基于机器视觉的水果变尺寸包装控制系统研究

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目前,包装控制技术在工业领域得到了广泛的应用,已成为工业现代化的重要标志,但现阶段的包装机械还存在生产柔性差、包装精度低、响应实时性差等问题。机器视觉的出现使包装工业领域的发展推向了智能化阶段,它拥有获取图像速度快、检测精度高,检测范围广的特点。将机器视觉应用于包装工业领域,可以使包装系统自动完成待包装物的识别与检测,提高包装精度以及包装系统对外部化境的适应能力。本文以多伺服枕式包装机控制系统为研究对象,对基于机器视觉的水果变袋长包装控制系统进行研究,原有包装控制系统功能简单,只能对水果进行等袋长包装。本文通过对机器视觉图像处理和包装系统多轴协同控制策略进行研究,利用视觉系统获取图像,并利用处理后的图像确定包装袋长,再根据尺寸参数确定控制系统多轴速度匹配。具体研究内容与结论如下:1)通过对动态水果图像处理,提出并改进了动态模糊水果图像复原的算法。推算出模糊图像的PSF(Point Spread Function,点传递函数)来计算模糊长度和模糊角度,并运用基于增益控制的Lucy-Richardson算法对模糊水果图像复原,当图像迭代次数r=8时,图像分割误差最小。完成模糊图像复原处理后,运用阈值法实现水果与背景的分割,再对图像进行边缘检测与尺寸提取。卷积运算后的图像尺寸经摄像机标定换算成实际尺寸。并确定图像尺寸与实物尺寸的对应关系,利用抛物线法代替水果圆弧线确定包装袋长度,建立了水果尺寸与包装袋长的数学模型。2)分析了实现变尺寸包装的控制策略。对系统三轴进行速度控制,确定匀速送膜、变速送果和端封切的控制模型。根据该模型对三轴控制系统进行研究。通过包装需求求解出其加速度的脉冲频率公式。改变送果轴和端封切轴的脉冲量来实现水果间的无缝精准包装。将加速度公式中的初始脉冲频率f和加速度a及脉冲量N封装在PLC包络表中,包络表数据进行实时更新,通过PLC梯形图实现对各轴的速度控制。最后利用上位机软件Labview中的Queue函数实现图像处理模块与运动控制模块的并行处理。3)通过元器件选型对系统进行硬件配置,其中包括机器视觉模块和运动控制模块。并对系统总体布局进行了规划,对上下位机数据处理进行了研究。根据系统需求设计出人机交互界面。在实验中,使用本文算法对动态水果图像进行去模糊处理,分析对比处理结果。结果表明相对于原始未处理的模糊图像,利用本文算法使水果最大果径平均测量误差从5.1%下降至0.81%。并且当包装速度v<0.20m/s时,水果的包装误差在可接受范围内。证明了本文所选算法和控制策略的可行性,并为以后整个控制系统的改进工作提供了依据。
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