CN101941537B - 基于机器视觉的方便面面碗自动对正检测方法和仪器 - Google Patents

Abstract

本发明属于食品包装技术领域，涉及一种基于机器视觉的方便面面碗自动对正检测仪器，包括摄像头、光源、顶升旋转机构、位置传感器、控制器PLC和计算机，每个摄像头用于检测一个工位，每个工位设置有一个用于托起和旋转面碗的顶升旋转机构，位置传感器用来感知包装线的工作节拍；PLC控制器根据位置传感器的输入，控制顶升旋转机构的动作，触发摄像头从不同的旋转角度拍摄面碗图像；计算机根据输入的面碗图像，得到方便面面碗旋转对正所需要的调整角度；PLC控制器根据计算机发送来的调整角度控制顶升旋转机构工作，调整面碗的旋转角度。本发明同时提供一种使用上述仪器实现的方便面面碗自动对正检测方法。本发明能够快速、客观、准确地对面碗位置的角度信息进行检测和对正。

Description

基于机器视觉的方便面面碗自动对正检测方法和仪器

技术领域

本发明属于食品包装技术领域，具体涉及一种方便面面碗自动对正的检测方法和仪器。

技术背景

随着全球经济一体化趋势的加剧，企业之间的竞争已不仅表现在产品的质量和价格方面，外包装的质量和款式已经成为企业核心竞争力的重要组成部分。如何提升产品外包装的水准，树立企业形象，吸引消费者已经摆在每个企业面前。

在方便面包装过程中，通常纸制面碗随机摆放导致碗盖与面碗图案不能协调一致。外包装图案混乱的产品流入市场后会直接影响生产厂家的市场形象，逐渐丧失消费者。目前仅有一条面碗为正方形的干拌面生产线使用了面碗自动对正***。而数量众多的圆形面碗方便面生产线始终没有实用的面碗自动对正***。原因有两点，一圆形面碗方便面生产线速度快。方便面生产线最慢的速度为每分钟300碗，留给面碗自动对正***检测和对正的时间只有不到1秒钟；二面碗对正的精度要求高，误差小于0.5毫米。因此圆形面碗自动对正***实现难度大，目前没有同类***投入使用，采用人工检测对正的方法更是无法实现，必须依靠精确高速的面碗自动对正***予以实现。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种可以适应快速包装线的基于机器视觉的方便面面碗自动对正检测仪器。本发明通过以下技术和方法实现：

一种基于机器视觉的方便面面碗自动对正检测仪器，包括至少一个摄像头、光源、顶升旋转机构、位置传感器、控制器PLC和计算机，其中，每个摄像头用于检测一个工位，每个工位设置有一个用于托起和旋转面碗的顶升旋转机构，位置传感器用来感知包装线的工作节拍；PLC控制器根据位置传感器的输入，控制顶升旋转机构的动作，触发摄像头从不同的旋转角度拍摄面碗图像；计算机根据输入的面碗图像，分析图像中是否存在特征点及特征点的位置，在此基础上获得方便面面碗旋转对正所需要的调整角度；PLC控制器根据计算机发送的调整角度控制顶升旋转机构工作，调整面碗的旋转角度，实现面碗的对正。

作为优选实施方式，所述的光源为条形光源，所述的摄像头为黑白面阵摄像头，排成一排，位于光源下方，光源和摄像头通过支架固定在包装线前进方向的斜上方；所述的特征点为QS标志、康师傅标志、倒汤口等带有明显标志的图案或形状。

本发明同时提供一种使用所述的检测仪器实现的方便面面碗自动对正检测方法，包括下面的步骤：

1)分别选择各个工位的面碗上的特征点作为检测模板；

2)分别对每个工位进行标定，建立面碗特征点的位置与面碗角度之间的关系。

3)选择产品，自动导入各个工位的检测模板和相应的标定；

4)PLC控制器根据位置传感器的输入，控制顶升旋转机构的动作，触发摄像头从不同的旋转角度拍摄面碗图像；计算机根据输入的面碗图像，分析图像中是否存在特征点及特征点的位置，在此基础上获得方便面面碗旋转对正所需要的调整角度；

5)PLC控制器根据计算机发送的调整角度控制顶升旋转机构工作，调整面碗的旋转角度，实现面碗的对正。

所述的特征点为QS标志、康师傅标志、倒汤口等带有明显标志的图案或形状。

本发明的方便面面碗自动对正检测仪器与方法，通过图像采集处理***，检测特征点QS标志的存在性，并依据标定计算出QS标志的调整角度，本发明根据这个角度旋转面碗使得面碗和碗盖的图案对正。该方法及仪器应用于产品包装线上，能够快速、客观、准确地对面碗位置的角度信息进行检测和对正，大大提高产品外包装的质量。

附图说明

图1基于机器视觉的方便面碗盖自动对正***正面视图；

图2基于机器视觉的方便面碗盖自动对正***侧面视图；

图3本发明实施例的软件检测对正流程图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见图1和图2，本实施例的基于机器视觉方便面面碗自动对正检测仪器，可用于10个工位方便面面碗和碗盖的图案对正和检测，主要包括10个工业摄像头1、照明光源2、顶升旋转机构4、计算机5、PLC控制器6以及一个位置传感器7。计算机通过图像采集卡采集10个工业摄像头1拍摄的图像，计算机内部装有图像采集控制软件和图像分析检测软件。

本实施例特别适用于圆形桶装方便面包装线，光源2采用条形光源、工业摄像头1由一组排成一排的面阵黑白CCD相机组成，每个面阵黑白CCD相机用于检测位于其下方的一个工位上的面碗，各个黑白摄像头安装在条形光源侧下方，通过支架将黑白摄像头及条形光源固定在包装线前进方向斜上方。位置传感器放置于包装线传动轴码盘处，用来感知方便面面碗运动节拍，PLC控制摄像头拍摄和顶升旋转机构的动作。摄像头，光源和位置传感器等的供电均通过线缆由机柜内电源完成。

实现的方法：1、标定操作在检测程序开启之前，用于建立面碗特征点即QS标志(还可以是康师傅标志、倒汤口等带有明显标志的图案或形状)的位置与面碗角度之间的关系。具体方法为相机镜头正对面碗上QS标志，使用标定卡具保证QS标志出现在显示器显示相框绿色十字架的正中心。以此时QS标志的位置为0度坐标点，电机向左跃进25度，从该位置起电机向右等间隔跃进，总计50度，间隔内进行线性优化。2、摄像头和条形光源架设在生产线前进方向的斜上方，当顶升旋转机构将面碗托起并旋转之后，由PLC控制摄像头对面碗等间隔拍摄，间隔30度一共拍摄12张图片，旋转机构停止旋转，等待PLC给出调整指令。计算机对每张图片实时分析处理，以确定该张图片是否存在QS标志，并通过标定获得调整角度，发送给PLC。3，PLC根据计算机给出的旋转角度，控制电机旋转。PLC以180度为界，当调整角度小于180时正向旋转，反之反向旋转，最终使得面碗对正；

图3为通过本发明的基于机器视觉方便面面碗自动对正仪器执行QS标志检测和对正的流程步骤：

1、建立模板，分别选择10个工位的QS标志作为检测模板。

2、标定，分别对10个工位进行标定。标定操作在检测程序开启之前，用于建立面碗QS标志的位置与面碗角度之间的关系。

3、选择产品，自动导入各个工位的模板(QS标志)和标定；

4、通过位置传感器掌握包装线的工作节拍，通过PLC控制摄像头和顶升旋转机构的

工作节拍，计算机对每张图片进行实时处理，得到QS标志的调整角度。

5、将QS标志的调整角度发送给PLC，由PLC控制电机旋转，实现碗盖与桶身图案对正。

综上所述，本发明的方便面面碗自动对正检测方法及仪器，通过图像采集处理***，检测QS标志的存在性，并依据标定计算出QS标志的调整角度，对正***根据这个角度旋转面碗使得碗盖对正。该方法及仪器应用于产品包装线上，完全克服了人工目测法中主观因素的干扰，能快速、客观、准确地对面碗位置的角度信息进行检测，大大提高产品外包装的质量。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的方便面面碗自动对正检测仪器，包括至少一个摄像头、光源、顶升旋转机构、位置传感器、PLC控制器和计算机，其中，每个摄像头用于检测一个工位，每个工位设置有一个用于托起和旋转面碗的顶升旋转机构，位置传感器用来感知包装线的工作节拍；PLC控制器根据位置传感器的输入，控制顶升旋转机构的动作，触发摄像头从不同的旋转角度拍摄面碗图像；计算机根据输入的面碗图像，分析图像中是否存在特征点及特征点的位置，在此基础上获得方便面面碗旋转对正所需要的调整角度；PLC控制器根据计算机发送的调整角度控制顶升旋转机构工作，调整面碗的旋转角度，实现面碗的对正。

2.根据权利要求1所述的自动对正检测仪器，其特征在于，所述的光源为条形光源，所述的摄像头为黑白面阵摄像头，排成一排，位于光源下方，光源和摄像头通过支架固定在包装线前进方向的斜上方。

3.根据权利要求1所述的方便面面碗自动对正检测方法，其特征在于，所述的特征点为QS标志、康师傅标志和倒汤口。

4.一种使用权利要求1所述的检测仪器实现的方便面面碗自动对正检测方法，包括下面的步骤：

1)分别选择各个工位的面碗上的特征点作为检测模板；

2)分别对每个工位进行标定，建立面碗特征点的位置与面碗角度之间的关系。

3)选择产品，自动导入各个工位的检测模板和相应的标定；

4)PLC控制器根据位置传感器的输入，控制顶升旋转机构的动作，触发摄像头从不同的旋转角度拍摄面碗图像；计算机根据输入的面碗图像，分析图像中是否存在特征点及特征点的位置，在此基础上获得方便面面碗旋转对正所需要的调整角度；

5)PLC控制器根据计算机发送的调整角度控制顶升旋转机构工作，调整面碗的旋转角度，实现面碗的对正。

5.根据权利要求4所述的方便面面碗自动对正检测方法，其特征在于，所述的特征点为QS标志、康师傅标志和倒汤口。

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