一种在线视觉定位系统的同步方法与流程

本发明涉及自动化生产线，特别涉及一种在线视觉定位系统的同步方法。

背景技术：

酒水饮料等生产厂商在产品生产时，往往会推出设计精美独特的容器，配合市场推广，品牌展示，以满足终端客户个性化的需求。比如现在市场上越来越多的啤酒，葡萄酒，白酒以及饮料所采用的容器上出现了浮雕，品牌标记，窗口和其它特征。为了提高产品的美观，需要将标签贴在容器特定的位置，比如浮雕的正下方或者指定的窗口内。为了满足这个需求贴标机内出现了基于视觉的定位摆正系统。相对于传统的机械式定位系统有着效率高，通用性好的特点。为了提高定位摆正的实际精度通常需要预定位和精定位两次定位。整个定位系统需要的空间比较大。很难将定位系统集成到现有的小型贴标机内。所以需要一种方法能够缩小定位系统需要的空间，以便于定位系统能够被更加广泛的应用到自动化灌装产线或者其它类似的行业中。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种在线视觉定位系统的同步方法，通过建立更强的视觉定位系统与伺服控制系统同步过程，使得定位系统要求的伺服电机的旋转距离变小，从从而减小单个定位摆正模块需要的空间。

本发明的技术方案是：

一种在线视觉定位系统的同步方法,所述在线视觉定位系统包括视觉定位系统、伺服控制系统和伺服电机，所述视觉定位系统对生产线上的定位对象拍摄成像，根据视觉特征查找定位对象的特征位置，并将结果送到伺服控制器，伺服控制器根据特征位置结果控制伺服电机带动定位对象一起旋转一定的角度，完成定位对象的定位摆正，所述同步方法为：

从视觉定位系统输出的相机触发信号，一方面触发相机拍照，同时发送到伺服控制系统，引发伺服控制系统中断，伺服控制系统通过实时总线和伺服电机通讯，记录相机触发时刻对应伺服电机的实时位置，确保在任何一个相机拍摄图片的时刻，伺服电机的绝对位置都被伺服控制系统记录下来。

优选的，所述视觉定位系统和伺服电机向伺服控制系统传输的信息还包括相机触发序号和相对角度信息。

优选的，所述视觉定位系统对生产线上的定位对象拍摄成像的方法为：伺服控制系统控制伺服电机完成360度旋转，视觉定位系统控制多个相机在该阶段拍摄多幅图片，对定位对象实现360度的全景拍照。

优选的，所述视觉定位系统摄取图像后，对所得到的每幅图像进行图像处理和特征查找，确定特征可信度和特征位置，并找出所有图像中查找到的特征可信度最高的图像，通过该图像特征位置及其同步的拍照图片时伺服电机和定位对象托盘的绝对位置，计算出伺服电机需要旋转的最终角度。

优选的，所述视觉定位系统通过实时工业控制总线按照预设的协议在预设的时间窗口将特征位置结果送到伺服控制系统。

优选的，所述伺服控制系统根据伺服电机需要旋转的最终角度信息，带动定位对象旋转指定的角度使得查找的特征朝正前方。

优选的，对于精度要求较高的场合，在第一次定位完成后，在线视觉定位系统重复一次定位的步骤进行第二次精确定位。

优选的，所述第二次精确定位的拍摄成像的阶段，与第一次定位的伺服电机带动定位对象完成定位摆正阶段的尾部时间重合。

本发明的优点是：

1．本发明所提出的在线视觉定位系统的同步方法，通过将视觉定位系统的相机的硬件触发信号直接通过电路引入到伺服控制系统，利用硬件的中断信号存储伺服电机被拍照时的实时位置，在视觉定位系统拍照的任意时刻，伺服电机的位置都是已知的，实现了伺服控制器和视觉定位系统之间的真正同步。

2．通过本发明的同步方法，缩短了360度成像需要的贴标机主轴旋转角度，从而使定位系统需要更小的安装空间。

3．本发明同步方法构建的闭环系统，消除了相机机械安装和伺服系统自身的控制误差，提高了预定位的精度，对于很多应用可以省略掉精定位模块，使整个系统更加小型化，小型的贴标机中也可以应用该定位系统，使定位系统的市场适用面更加广泛。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为无同步的视觉定位系统应用在旋转式贴标机内的工作过程图；

图2为无同步的伺服电机角度和贴标机主轴角度的控制曲线；

图3为本发明的定位系统相机和伺服控制器硬件连接示意图；

图4为本发明带同步的伺服电机角度和贴标机主轴角度的控制曲线；

图5为本发明带同步的省略精定位摆正过程的伺服电机角度和贴标机机器主轴角度的控制曲线。

具体实施方式

在线视觉定位系统应用到贴标机内，通过和贴标机伺服电机的配合完成能够定位摆正功能。系统的实现分为三步，第一步是360度图像的摄取，第二步是图像信号处理查找特征位置，第三步是通过查找的结果控制伺服电机旋转带动容器旋转到希望的位置。对于精度要求比较高的场合可以增加精定位模块再次摄取图像并控制伺服系统定位摆正。

如图1所示，是视觉定位系统应用到旋转式贴标机内的示意图。首先容器通过左边的进给星轮进入贴标机。进入贴标机之后，通过上端固定嘴和下端伺服电机控制托盘压紧固定。托盘从a点开始旋转到b点结束总共经过六个阶段，如图1和2所示：

1．伺服电机加速旋转到一定的速度v；

2．伺服电机保持速度v匀速旋转；多个相机在该阶段拍摄多幅图片，对容器实现360度的全景拍照；

3．伺服电机减速，最终将速度降为0；

4．根据定位系统的结果伺服电机旋转指定的角度后停止；

5．保持不旋转状态，精定位模块再次摄取图像；

6．再次根据定位系统的结果伺服电机旋转指定的角度后停止。

经过以上六个阶段后托盘随着贴标机主轴旋转角度a到b点。在整个过程中，定位系统两次通过总线方式将计算的结果传递给伺服控制系统。除此之外，定位系统和伺服控制系统之间没有直接的同步机制。所以在相机摄取图像的时间点（段2，段5）伺服电机的位置必须是已知的。段2必须是匀速段，段5不旋转，否则无法根据图像处理的结果得出实际需要旋转的角度。整个过程贴标机主轴旋转角度α，需要较大的空间，很难集成到小型贴标机内。而且相机安装位置误差，标定误差等都会直接影响最终的定位精度。

如图3所示，本发明的同步方法是通过将相机的硬件触发直接通过电路和伺服控制系统连接，从视觉定位系统输出的硬件触发相机信号直接进入伺服控制系统。由于伺服控制系统通过自有协议通过实时总线和伺服电机通讯，所述视觉定位系统和伺服电机向伺服控制系统传输的信息还包括相机触发序号和相对角度信息，所以对于伺服控制器任何时刻与之相连的伺服电机的位置都是已知的。相机触发信号一方面触发相机拍照，同时引发伺服控制系统中断，记录该时刻对应容器的伺服电机的实时位置。通过这个同步机制，保证了在任何一个相机拍摄图片的时候，伺服电机的绝对位置都被伺服控制系统记录下来。相对于非同步定位系统，相机的机械安装误差，伺服电机在拍照段的旋转误差都不会对最终的定位误差产生影响。而且由于电机任何时刻的位置已知，系统可以在任何时刻拍照，不需要一定在匀速段或者电机不旋转的时候。

采用本发明的同步方法，上述的1，2，3段可以合成为一段，只要伺服电机在该段内完成360度旋转，视觉定位系统控制多个在该阶段拍摄多幅图片，对定位对象实现360度的全景拍照。而且第5段二次拍摄段可以直接放到第4段的尾部。使用该同步方法后伺服电机和贴标机主轴的相对位置如图4所示。整个定位段由6段减少为3段，节约了模块的机械尺寸。除此之外，由于不受机械安装误差，伺服控制段中控制误差的影响，不仅仅节约了空间，而且提高了第一个定位摆正模块的精度。

在很多应用中可以省略掉后面的精定位模块，不需要再次对容器拍摄照片，修正预定位摆正的步骤。整个过程可以进一步减小到2段，如图5所示。大大地减小了整套系统的体积和需要的安装空间。

无同步的定位系统和带同步的定位系统的对比如表1所示。

表1：有同步和无同步的对比

目前本发明的系统已经成功地应用到模块式啤酒瓶高速贴标机内，完成对玻璃瓶的定位测试。系统最高可以处理72000瓶每小时，定位精度可以达到±1.5毫米，摆正准确率可达99.9%。该系统也可以同样应用于（但不局限于）pet瓶，葡萄酒和其它高浓度酒精类饮料的贴标生产线上，替代机械式定位或者人工贴标的过程。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。