定数目的紧固件后，抖料机构100、第一传送带10停止。第二传送带20持续运行，直到通过精计数环节计数指定数量的紧固件后，确定第二传送带20停止位置，该停止位置需满足当第二传送带20在停止位置停止时，落入紧固件包装盒内物料数量小于或等于包装需要紧固件数量，当确定的停止位置内紧固件数量小于包装内需要紧固件数目时，补料模块启动，通过精计数模块计数补料数量，确定第四传送带40停止位置，补足包装内紧固件。当确定的停止位置内紧固件数量等于包装内需要紧固件数目时，跳过补料流程。第二传送带20运动到指定停止位置之前继续计数，获得第二传送带20上超过指定数目的紧固件个数并反馈至粗计数环节，随后第二传送带20停止，进行补料环节，补料完成后第三传送带30启动，至下一空包装盒到指定位置后，重复上述流程，完成自动计数包装流程。

本实施例中，计数机构包括粗计数装置和精计数装置。粗计数装置包括设置在第一传送带10末端与第二传送带20起始端交接处的第一相机61；精计数装置包括设置在第二传送带20上部靠近末端位置的第二相机62；在工控机中包括分别与第一相机61相连的面积计数模块，和第二相机62相连的模板匹配计数模块。我们知道，在传送带上紧固件(物料)密度大时，由于紧固件会填满整个传送带上，此时，一般根据经验坚固件的数量是与面积成正比的，因此，在工控机中面积计算模块根据第一相机61抓拍的图像计算紧固件堆积的区域面积能够初步得到紧固件的数量，这就是一种粗计算，精度不会太高。而精计数装置则是利用第二相机62拍摄的照片进行模板匹配计数，对每一枚紧固件进行匹配计数，精度较高。

如图2所示，计数机构主要由第一相机61及镜头、第二相机62及镜头、高亮同轴光源70、高亮条形光源71等组成。

由第一相机61、高亮条形光源71组成的视觉模块置于第一传送带10输出端与第二传送带20输入端交接处，对第一传送带10下落的紧固件进行图像采集，采集到的图像用于粗计数。由第二相机62、高亮同轴光源70组成的视觉模块置于第二传送带20上部，靠近第二传送带20输出端位置，对第二传送带20、第四传送带40上的紧固件进行图像采集，采集到的图像用于精计数。考虑到紧固件经过第一相机时分布较为密集，因此粗计数环节采用对目标物体分布密集度不敏感的面积计数方法，考虑到背景因素会对面积计数算法产生较大影响，因此采用背光源成像方式，即光源安装于第一传送带10下方紧靠第一传送10带输出端位置。其具体步骤为：第一相机61采集的图形经过预处理后，提取连通域的面积特征，以连通域面积均值作为单个紧固件图像面积的最优解，单个紧固件图像面积叠加逐次逼近各个连通域内紧固件个数，以获得粗计数环节紧固件个数。紧固件经过第二相机62时分布已经足够分散，且成像内容较为复杂，包含了传送带纹理、油污等信息，因此精计数环节采用模板匹配的计数方法，模板匹配算法需要成像中光照均匀，因此采用高亮同轴光源70成像方式，即光源安装于第二相机62镜头下方，光源中心轴与相机镜头中心轴在同一直线上。其具体步骤为：第二相机62采集的图像经过预处理后，调用已设定好的模板进行匹配计数，以获得精计数环节紧固件个数。

本实施例中，还包括在精计数装置计数少于包装需要紧固件数目时，将紧固件补充到包装盒内的补料模块。补料模块包括将紧固件传送到包装盒内的第四传送带40和将紧固件排列整齐且分散在第四传送带40上的理料机构200以及对第四传送带40上紧固件计数的第二相机62。理料机构如图3所示，它设置在抖料机构100的料斗101内包括将料斗101分开与第四传送带40等宽空间的隔板1，一端分别设置在隔板1上或者料斗101壁上的两块柔性金属板2，两块柔性金属板2形成漏斗，漏斗口正对的第四传送带40；还包括调节漏斗最大打开宽度的调节螺栓3，设置在漏斗两边柔性金属板2上的电磁铁4，电磁铁4由工控机控制。还包括设置在第四传送带40首端两侧的第二红外线传感器51，第二红外线传感器51与工控机相连。第二红外线传感器51与第一红外线传感器50一样，也是对射红外线管组成，当有紧固件从中间走过时，将产生一个脉冲信号给工控机，工控机对脉冲信号进行计数，就可以获得在第四传送带40上传送的待补料数量。

如图2所示，补料模块主要由理料机构200、第二红外传感器51、第四传送带40、第二相机62等组成。系统开始工作后，第二红外传感器51检测到紧固件时，启动第四传送带40，第四传送带40持续接收经由理料后的紧固件至一定数量后，第四传送带40停止。精计数时，第二传送带20停止位置以内的紧固件个数小于等于包装需计数数目。精计数环节获得实际计数数目后，反馈至补料模块，第四传送带40启动，由精计数环节计数第四传送带40实际落入包装盒的紧固件个数，确定第四传送带40停止位置，以实现补料机构补足包装盒内紧固件数目，由此完成紧固件精准计数。

本实施例中，如图2和图3所示，理料机构200主要由隔板1、柔性金属板2、电磁铁4、调节螺栓3、第二红外传感器等组成。隔板1、柔性金属板2、调节螺栓3、电磁铁4置于抖料机构100的料斗101上，隔板1将料斗101分开与第四传送带40等宽空间，柔性金属板2置于上述等宽空间内，前端带有电磁铁4、上端带有调节螺栓3。系统未工作时，可由调节螺栓3调节柔性金属板2最大打开的宽度。系统开始工作前，工作人员调节螺栓至宽度恰好能允许单颗螺丝通过。抖料机构100进料后，电磁铁4断电，柔性金属板2打开，此时物料螺丝可以通过柔性金属板2间隙也就是漏斗落入第四传送带。第二红外传感器感应到紧固件经过时，计数并控制电磁铁4产生吸力，柔性金属板2关闭，此时物料螺丝无法下落。短时间后，电磁铁4断电打开柔性金属板2。重复此过程，可实现第四传送带上紧固件排列整齐且分散。

另外，本实施例中，还包括防护系统，防护系统主要由第一相机相机罩、第二相机相机罩、自动擦拭装置等三个部分组成。第一相机、第二相机通过相机罩隔离，防止细小硬物飞溅影响。相机罩的镜头一侧配有自动擦拭装置，当相机成像中出现污渍或者水汽时，自动擦拭装置便会启动，将其擦拭干净，使相机能够正常成像。

本实施例具有如下特点：

1、设计了一种通过机器视觉进行紧固件计数的系统，该系统适应性强，可以应用于不同样式紧固件的计数包装生产线，节省了生产过程中重复购置硬件设备的成本。

2、设计了两级传送带进行紧固件传动，依靠两级传送带之间的速度差及纹理分布可实现紧固件的充分分散，减少了因紧固件粘连导致计数不准的情况。

3、增加了补料模块，在计数环节无法下落指定数目紧固件的情况下，可通过补料模块进行补料，保证了包装内紧固件数目达到预设数量，补料模块中排列整齐且分散的待补物料在计数环节中经由理料机构整理，节省了补料工序。

4、具备包含粗计数、精计数的双重计数环节，极大地避免了偶然因素带来的计数错误的情况，提高了计数的准确性。

5、设计了面积计数算法、模板匹配算法，分别用于应对不同背景及紧固件排列场景下的紧固件计数任务，避免了因外界条件影响带来的计数误差，增强了紧固件计数的精确度。

6、具备相机保护罩、自动清理装置，在感知到油污或者水汽等影响成成像的因素出现后自动清理，省去人工清理的环节，一定程度上避免了操作人员误触、误操作带来的相机损坏的情况，节省了人力物力成本。

Claims (10)

1.一种自动计数包装系统，包括工控机、抖料机构、传送机构、计数机构；其特征在于：

所述的传送机构包括第一传送带、第二传送带；

所述的第一传送带设置在抖料机构的料斗下面承接由料斗抖落下的物料；所述的第二传送带的起始端设置在第一传送带的末端下面，承接由第一传送带掉落的物料；

所述的工控机中的控制机构中包括第一控制模块，所述的第一控制模块控制第二传送带的传送速度大于第一传送带的传送速度；

所述的计数机构包括粗计数装置和精计数装置；

所述的粗计数装置包括设置在第一传送带末端与第二传送带起始端交接处的第一相机；

所述的精计数装置包括设置在第二传送带上部的第二相机；

在所述工控机中还包括面积计数模块和模板匹配计数模块，所述的面积计数模块与第一相机相连，所述的模板匹配计数模块与第二相机相连。

2.根据权利要求1所述的自动计数包装系统，其特征在于：所述的传送机构中还包括第三传送带；所述第三传送带上放置承接由第二传送带末端落下的物料的包装盒；所述的工控机中的控制机构中还包括控制第三传送带在包装盒没有装满时停止传送，且在第三传送带传送时，第一传送带、第二传送带和抖料机构停止工作的第二控制模块。

3.根据权利要求2所述的自动计数包装系统，其特征在于：还包括用于检测物料的包装盒是否到位的包装盒到位检测装置，所述的包装盒到位检测装置包括设置在第三传送带两侧，第二传送带输出端下侧的第一红外传感器，所述的第一红外传感器与工控机相连。

4.根据权利要求3所述的自动计数包装系统，其特征在于：还包括补料模块，所述补料模块在精计数装置计数结果少于包装需要物料的数目时将物料补充到包装盒内。

5.根据权利要求4所述的自动计数包装系统，其特征在于：所述的补料模块包括将物料传送到包装盒内的第四传送带和将物料排列整齐且分散在第四传送带上的理料机构以及对第四传送带上紧固件计数的第二红外传感器。

6.根据权利要求5所述的自动计数包装系统，其特征在于：所述的理料机构设置在抖料机构的料斗内，包括将料斗分开与第四传送带等宽空间的隔板，一端分别设置在隔板上或者料斗壁上的两块柔性金属板，所述的两块柔性金属板形成漏斗，漏斗口正对所述的第四传送带；还包括调节漏斗最大打开宽度的调节螺栓，设置在漏斗两边柔性金属板上的电磁铁，所述的电磁铁由工控机控制。

7.根据权利要求6所述的自动计数包装系统，其特征在于：还包括设置在第四传送带首端两侧的第二红外线传感器，所述的第二红外线传感器与工控机相连。

8.根据权利要求1至7中任一所述的自动计数包装系统，其特征在于：所述的第一传送带和第二传送带水平设置。

9.根据权利要求8所述的自动计数包装系统，其特征在于：在所述第一传送带和第二传送带的表面设置有起到防滑作用的纹理。

10.根据权利要求8所述的自动计数包装系统，其特征在于：所述的第一相机还设置有高亮条形光源，所述的第二相机还设置有高亮同轴光源。

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