基于机器视觉的全自动定值灌装系统

　　1 前言

　　随着图像采集与分析技术的发展，机器视觉技术在社会生活的许多方面得到广泛的应用，尤其是对一些液态危险化学品的称重计量灌装，开始使用基于机器视觉技术精确定位目标桶的桶口，实现物料的全自动定值灌装，这对于减少操作员工人身伤害、减少环境污染、提高生产效率以及建设现代化无人车间等具有积极意义。

　　2系统组成及工作原理

　　机器视觉自动定值灌装系统主要由视觉图像采集分析系统、二自由度平台移动控制系统、灌装称重计量机构和辊道输送控制机构组成，如图 1所示。

　　空桶进到灌装位置后，由图像采集系统采集容器表面图像，利用图像处理及模式识别技术精确定位图像中桶口的中心坐标，然后通过直角机器人系统操纵二自由度移动平台，带动灌装喷枪朝桶口位置移动，当到达桶口位置时，向喷枪升降机构发出信号，插入喷枪，开始充装过程，充装完成后把重桶送出，如图2 所示。

　　其主要用途和适用领域为：通过机器视觉寻找桶口，实现喷枪对容器桶孔的自动定位，从而实现容器、物料、灌装系统的操作间均封闭在一个具有负压的房间中，达到保护操作人员和生产环境的要求。广泛应用于石油化工、染料、油脂、涂料等行业液体产品的定量灌装，特别适用于剧毒、强腐蚀介质及无人值守不间断灌装的生产工艺。

　　3视觉识别算法实现

　　3.1图像获取

　　本系统采用的是 CCD 数字摄像机，图像信号传输到图像采集卡上，计算机进行取样采集并显示在屏幕上。本系统中采用高分辨率工业摄像机，从而保证了桶口的图像坐标更精准，如图 3 所示。

　　3.2图像预处理

　　图像的预处理就是将连续灰度的源图 (如图 4所示) 变成黑白二元图 (如图 5 所示)，也就是二值化过程。基本思想是把灰度值在指定阈值范围内的像素转成黑像素 (0)。灰度值在指定阈值之外的像素转成白像素 (255)。

　　拍照时，桶面由于是一个平面，会产生反光，它在图像中有着较高的灰度值，如果设置一个合适的阈值，就一定能被处理为白像素;而桶口内部很深吸光，则反映在图像上灰度值较低。为了使桶面和桶口形成局部的高对比度，灰度值要落在阈值z1、z2之间，把它处理为黑像素。

　　3.3模板匹配

　　模板匹配是图像识别中一种常用的方法，时间复杂度和空间复杂度都较大。它的基本思想是：要判读一幅大图像中是否存在某种已知的图案，则以一幅与该图案有着相同尺寸和方向的小图像为模板，通过一定的算法可以在图中找到目标，确定其坐标位置。