一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)及方法，采用半透鏡將塑料托盤反射的激光束所形成的光斑采集到工業(yè)相機(jī)上，并利用機(jī)器視覺技術(shù)，對光斑的中心位置和偏離度進(jìn)行測量，以獲得塑料托盤的結(jié)構(gòu)信息，為塑料托盤準(zhǔn)入高架庫提供定量依據(jù)，也為淘汰塑料托盤提供量化依據(jù)，本系統(tǒng)自動化程度高、檢測效率高、準(zhǔn)確度高，為大批量在流轉(zhuǎn)塑料物流平托盤的可續(xù)用性檢測提供了技術(shù)手段，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)及方法，尤其涉及采用機(jī)器視覺方法，對進(jìn)入高架庫的塑料托盤反光特征進(jìn)行自動檢測的系統(tǒng)及方法，屬于物流檢測設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]物流平托盤是現(xiàn)代物流標(biāo)準(zhǔn)化的重要載體，廣泛應(yīng)用于貨物倉儲、搬運(yùn)、運(yùn)輸?shù)任锪鬟^程中，尤其在全自動高架立體倉儲中，物流平托盤更具有效率高、安全可靠的特點(diǎn)。
[0003]塑料作為物流平托盤的制作材料，優(yōu)點(diǎn)在于:輕便、耐用，形狀可定制，材料可再回收利用，在全自動高架立體倉庫中應(yīng)用廣泛。
[0004]但是，由于全自動高架立體倉儲自動化程度高，對進(jìn)入高架庫的塑料托盤的形狀、尺寸都有較高的要求；尤其是通過反射式光電管檢測托盤形狀，要求嚴(yán)格。
[0005]由于有的塑料托盤高光顏色較亮，或者塑料托盤光電管照射平面扭曲，造成反射式光電管無法接收塑料托盤表面反射光線，進(jìn)而拒絕塑料托盤進(jìn)入高架庫，引起高架庫自動運(yùn)行停止，降低了高架庫性能。
[0006]因此，對每一個(gè)塑料托盤反光特征進(jìn)行定期檢測，以保證在正常使用過程中，塑料托盤能夠通過反射式光電管檢測，減少塑料托盤被拒率，提高高架庫連續(xù)工作時(shí)間，從而提聞聞架庫運(yùn)行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括:反射式光電管、半透鏡、限幅器和工業(yè)相機(jī)。
[0008]所述反射式光電管發(fā)射激光束，經(jīng)過半透鏡的反射，照射塑料托盤的檢測區(qū)，反射光返回半透鏡，穿過半透鏡直接照射到半透鏡背面的限幅器，光線經(jīng)限幅處理之后，進(jìn)入工業(yè)相機(jī)成像；
[0009]所述限幅器作用是衰減進(jìn)入工業(yè)相機(jī)的反射光光強(qiáng)，避免工業(yè)相機(jī)成像之后的圖像由于曝光強(qiáng)度過大，而導(dǎo)致圖像像素值飽和至最大值；
[0010]所述工業(yè)相機(jī)采集反射光亮度圖像，每一個(gè)像素以0-255之間的一個(gè)整數(shù)值代表
亮度；
[0011]所述半透鏡作用是反射反射式光電管發(fā)出的激光束，并使激光束垂直照射至塑料托盤的檢測區(qū)；而對從塑料托盤檢測區(qū)反射回來的光線，則按直線透過半透鏡，照射到半透鏡背面的限幅器及工業(yè)相機(jī)；
[0012]所述反射式光電管使用和高架庫塑料托盤檢測相同的反射式光電管，作用是發(fā)射激光束，檢測結(jié)果直接反映塑料托盤檢測的要求。
[0013]使用本發(fā)明塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測方法，步驟包括:[0014]一、檢測過程
[0015]步驟1.1:工業(yè)相機(jī)采集一幅視場圖像；
[0016]步驟1.2:將視場圖像轉(zhuǎn)化為亮度分量圖像；
[0017]步驟1.3:對每一個(gè)像素的亮度值，根據(jù)兩個(gè)不同的亮度閾值μ1和^2分成不同的亮度等級，μ^μ2，小于U1的像素為暗場像素，大于μ 2的像素為中心亮斑像素，介于兩者之間的像素為次級亮斑像素；這樣，將亮度分量圖像分割為三個(gè)區(qū)域:暗場、次級亮斑區(qū)域和中心亮斑區(qū)域；
[0018]步驟1.4:找出三個(gè)區(qū)域的輪廓線:中心亮斑輪廓線和次級亮斑輪廓線；
[0019]步驟1.5:計(jì)算中心亮斑輪廓線的中心位置M1 ；
[0020]步驟1.6:計(jì)算次級亮斑輪廓線的中心位置M2 ；
[0021]步驟1.7:和視場中心位置M進(jìn)行比較,計(jì)算偏離度η = α ?!麗」+ β.|ΜΜ2| ,其中Imm1I為中心亮斑輪廓線的中心位置M1和視場中心位置μ的距離，MM2為次級亮斑輪廓線的中心位置M2和視場中心位置M的距離，而α、β為加權(quán)因子，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定；
[0022]偏離度大于閾值gamma，則反射光偏離嚴(yán)重，塑料托盤有可能存在結(jié)構(gòu)變形，在這種情況下，反射式光電管發(fā)射的激光束照射在塑料托盤上后反射無法被反射式光電管接收，從而被高架庫拒入，應(yīng)淘汰該塑料托盤；[0023]偏離度小于閾值gamma，則塑料托盤處于正?？衫m(xù)用狀態(tài)，不會被高架庫拒入，應(yīng)續(xù)用該塑料托盤；
[0024]步驟1.8:如果步驟1.3中，無法由兩個(gè)亮度閾值μ工和μ 2獲得三個(gè)區(qū)域,則直接判斷為塑料托盤結(jié)構(gòu)變形，在這種情況下，反射光偏離嚴(yán)重，中心亮斑無法落入工業(yè)相機(jī)視場，應(yīng)淘汰該塑料托盤。
[0025]二、校正過程
[0026]校正過程是在系統(tǒng)初裝、檢修、跟換零部件等系統(tǒng)部件及位置發(fā)生改變之后進(jìn)行；
[0027]步驟2.1:用標(biāo)準(zhǔn)反射板放置在塑料托盤檢測區(qū)位置，標(biāo)準(zhǔn)反射板表面平整，垂直入射的激光能被垂直反射；
[0028]步驟2.2:執(zhí)行檢測過程的步驟1.1-1.4 ；
[0029]步驟2.3:調(diào)整反射式光電管、半透鏡、限幅器和工業(yè)相機(jī)的位置或方向，使得在工業(yè)相機(jī)視場中心位置；
[0030]校正過程完成之后，檢測系統(tǒng)進(jìn)入正常使用狀態(tài)。
[0031]綜上所述，本發(fā)明顯著的技術(shù)效果在于:采用半透鏡將塑料托盤反射的激光束所形成的光斑采集到工業(yè)相機(jī)上，并利用機(jī)器視覺技術(shù)，對反射光斑的中心位置和偏離度進(jìn)行測量，以獲得塑料托盤的結(jié)構(gòu)信息，為塑料托盤準(zhǔn)入高架庫提供定量依據(jù)，也為淘汰塑料托盤提供量化依據(jù)，本系統(tǒng)自動化程度高、檢測效率高、準(zhǔn)確度高，為大批量在流轉(zhuǎn)塑料物流平托盤的可續(xù)用性檢測提供了技術(shù)手段，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)的塑料托盤進(jìn)入高架庫時(shí)光電檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；[0033]圖2是本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖3是本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測方法的塑料托盤反光光斑圖；
[0035]圖4是本發(fā)明一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測方法的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]參考附圖，下面對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037]如圖1所示，本發(fā)明基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)的塑料托盤進(jìn)入高架庫時(shí)光電檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，塑料托盤(100)在傳送帶(102)上移動，在進(jìn)入高架庫之前，需要進(jìn)行反射式光電管(101)檢測，反射式光電管(101)的作用是發(fā)射激光照射塑料托盤(100)的檢測區(qū)，激光被反射，反射光再被反射式光電管(101)接收，當(dāng)反射光超過一定的光強(qiáng)時(shí)，認(rèn)為塑料托盤(100)結(jié)構(gòu)完整；否則接收不到反射光，或者反射光光強(qiáng)太弱，表明塑料托盤(100)結(jié)構(gòu)存在問題:結(jié)構(gòu)缺失導(dǎo)致激光無法反射；或者結(jié)構(gòu)變形，激光反射方向不按入射方向反向返回，而是反射到其他方向，反射式光電管(101)檢測不到；
[0038]如圖2所示，本發(fā)明基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括:反射式光電管(101)、半透鏡(201)、限幅器(203)和工業(yè)相機(jī)(204)。
[0039]所述反射式光電管(101)發(fā)射激光束，經(jīng)過半透鏡(201)的反射，照射塑料托盤
(100)的檢測區(qū)(200)，反射光返回半透鏡(201)，穿過半透鏡(201)直接照射到半透鏡(201)背面的限幅器(203)，光線經(jīng)限幅處理之后，進(jìn)入工業(yè)相機(jī)(204)成像；
[0040]所述限幅器(203)作用是衰減進(jìn)入工業(yè)相機(jī)(204)的反射光光強(qiáng)，避免工業(yè)相機(jī)(204)成像之后的圖像由于曝光強(qiáng)度過大，而導(dǎo)致圖像像素值飽和至最大值；
[0041]所述工業(yè)相機(jī)(204)采集反射光光強(qiáng)圖像，每一個(gè)像素以0-255之間的一個(gè)整數(shù)值代表光強(qiáng)；
[0042]所述半透鏡(201)作用是反射反射式光電管(101)發(fā)出的激光束，并使激光束垂直照射至塑料托盤(100)的檢測區(qū)(200);而對從塑料托盤(100)檢測區(qū)(200)反射回來的光線，則按直線透過半透鏡(201)，照射到半透鏡(201)背面的限幅器(203)及工業(yè)相機(jī)(204)；
[0043]所述反射式光電管(101)使用和高架庫塑料托盤(100)檢測相同的反射式光電管
(101)，作用是發(fā)射激光束，檢測結(jié)果直接反映塑料托盤(100)檢測的要求；
[0044]如圖3所示，本發(fā)明工業(yè)相機(jī)獲取的塑料托盤反光光斑視場示意圖，工業(yè)相機(jī)視場(300)中，中心亮斑(301)是反射激光能量最集中的部分，檢測中心亮斑(301)偏離工業(yè)相機(jī)視場(300)中心點(diǎn)的距離，以及亮度等高線(302)的形狀特征，判斷反射激光偏離情況，以確定塑料托盤檢測區(qū)是否存在形變等問題；
[0045]如圖4所示，本發(fā)明基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測方法的原理圖，工業(yè)相機(jī)視場(300)分割為暗場(403)、次級亮斑、中心亮斑三個(gè)區(qū)域，分別形成次級亮斑輪廓線(402)和中心亮斑輪廓線(401)，對兩條輪廓線計(jì)算得到的次級亮斑中心位置(406)和中心亮斑中心位置(405)，用以評估和視場中心位置(404)之間的偏離程度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測系統(tǒng)，其特征在于: 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括:反射式光電管、半透鏡、限幅器和工業(yè)相機(jī)； 所述反射式光電管發(fā)射激光束，經(jīng)過半透鏡的反射，照射塑料托盤的檢測區(qū)，反射光返回半透鏡，穿過半透鏡直接照射到半透鏡背面的限幅器，光線經(jīng)限幅處理之后，進(jìn)入工業(yè)相機(jī)成像； 所述限幅器作用是衰減進(jìn)入工業(yè)相機(jī)的反射光光強(qiáng)，避免工業(yè)相機(jī)成像之后的圖像由于曝光強(qiáng)度過大，而導(dǎo)致圖像像素值飽和至最大值； 所述工業(yè)相機(jī)采集反射光亮度圖像，每一個(gè)像素以0-255之間的一個(gè)整數(shù)值代表亮度； 所述半透鏡作用是反射反射式光電管發(fā)出的激光束，并使激光束垂直照射至塑料托盤的檢測區(qū)；而對從塑料托盤檢測區(qū)反射回來的光線，則按直線透過半透鏡，照射到半透鏡背面的限幅器及工業(yè)相機(jī)； 所述反射式光電管使用和高架庫塑料托盤檢測相同的反射式光電管，作用是發(fā)射激光束，檢測結(jié)果直接反映塑料托盤檢測的要求。
2.一種基于機(jī)器視覺的塑料托盤反光特征檢測方法，其特征在于: 具體步驟包括: 一、檢測過程 步驟1.1:工業(yè)相機(jī)采集一幅視場圖像； 步驟1.2:將視場圖像轉(zhuǎn)化為亮度分量圖像； 步驟1.3:對每一個(gè)像素的亮度值，根據(jù)兩個(gè)不同的亮度閾值μ1和μ 2分成不同的亮度等級，μ^μ2，小于U1的像素為暗場像素，大于μ 2的像素為中心亮斑像素，介于兩者之間的像素為次級亮斑像素；這樣，將亮度分量圖像分割為三個(gè)區(qū)域:暗場、次級亮斑區(qū)域和中心亮斑區(qū)域； 步驟1.4:找出三個(gè)區(qū)域的輪廓線:中心亮斑輪廓線和次級亮斑輪廓線； 步驟1.5:計(jì)算中心亮斑輪廓線的中心位置M1 ； 步驟1.6:計(jì)算次級亮斑輪廓線的中心位置M2 ； 步驟1.7:和視場中心位置M進(jìn)行比較,計(jì)算偏離度η = α.|麗」+ β.|ΜΜ2|，其中MM11為中心亮斑輪廓線的中心位置M1和視場中心位置M的距離，MM21為次級亮斑輪廓線的中心位置M2和視場中心位置M的距離，而α、β為加權(quán)因子，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定； 偏離度大于閾值gamma，則反射光偏離嚴(yán)重，塑料托盤有可能存在結(jié)構(gòu)變形，在這種情況下，反射式光電管發(fā)射的激光束照射在塑料托盤上后反射無法被反射式光電管接收，從而被高架庫拒入，應(yīng)淘汰該塑料托盤； 偏離度小于閾值gamma，則塑料托盤處于正?？衫m(xù)用狀態(tài)，不會被高架庫拒入，應(yīng)續(xù)用該塑料托盤； 步驟1.8:如果步驟1.3中，無法由兩個(gè)亮度閾值μ i和μ 2獲得三個(gè)區(qū)域，則直接判斷為塑料托盤結(jié)構(gòu)變形，在這種情況下，反射光偏離嚴(yán)重，中心亮斑無法落入工業(yè)相機(jī)視場，應(yīng)淘汰該塑料托盤； 二、校正過程 校正過程是在系統(tǒng)初裝、檢修、跟換零部件等系統(tǒng)部件及位置發(fā)生改變之后進(jìn)行；步驟2.1:用標(biāo)準(zhǔn)反射板放置在塑料托盤檢測區(qū)位置，標(biāo)準(zhǔn)反射板表面平整，垂直入射的激光能被垂直反射； 步驟2.2:執(zhí)行檢測過程的步驟1.1-1.4 ； 步驟2.3:調(diào)整反射式光電管、半透鏡、限幅器和工業(yè)相機(jī)的位置或方向，使得在工業(yè)相機(jī)視場中心位置； 校正過程完成之后，檢測系統(tǒng)進(jìn)入正常使用狀態(tài)。
【文檔編號】G01B11/16GK103712568SQ201310703149
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】傅培華, 朱安定 申請人:浙江工商大學(xué)