本發(fā)明涉及自動化生產線，特別涉及一種在線視覺定位系統(tǒng)的同步方法。

背景技術：

酒水飲料等生產廠商在產品生產時，往往會推出設計精美獨特的容器，配合市場推廣，品牌展示，以滿足終端客戶個性化的需求。比如現在市場上越來越多的啤酒，葡萄酒，白酒以及飲料所采用的容器上出現了浮雕，品牌標記，窗口和其它特征。為了提高產品的美觀，需要將標簽貼在容器特定的位置，比如浮雕的正下方或者指定的窗口內。為了滿足這個需求貼標機內出現了基于視覺的定位擺正系統(tǒng)。相對于傳統(tǒng)的機械式定位系統(tǒng)有著效率高，通用性好的特點。為了提高定位擺正的實際精度通常需要預定位和精定位兩次定位。整個定位系統(tǒng)需要的空間比較大。很難將定位系統(tǒng)集成到現有的小型貼標機內。所以需要一種方法能夠縮小定位系統(tǒng)需要的空間，以便于定位系統(tǒng)能夠被更加廣泛的應用到自動化灌裝產線或者其它類似的行業(yè)中。

技術實現要素：

本發(fā)明目的是：提供一種在線視覺定位系統(tǒng)的同步方法，通過建立更強的視覺定位系統(tǒng)與伺服控制系統(tǒng)同步過程，使得定位系統(tǒng)要求的伺服電機的旋轉距離變小，從從而減小單個定位擺正模塊需要的空間。

本發(fā)明的技術方案是：

一種在線視覺定位系統(tǒng)的同步方法,所述在線視覺定位系統(tǒng)包括視覺定位系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)和伺服電機，所述視覺定位系統(tǒng)對生產線上的定位對象拍攝成像，根據視覺特征查找定位對象的特征位置，并將結果送到伺服控制器，伺服控制器根據特征位置結果控制伺服電機帶動定位對象一起旋轉一定的角度，完成定位對象的定位擺正，所述同步方法為：

從視覺定位系統(tǒng)輸出的相機觸發(fā)信號，一方面觸發(fā)相機拍照，同時發(fā)送到伺服控制系統(tǒng)，引發(fā)伺服控制系統(tǒng)中斷，伺服控制系統(tǒng)通過實時總線和伺服電機通訊，記錄相機觸發(fā)時刻對應伺服電機的實時位置，確保在任何一個相機拍攝圖片的時刻，伺服電機的絕對位置都被伺服控制系統(tǒng)記錄下來。

優(yōu)選的，所述視覺定位系統(tǒng)和伺服電機向伺服控制系統(tǒng)傳輸的信息還包括相機觸發(fā)序號和相對角度信息。

優(yōu)選的，所述視覺定位系統(tǒng)對生產線上的定位對象拍攝成像的方法為：伺服控制系統(tǒng)控制伺服電機完成360度旋轉，視覺定位系統(tǒng)控制多個相機在該階段拍攝多幅圖片，對定位對象實現360度的全景拍照。

優(yōu)選的，所述視覺定位系統(tǒng)攝取圖像后，對所得到的每幅圖像進行圖像處理和特征查找，確定特征可信度和特征位置，并找出所有圖像中查找到的特征可信度最高的圖像，通過該圖像特征位置及其同步的拍照圖片時伺服電機和定位對象托盤的絕對位置，計算出伺服電機需要旋轉的最終角度。

優(yōu)選的，所述視覺定位系統(tǒng)通過實時工業(yè)控制總線按照預設的協議在預設的時間窗口將特征位置結果送到伺服控制系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述伺服控制系統(tǒng)根據伺服電機需要旋轉的最終角度信息，帶動定位對象旋轉指定的角度使得查找的特征朝正前方。

優(yōu)選的，對于精度要求較高的場合，在第一次定位完成后，在線視覺定位系統(tǒng)重復一次定位的步驟進行第二次精確定位。

優(yōu)選的，所述第二次精確定位的拍攝成像的階段，與第一次定位的伺服電機帶動定位對象完成定位擺正階段的尾部時間重合。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1．本發(fā)明所提出的在線視覺定位系統(tǒng)的同步方法，通過將視覺定位系統(tǒng)的相機的硬件觸發(fā)信號直接通過電路引入到伺服控制系統(tǒng)，利用硬件的中斷信號存儲伺服電機被拍照時的實時位置，在視覺定位系統(tǒng)拍照的任意時刻，伺服電機的位置都是已知的，實現了伺服控制器和視覺定位系統(tǒng)之間的真正同步。

2．通過本發(fā)明的同步方法，縮短了360度成像需要的貼標機主軸旋轉角度，從而使定位系統(tǒng)需要更小的安裝空間。

3．本發(fā)明同步方法構建的閉環(huán)系統(tǒng)，消除了相機機械安裝和伺服系統(tǒng)自身的控制誤差，提高了預定位的精度，對于很多應用可以省略掉精定位模塊，使整個系統(tǒng)更加小型化，小型的貼標機中也可以應用該定位系統(tǒng)，使定位系統(tǒng)的市場適用面更加廣泛。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1為無同步的視覺定位系統(tǒng)應用在旋轉式貼標機內的工作過程圖；

圖2為無同步的伺服電機角度和貼標機主軸角度的控制曲線；

圖3為本發(fā)明的定位系統(tǒng)相機和伺服控制器硬件連接示意圖；

圖4為本發(fā)明帶同步的伺服電機角度和貼標機主軸角度的控制曲線；

圖5為本發(fā)明帶同步的省略精定位擺正過程的伺服電機角度和貼標機機器主軸角度的控制曲線。

具體實施方式

在線視覺定位系統(tǒng)應用到貼標機內，通過和貼標機伺服電機的配合完成能夠定位擺正功能。系統(tǒng)的實現分為三步，第一步是360度圖像的攝取，第二步是圖像信號處理查找特征位置，第三步是通過查找的結果控制伺服電機旋轉帶動容器旋轉到希望的位置。對于精度要求比較高的場合可以增加精定位模塊再次攝取圖像并控制伺服系統(tǒng)定位擺正。

如圖1所示，是視覺定位系統(tǒng)應用到旋轉式貼標機內的示意圖。首先容器通過左邊的進給星輪進入貼標機。進入貼標機之后，通過上端固定嘴和下端伺服電機控制托盤壓緊固定。托盤從a點開始旋轉到b點結束總共經過六個階段，如圖1和2所示：

1．伺服電機加速旋轉到一定的速度v；

2．伺服電機保持速度v勻速旋轉；多個相機在該階段拍攝多幅圖片，對容器實現360度的全景拍照；

3．伺服電機減速，最終將速度降為0；

4．根據定位系統(tǒng)的結果伺服電機旋轉指定的角度后停止；

5．保持不旋轉狀態(tài)，精定位模塊再次攝取圖像；

6．再次根據定位系統(tǒng)的結果伺服電機旋轉指定的角度后停止。

經過以上六個階段后托盤隨著貼標機主軸旋轉角度a到b點。在整個過程中，定位系統(tǒng)兩次通過總線方式將計算的結果傳遞給伺服控制系統(tǒng)。除此之外，定位系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)之間沒有直接的同步機制。所以在相機攝取圖像的時間點（段2，段5）伺服電機的位置必須是已知的。段2必須是勻速段，段5不旋轉，否則無法根據圖像處理的結果得出實際需要旋轉的角度。整個過程貼標機主軸旋轉角度α，需要較大的空間，很難集成到小型貼標機內。而且相機安裝位置誤差，標定誤差等都會直接影響最終的定位精度。

如圖3所示，本發(fā)明的同步方法是通過將相機的硬件觸發(fā)直接通過電路和伺服控制系統(tǒng)連接，從視覺定位系統(tǒng)輸出的硬件觸發(fā)相機信號直接進入伺服控制系統(tǒng)。由于伺服控制系統(tǒng)通過自有協議通過實時總線和伺服電機通訊，所述視覺定位系統(tǒng)和伺服電機向伺服控制系統(tǒng)傳輸的信息還包括相機觸發(fā)序號和相對角度信息，所以對于伺服控制器任何時刻與之相連的伺服電機的位置都是已知的。相機觸發(fā)信號一方面觸發(fā)相機拍照，同時引發(fā)伺服控制系統(tǒng)中斷，記錄該時刻對應容器的伺服電機的實時位置。通過這個同步機制，保證了在任何一個相機拍攝圖片的時候，伺服電機的絕對位置都被伺服控制系統(tǒng)記錄下來。相對于非同步定位系統(tǒng)，相機的機械安裝誤差，伺服電機在拍照段的旋轉誤差都不會對最終的定位誤差產生影響。而且由于電機任何時刻的位置已知，系統(tǒng)可以在任何時刻拍照，不需要一定在勻速段或者電機不旋轉的時候。

采用本發(fā)明的同步方法，上述的1，2，3段可以合成為一段，只要伺服電機在該段內完成360度旋轉，視覺定位系統(tǒng)控制多個在該階段拍攝多幅圖片，對定位對象實現360度的全景拍照。而且第5段二次拍攝段可以直接放到第4段的尾部。使用該同步方法后伺服電機和貼標機主軸的相對位置如圖4所示。整個定位段由6段減少為3段，節(jié)約了模塊的機械尺寸。除此之外，由于不受機械安裝誤差，伺服控制段中控制誤差的影響，不僅僅節(jié)約了空間，而且提高了第一個定位擺正模塊的精度。

在很多應用中可以省略掉后面的精定位模塊，不需要再次對容器拍攝照片，修正預定位擺正的步驟。整個過程可以進一步減小到2段，如圖5所示。大大地減小了整套系統(tǒng)的體積和需要的安裝空間。

無同步的定位系統(tǒng)和帶同步的定位系統(tǒng)的對比如表1所示。

表1：有同步和無同步的對比

目前本發(fā)明的系統(tǒng)已經成功地應用到模塊式啤酒瓶高速貼標機內，完成對玻璃瓶的定位測試。系統(tǒng)最高可以處理72000瓶每小時，定位精度可以達到±1.5毫米，擺正準確率可達99.9%。該系統(tǒng)也可以同樣應用于（但不局限于）pet瓶，葡萄酒和其它高濃度酒精類飲料的貼標生產線上，替代機械式定位或者人工貼標的過程。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本發(fā)明的內容并據以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據本發(fā)明主要技術方案的精神實質所做的修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。