基于機(jī)器視覺的物體包裝盒實(shí)時(shí)貼標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為了實(shí)現(xiàn)打印貼標(biāo)機(jī)智能貼標(biāo)的需求，提出了一種基于機(jī)器視覺的物體包裝盒實(shí)時(shí)貼標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并完成了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和整套硬件測(cè)試。該系統(tǒng)的硬件部分主要用來獲取圖像數(shù)據(jù)以及進(jìn)行打印貼標(biāo)操作，軟件部分采用基于輪廓提取和形狀特征識(shí)別相結(jié)合的圖像處理技術(shù)，能夠完成對(duì)其輸出圖像進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和實(shí)時(shí)定位，并通過串口通信將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給控制系統(tǒng)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試準(zhǔn)確的特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；目標(biāo)識(shí)別；實(shí)時(shí)定位；串口通信

目前，工業(yè)生產(chǎn)上對(duì)物體包裝盒的貼標(biāo)主要采用光電傳感器等觸發(fā)機(jī)器的方式，并通過計(jì)算距離、速度等方式估算目標(biāo)物的位置，這樣貼出來的標(biāo)簽精度不高，需要再度進(jìn)行人工檢測(cè)，費(fèi)時(shí)耗力，不能滿足大規(guī)模的高精度貼標(biāo)需求。由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，機(jī)器視覺已廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)、工業(yè)探傷、精密測(cè)控、自動(dòng)化生產(chǎn)、郵政自動(dòng)化、糧食選優(yōu)、顯微醫(yī)學(xué)操作以及各種危險(xiǎn)場(chǎng)合工作的機(jī)器人等領(lǐng)域。打印貼標(biāo)行業(yè)為了提高生產(chǎn)力，獲取快速、高效的貼標(biāo)方法，引進(jìn)機(jī)器視覺技術(shù)已成為大勢(shì)所趨，首先通過對(duì)目標(biāo)物的識(shí)別和實(shí)時(shí)定位來獲取所需的位姿信息，再通過攝像機(jī)標(biāo)定得到目標(biāo)物在線上的精確坐標(biāo)，最后交由貼標(biāo)機(jī)器進(jìn)行貼標(biāo)操作。
可見，對(duì)目標(biāo)物的實(shí)時(shí)位姿信息的獲取變得非常重要。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的快速識(shí)別和準(zhǔn)確定位，在做了需求分析的基礎(chǔ)上，提出并設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺的物體包裝盒實(shí)時(shí)貼標(biāo)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“貼標(biāo)系統(tǒng)”)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)能夠完成對(duì)目標(biāo)物準(zhǔn)確貼標(biāo)，具有應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)需求分析
針對(duì)為滿足實(shí)時(shí)獲取物體包裝盒精確位置的需求，結(jié)合實(shí)際平臺(tái)與應(yīng)用場(chǎng)景，經(jīng)過分析主要從物體輪廓進(jìn)行切入，因所有物體的外包裝盒均為規(guī)則的長方體，故而采取經(jīng)過一系列圖像預(yù)處理后再對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行矩形檢測(cè)的辦法得到包裝盒貼標(biāo)面的中心點(diǎn)坐標(biāo)。
要想完成以上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要做好以下幾個(gè)方面。首先需要能夠驅(qū)動(dòng)工業(yè)相機(jī)，并通過硬件觸發(fā)的方式使相機(jī)能夠在合適的時(shí)機(jī)獲取多張圖片；其次，應(yīng)能對(duì)相機(jī)獲取到的圖片進(jìn)行有效的圖像處理，需進(jìn)行一系列的算法設(shè)計(jì)從而能夠?qū)崟r(shí)獲取目標(biāo)物的圖像坐標(biāo)；再次，還應(yīng)進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，將獲取到的目標(biāo)物圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成世界坐標(biāo)系也就是機(jī)器線上的真實(shí)坐標(biāo)；最后系統(tǒng)要能夠與上位機(jī)控制部分集成并能夠持續(xù)不間斷的運(yùn)作，直到系統(tǒng)要求退出。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
該貼標(biāo)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，首先傳送帶將目標(biāo)物輸送至工業(yè)相機(jī)的視野，并觸發(fā)光電傳感器給出一個(gè)3．3～12 V高電平信號(hào)觸發(fā)相機(jī)進(jìn)行抓拍，獲取目標(biāo)物的圖像信息；然后，通過千兆網(wǎng)線將圖像數(shù)據(jù)傳輸至控制中心(上位機(jī))，上位機(jī)的視覺處理模塊將對(duì)獲取到的圖像進(jìn)行處理，并將處理得到的數(shù)據(jù)交由運(yùn)動(dòng)控制模塊；接著，運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)獲取到的有效數(shù)據(jù)實(shí)行對(duì)機(jī)器部件的命令控制；最后，機(jī)器部件根據(jù)上位機(jī)的指示進(jìn)行打印和貼標(biāo)操作，從而實(shí)現(xiàn)一次完整的貼標(biāo)過程。