基于视觉的定量灌液系统及其灌液方法与流程

本发明属于灌液的技术领域，特别是涉及基于视觉的定量灌液系统及其灌液方法。

背景技术：

近年来饮料工业发展迅猛，碳酸饮料、果汁饮料、蔬菜汁饮料、含乳饮料、瓶装饮用水、茶饮料等品种不断丰富，灌装机对各种规格的容器的适应性和灌装效率提出了极高的要求。

目前在灌装时使用的夹手的使用范围受到了很大局限，同一个夹手不能够既夹取外径较小的瓶体又夹取外径较大的瓶体。如果使用适用于夹取外径大的瓶体的夹手去夹持外径较小的瓶体时则无法与较小的瓶体发生足够的面接触；反之如果使用适用于夹取外径小的瓶体的夹手去夹持外径较大的瓶体时则夹手的张弛空间不足以容纳外径较大的瓶体。

技术实现要素：

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供了基于视觉的定量灌液系统及其灌液方法。

本发明采用以下技术方案：基于视觉的定量灌液系统，包括：机身，所述机身上设有上料单元、运输单元、灌液单元和卸料单元；所述上料单元包括：

设置在机身上的立架；所述立架上安装有至少一个机械臂；

夹手，传动连接于所述机械臂的末端；所述夹手具有根据瓶体外径的大小自动调整张弛空间的夹持部。

在进一步的实施例中，所述夹持部包括：

上连接环，传动连接于所述机械臂的末端；

下连接环，固定于所述下连接环；所述上连接环与下连接环之间留有预定的距离构成容置腔；

旋转环，可转动的安装与所述下连接环上；所述旋转环上开设有若干个弧形槽，每个弧形槽的内部活动设有第一连接件；

第二连接件，一端铰接于所述第一连接件，另一端为活动端；

数量与第一连接件相同的u型槽，沿下连接环的径向开设与所述下连接环上；一个u型槽对应于一个第一连接件；第二连接的活动端穿过u型槽的敞口端。第二连接件在旋转环、弧形槽、第一连接件和u型槽的作用下做聚拢或者扩散运动，实现二连接件的活动端的距离的调整进而使活动端构成的实现夹持空间大小的改变，以适用于不同外径的瓶体的夹持。

在进一步的实施例中，所述第二连接件的活动端设置夹持端，所述夹持端在轴向上设有一个预定高度的延伸。通过设置夹持端增加与瓶体之间的夹持面积，以增大摩擦提高瓶体的稳定性。在进一步的实施例中，卸料单元中所使用到的夹手与上料单元中的夹手结构相同。

在进一步的实施例中，所述运输单元包括：转盘，所述转盘的边缘处设有若干个放置槽，所述放置槽具有用于放置瓶体的放置腔。

在进一步的实施例中，所述灌液单元包括：设置在机身上的支架，所述支架上安装有至少一个打液枪，每个打液枪上均设有与之相匹配的摄像机，所述摄像机被设置为对当前瓶体进行图像采集，获取瓶体内部的液位值。

通过采用上述技术方案：对正在灌液的瓶体的内部液位值进行实时监控直至实际液位值达到预定的液位值，增加产品的合格率。

在进一步的实施例中，每个放置腔的底部均设置有垂直光源。便于摄像机进行图像采集，通过光源实现不同液体的液位检测尤其是透明液体的检测。

在进一步的实施例中，所述打液枪包括：液体容器；沿液体容器的轴向方向安装在液体容器底部的打液针；

阀体，沿所述液体容器的径向安装在液体容器上将液体容器分割成上容器和下容器；所述阀体同时贯通于上容器和下容器；

活塞，设于所述阀体的内部；所述活塞沿液体容器的轴向方向上并列设有若干个通孔；通孔所在的方向与液体容器的轴向平行时，上容器和下容器相通灌液；通孔所在的方向与液体容器的轴向相交时，上容器和下容器堵塞暂停灌液。

使用如上所述的基于视觉的定量灌液系统的灌液方法，具体包括以下步骤：

将需要灌液的瓶体通过上料单元转移至运输单元中；

运输单元将瓶体依次转移到灌液单元处；

灌液单元对当前的瓶体进行灌液的同时根据采集到当前瓶体的图像信息判断是否达到预定的液位值，如果达到预定的液位值则停止灌液，通过运输单元将已灌有液体的瓶体转移到卸料单元进行卸料；

如果还未达到预定的液位值则继续灌液，直至达到预定的液位值。

在进一步的实施例中，根据采集到当前瓶体的图像信息判断是否达到预定的液位值的判断方法具体如下：

当前需要灌液瓶体所在的放置腔内的垂直光源处于打开状态，摄像机摄取对瓶体进行图像采集；

图像增强处理：使需要的细节灰度值区间得到拉伸，增强对比度；

灰度区域划分：图像从上至下依次为空气区域和溶液区域，划分空气区域与溶液区域之间的边缘点；计算液位值，并判断液位值是否与预定液位值一致，如果一致则暂停灌液，若还未达到预定液位值则继续灌液。

在进一步的实施例中，图像增强处理进一步表现为：

垂直光源依次穿过瓶体底部、溶液和位于最顶部的空气，瓶体内部因盛放的介质不同，即对应的密度也不同，因此在垂直光源的照射下，不同介质处反射出来的光线对应的分量图像则不同，使用密度值对不同的分量图像进行加强处理；

灰度区域划分进一步表现为：

将获取到的瓶体的侧视图像处理成灰度直方图，并读取所述灰度直方图最顶部分的均值，记为c；

分别计算各灰度值出现的概率为pl，设置初始阈值为t0；

将图像分为两成a和b两个部分，其中a部分为灰度直方图中位于最顶部的区域，b部分为a部分以下的其他区域；计算出a部分的均为，记为μa；

若μa≈c，则a部分f(x，y)属于瓶体的空气区域，其他部分则属于溶液区域；确定空气区域和溶液区域之间的边缘点；

液位值的计算具体如下：

根据边缘点计算出液位到瓶体的容器口之间的高度值h，瓶体的高度与高度值之差记为液位值。

本发明的有益效果：本发明研发出了可自调节夹持空间的夹手，能够适对不同外径大小的瓶体进行强有力的夹持，提高了灌液效率灌液的灵活性。

同时设置了通过光源和图像处理的手段，实时监测灌液的进度，灌液时对每个瓶体的液位值进行判断，实现定量灌液，增加产品的合格率。

附图说明

图1为实施例1的基于视觉的定量灌液系统的结构示意图。

图2为实施例1的夹持部的结构示意图一。

图3为实施例1的夹持部的结构示意图二。

图4为实施例1打液枪的结构示意图。

图5为实施例1打液枪的局部剖视图。

图6为实施例1中活塞的剖视图。

图1至图6中的各标注为：机身1、上料单元2、运输单元3、灌液单元4、卸料单元5、上连接环101、下连接环102、旋转环103、弧形槽104、第一连接件105、第二连接件106、u型槽107、夹持端108、转盘301、放置槽302、液体容器401、打液针402、阀体403、活塞404、通孔405。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

现有的饮料灌液生产线中，使用的夹手的使用范围受到了很大局限，同一个夹手不能够既夹取外径较小的瓶体又夹取外径较大的瓶体。如果使用适用于夹取外径大的瓶体的夹手去夹持外径较小的瓶体时则无法与较小的瓶体发生足够的面接触；反之如果使用适用于夹取外径小的瓶体的夹手去夹持外径较大的瓶体时则夹手的张弛空间不足以容纳外径较大的瓶体。

实施例1

本实施例公开了基于视觉的定量灌液系统，如图1所示包括机身1，机身1上设置有运输单元3，以运输单元3为中心按照顺时针方向还包括：上料单元2，灌液单元4和卸料单元5。其中，上料单元2则是用于将待灌液的瓶体从运输线上转移到运输单元3，通过运输单元3的转动将待灌液的瓶体转移到灌液单元4处，灌液单元4对待灌液的瓶体进行灌液，当达到预定的灌液标准后，运输单元3继续按照顺时针方向转动，将下一个待灌液瓶体运输的灌液单元4处，同时将已灌液瓶体转移到卸料单元5处，通过卸料单元5进行转移进行下一道工序，如拧盖。

如果使用现有的夹手或者夹具对瓶体夹持，夹手或者夹具为了增加与瓶体的接触面积一般会设计成具有一定的弧度，通过该弧度增加接触面面积增大摩擦力。但是弧度的角度设定是固定的，假设起初设定的角度是适用于外径较小的瓶体，再去夹持外径较大的瓶体时首选可能夹持的张弛空间不足以容纳外径较大的瓶体，其次具有一定弧度的夹手与外径较大的瓶体之间的接触将会变成线接触，瓶体容易滑落，尤其是灌有液体的瓶体。反之如果使用适用于夹取外径大的瓶体的夹手去夹持外径较小的瓶体时则无法与较小的瓶体发生足够的面接触，甚至是根本夹取不到。

对此，在进一步的实施例中，上料单元2包括：设置在机身1上的立架，安装在机架上的机械臂，机械臂的末端处传动连接有夹手。夹手具有根据瓶体外径的大小自动调整张弛空间的夹持部。机械臂则用于实现夹手根据时间在空间上的转移，使用现有技术中机械臂即可实现，故不做赘述。

在进一步的实施例中，如图2至3所示，夹持部包括：传动连接在机械臂末端处的上连接环101，上连接环101的底部固定有下连接环102，上连接环101与下连接环102之间留有预定的距离构成容置腔。容置腔的内部设置有旋转环103、第一连接件105和第二连接件106。其中，旋转环103可转动的安装在下连接环102上，安装方式可以是通过凹凸配合实现。并在连接环上开设有若干个弧形槽104，每个弧形槽104的内部活动设有第一连接件105；在本实施例中，弧形槽104呈等距离分布。第一连接件105与第二连接的一端相铰接，第二连接件106的另一端为活动端，第二连接件106相互聚拢时用于夹持瓶体。且了驱动第二连接件106做稳定的移动，下连接环102上沿其径向开设有u型槽107，u型槽107的数量与第一连接件105相同，且一个u型槽107对应于一个第一连接件105；第二连接的活动端穿过u型槽107的敞口端。同时在下连接环102处设置有驱动电机，驱动电机的输出轴传动连接于旋转环103的外边缘处，驱动电机则是用于控制旋转环103的转动，进而实现第二连接件106的聚拢或者扩散运动。

具体表现为：驱动电机推动旋转环103在下连接环102上转动，位于弧形槽104内的第一连接件105沿弧形槽104的弧度方向向内移动，与第一连接件105铰接的第二连接件106在u型槽107的限位下，沿u型槽107所在的方向径向移动，实现第二连接件106的聚拢；反之扩散运动。

在本实施例中，卸料单元5中所使用到夹手与上料单元2中的夹持部结构相同：包括：传动连接在机械臂末端处的上连接环101，上连接环101的底部固定有下连接环102，上连接环101与下连接环102之间留有预定的距离构成容置腔。容置腔的内部设置有旋转环103、第一连接件105和第二连接件106。其中，旋转环103可转动的安装在下连接环102上，安装方式可以是通过凹凸配合实现。并在连接环上开设有若干个弧形槽104，每个弧形槽104的内部活动设有第一连接件105；在本实施例中，弧形槽104呈等距离分布。第一连接件105与第二连接的一端相铰接，第二连接件106的另一端为活动端，第二连接件106相互聚拢时用于夹持瓶体。且了驱动第二连接件106做稳定的移动，下连接环102上沿其径向开设有u型槽107，u型槽107的数量与第一连接件105相同，且一个u型槽107对应于一个第一连接件105；第二连接的活动端穿过u型槽107的敞口端。同时在下连接环102处设置有驱动电机，驱动电机的输出轴传动连接于旋转环103的外边缘处，驱动电机则是用于控制旋转环103的转动，进而实现第二连接件106的聚拢或者扩散运动。

但是卸料单元5与上料单元2的不同之处在于，上料单元2处的瓶体为空的因此质量较轻，而位于卸料单元5处的瓶体时灌有液体的瓶体，瓶体液体的质量相对较重，虽然通过多个第二连接件106实现大面积的接触并夹持，却始终无法保证夹持的稳定性。

在进一步的实施例中，为了增加瓶体与夹手之间的摩擦力，第二连接件106的活动端设置夹持端108，所述夹持端108在轴向上设有一个预定高度的延伸。通过设置夹持端108增加与瓶体之间的夹持面积，以增大摩擦提高瓶体的稳定性。同样适用于卸料单元5和上料单元2。

在进一步的实施例中，运输单元3包括：转盘301，所述转盘301的边缘处设有若干个放置槽302，所述放置槽302具有用于放置瓶体的放置腔。转盘301通过间歇式传动机构传动，在本实施例中，间歇式传动机构可以使用已经编程好的驱动电机，也可以使用间歇传动轮实现，故在此不做赘述。

在进一步的实施例中，灌液单元4包括：设置在机身1上的支架，支架上安装有打液枪，为了能够更好的控制打液枪灌液的状态，做到即使停止打液。如图4至6所示，打液枪包括：液体容器401；沿液体容器401的轴向方向安装在液体容器401底部的打液针402；打液针402则是用于伸入到瓶体内部进行灌液，避免出现液体溅射的现象。还包括阀体403，阀体403沿液体容器401的径向安装在液体容器401上，并将液体容器401分割成上容器和下容器；阀体403同时贯通于上容器和下容器。阀体403的内部设置有活塞404，活塞404沿液体容器401的轴向方向上并列设有若干个通孔405；通孔405所在的方向与液体容器401的轴向平行时，上容器和下容器相通灌液；通孔405所在的方向与液体容器401的轴向相交时，上容器和下容器堵塞暂停灌液。活塞404与驱动件传动连接，驱动件用于控制活塞404转动。

使用时，仅需要活塞404的通孔405所在方向与液体容器401的轴向发生偏离，便停止灌液，能够迅速的暂停灌液，将误差控制在最小。

实施例2

申请人为了保证产品的合格率，即每个瓶体内的液体符合预定的标准值，不能出现偏差太多的现象。如果液体过少则明显是不符合质检标准的，如果液体过高不仅仅不符合质检标准同时还增加了后期上盖的难度。

基于实施例1，对运输单元做了以下改进：每个放置腔的底部均设置有垂直光源。同时在灌液单元中的，每个打液枪上均设有与之相匹配的摄像机，所述摄像机被设置为对当前瓶体进行图像采集，获取瓶体内部的液位值。设置垂直光源是便于摄像机进行图像采集，通过光源实现不同液体的液位检测尤其是透明液体的检测。通过光源在不同介质中的传递进行识别并获取液位值。

基于视觉的定量灌液系统的灌液方法，具体包括以下步骤：

将需要灌液的瓶体通过上料单元转移至运输单元中；

运输单元将瓶体依次转移到灌液单元处；

灌液单元对当前的瓶体进行灌液的同时根据采集到当前瓶体的图像信息判断是否达到预定的液位值，如果达到预定的液位值则控制驱动件停止灌液，通过运输单元将已灌有液体的瓶体转移到卸料单元进行卸料；

如果还未达到预定的液位值则继续灌液，直至达到预定的液位值。

在进一步的实施例中，根据采集到当前瓶体的图像信息判断是否达到预定的液位值的判断方法具体如下：

当前需要灌液瓶体所在的放置腔内的垂直光源处于打开状态，摄像机摄取对瓶体进行图像采集；

图像增强处理：使需要的细节灰度值区间得到拉伸，增强对比度：灰度区域划分：图像从上至下依次为空气区域和溶液区域，划分空气区域与溶液区域之间的边缘点；计算液位值。

所述步骤301涉及到的算法具体表现为：

ri(x，y)＝k*[logii(x，y)-log[f(x，y，c)*ii(x，y)]]；

式中，ri(x，y)表示当前瓶体内对应介质的反射部分；

ii(x，y)表示当前瓶体内对应介质的分量图像；

为环绕函数，c是高斯函数的参数，k由归一化函数∫∫f(x，y，c)dxdy＝1得到；

k为增强调整因子，k＝ρi*sin[π*ii(x，y)/255]；ρi表示当前瓶体内对应介质的密度；i是对介质的编号，取整数。

灰度区域划分：图像从上至下依次为空气区域和溶液区域，划分空气区域与溶液区域之间的边缘点；计算液位值，并判断液位值是否与预定液位值一致，如果一致则暂停灌液，若还未达到预定液位值则继续灌液。

在进一步的实施例中，图像增强处理进一步表现为：

垂直光源依次穿过瓶体底部、溶液和位于最顶部的空气，瓶体内部因盛放的介质不同，即对应的密度也不同，因此在垂直光源的照射下，不同介质处反射出来的光线对应的分量图像则不同，使用密度值对不同的分量图像进行加强处理；

灰度区域划分进一步表现为：

将获取到的当前瓶体的侧视图像处理成灰度直方图，并读取所述灰度直方图最顶部分的均值，记为c；分别计算各灰度值出现的概率为pl，设置初始阈值为t0；

将图像分为两成a和b两个部分，其中a部分为灰度直方图中位于最顶部的区域，b部分为a部分以下的其他区域；计算出a部分的均为，记为μa；

则a部分的均值为式中，l为大于零小于t0的自然数；

若μa≈l则a部分f(x，y)属于当前瓶体的空气区域，其他部分则属于溶液区域；确定空气区域和溶液区域之间的边缘点，进一步明确空气区域与溶液区域之间的分解线。

液位值的计算具体如下：

根据边缘点计算出液位到瓶体的容器口之间的高度值h，瓶体的高度与高度值之差记为液位值。

体表现为：所述液位所在的高度的计算具体包括以下步骤：

h＝h2-h1

式中，d为空气区域和溶液区域的边缘之间的像素个数，m为当前瓶体的容器口处的像素个数，hj为空气区域和溶液区域的边缘点的y坐标，h1为溶液的液位边缘点的y坐标的平均值，h2为当前瓶体的容器口的y坐标的平均值。h为液位到瓶口之间的高度值。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。