一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统及方法
【专利摘要】本发明一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统及方法，采用半透镜将塑料托盘反射的激光束所形成的光斑采集到工业相机上，并利用机器视觉技术，对光斑的中心位置和偏离度进行测量，以获得塑料托盘的结构信息，为塑料托盘准入高架库提供定量依据，也为淘汰塑料托盘提供量化依据，本系统自动化程度高、检测效率高、准确度高，为大批量在流转塑料物流平托盘的可续用性检测提供了技术手段，具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统及方法，尤其涉及采用机器视觉方法，对进入高架库的塑料托盘反光特征进行自动检测的系统及方法，属于物流检测设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]物流平托盘是现代物流标准化的重要载体，广泛应用于货物仓储、搬运、运输等物流过程中，尤其在全自动高架立体仓储中，物流平托盘更具有效率高、安全可靠的特点。
[0003]塑料作为物流平托盘的制作材料，优点在于:轻便、耐用，形状可定制，材料可再回收利用，在全自动高架立体仓库中应用广泛。
[0004]但是，由于全自动高架立体仓储自动化程度高，对进入高架库的塑料托盘的形状、尺寸都有较高的要求；尤其是通过反射式光电管检测托盘形状，要求严格。
[0005]由于有的塑料托盘高光颜色较亮，或者塑料托盘光电管照射平面扭曲，造成反射式光电管无法接收塑料托盘表面反射光线，进而拒绝塑料托盘进入高架库，引起高架库自动运行停止，降低了高架库性能。
[0006]因此，对每一个塑料托盘反光特征进行定期检测，以保证在正常使用过程中，塑料托盘能够通过反射式光电管检测，减少塑料托盘被拒率，提高高架库连续工作时间，从而提闻闻架库运行效率。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统，系统结构包括:反射式光电管、半透镜、限幅器和工业相机。
[0008]所述反射式光电管发射激光束，经过半透镜的反射，照射塑料托盘的检测区，反射光返回半透镜，穿过半透镜直接照射到半透镜背面的限幅器，光线经限幅处理之后，进入工业相机成像；
[0009]所述限幅器作用是衰减进入工业相机的反射光光强，避免工业相机成像之后的图像由于曝光强度过大，而导致图像像素值饱和至最大值；
[0010]所述工业相机采集反射光亮度图像，每一个像素以0-255之间的一个整数值代表
亮度；
[0011]所述半透镜作用是反射反射式光电管发出的激光束，并使激光束垂直照射至塑料托盘的检测区；而对从塑料托盘检测区反射回来的光线，则按直线透过半透镜，照射到半透镜背面的限幅器及工业相机；
[0012]所述反射式光电管使用和高架库塑料托盘检测相同的反射式光电管，作用是发射激光束，检测结果直接反映塑料托盘检测的要求。
[0013]使用本发明塑料托盘反光特征检测系统，本发明还提供一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测方法，步骤包括:[0014]一、检测过程
[0015]步骤1.1:工业相机采集一幅视场图像；
[0016]步骤1.2:将视场图像转化为亮度分量图像；
[0017]步骤1.3:对每一个像素的亮度值，根据两个不同的亮度阈值μ1和^2分成不同的亮度等级，μ^μ2，小于U1的像素为暗场像素，大于μ 2的像素为中心亮斑像素，介于两者之间的像素为次级亮斑像素；这样，将亮度分量图像分割为三个区域:暗场、次级亮斑区域和中心亮斑区域；
[0018]步骤1.4:找出三个区域的轮廓线:中心亮斑轮廓线和次级亮斑轮廓线；
[0019]步骤1.5:计算中心亮斑轮廓线的中心位置M1 ；
[0020]步骤1.6:计算次级亮斑轮廓线的中心位置M2 ；
[0021]步骤1.7:和视场中心位置M进行比较,计算偏离度η = α ?!丽」+ β.|ΜΜ2| ,其中Imm1I为中心亮斑轮廓线的中心位置M1和视场中心位置μ的距离，MM2为次级亮斑轮廓线的中心位置M2和视场中心位置M的距离，而α、β为加权因子，根据经验确定；
[0022]偏离度大于阈值gamma，则反射光偏离严重，塑料托盘有可能存在结构变形，在这种情况下，反射式光电管发射的激光束照射在塑料托盘上后反射无法被反射式光电管接收，从而被高架库拒入，应淘汰该塑料托盘；[0023]偏离度小于阈值gamma，则塑料托盘处于正常可续用状态，不会被高架库拒入，应续用该塑料托盘；
[0024]步骤1.8:如果步骤1.3中，无法由两个亮度阈值μ工和μ 2获得三个区域,则直接判断为塑料托盘结构变形，在这种情况下，反射光偏离严重，中心亮斑无法落入工业相机视场，应淘汰该塑料托盘。
[0025]二、校正过程
[0026]校正过程是在系统初装、检修、跟换零部件等系统部件及位置发生改变之后进行；
[0027]步骤2.1:用标准反射板放置在塑料托盘检测区位置，标准反射板表面平整，垂直入射的激光能被垂直反射；
[0028]步骤2.2:执行检测过程的步骤1.1-1.4 ；
[0029]步骤2.3:调整反射式光电管、半透镜、限幅器和工业相机的位置或方向，使得在工业相机视场中心位置；
[0030]校正过程完成之后，检测系统进入正常使用状态。
[0031]综上所述，本发明显著的技术效果在于:采用半透镜将塑料托盘反射的激光束所形成的光斑采集到工业相机上，并利用机器视觉技术，对反射光斑的中心位置和偏离度进行测量，以获得塑料托盘的结构信息，为塑料托盘准入高架库提供定量依据，也为淘汰塑料托盘提供量化依据，本系统自动化程度高、检测效率高、准确度高，为大批量在流转塑料物流平托盘的可续用性检测提供了技术手段，具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统的塑料托盘进入高架库时光电检测系统结构图；[0033]图2是本发明一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统结构图；
[0034]图3是本发明一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测方法的塑料托盘反光光斑图；
[0035]图4是本发明一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测方法的原理图。
【具体实施方式】
[0036]参考附图，下面对本发明进行详细描述。
[0037]如图1所示，本发明基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统的塑料托盘进入高架库时光电检测系统结构图，塑料托盘(100)在传送带(102)上移动，在进入高架库之前，需要进行反射式光电管(101)检测，反射式光电管(101)的作用是发射激光照射塑料托盘(100)的检测区，激光被反射，反射光再被反射式光电管(101)接收，当反射光超过一定的光强时，认为塑料托盘(100)结构完整；否则接收不到反射光，或者反射光光强太弱，表明塑料托盘(100)结构存在问题:结构缺失导致激光无法反射；或者结构变形，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，反射式光电管(101)检测不到；
[0038]如图2所示，本发明基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统结构图，系统结构包括:反射式光电管(101)、半透镜(201)、限幅器(203)和工业相机(204)。
[0039]所述反射式光电管(101)发射激光束，经过半透镜(201)的反射，照射塑料托盘
(100)的检测区(200)，反射光返回半透镜(201)，穿过半透镜(201)直接照射到半透镜(201)背面的限幅器(203)，光线经限幅处理之后，进入工业相机(204)成像；
[0040]所述限幅器(203)作用是衰减进入工业相机(204)的反射光光强，避免工业相机(204)成像之后的图像由于曝光强度过大，而导致图像像素值饱和至最大值；
[0041]所述工业相机(204)采集反射光光强图像，每一个像素以0-255之间的一个整数值代表光强；
[0042]所述半透镜(201)作用是反射反射式光电管(101)发出的激光束，并使激光束垂直照射至塑料托盘(100)的检测区(200);而对从塑料托盘(100)检测区(200)反射回来的光线，则按直线透过半透镜(201)，照射到半透镜(201)背面的限幅器(203)及工业相机(204)；
[0043]所述反射式光电管(101)使用和高架库塑料托盘(100)检测相同的反射式光电管
(101)，作用是发射激光束，检测结果直接反映塑料托盘(100)检测的要求；
[0044]如图3所示，本发明工业相机获取的塑料托盘反光光斑视场示意图，工业相机视场(300)中，中心亮斑(301)是反射激光能量最集中的部分，检测中心亮斑(301)偏离工业相机视场(300)中心点的距离，以及亮度等高线(302)的形状特征，判断反射激光偏离情况，以确定塑料托盘检测区是否存在形变等问题；
[0045]如图4所示，本发明基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测方法的原理图，工业相机视场(300)分割为暗场(403)、次级亮斑、中心亮斑三个区域，分别形成次级亮斑轮廓线(402)和中心亮斑轮廓线(401)，对两条轮廓线计算得到的次级亮斑中心位置(406)和中心亮斑中心位置(405)，用以评估和视场中心位置(404)之间的偏离程度。
【权利要求】
1.一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测系统，其特征在于: 系统结构包括:反射式光电管、半透镜、限幅器和工业相机； 所述反射式光电管发射激光束，经过半透镜的反射，照射塑料托盘的检测区，反射光返回半透镜，穿过半透镜直接照射到半透镜背面的限幅器，光线经限幅处理之后，进入工业相机成像； 所述限幅器作用是衰减进入工业相机的反射光光强，避免工业相机成像之后的图像由于曝光强度过大，而导致图像像素值饱和至最大值； 所述工业相机采集反射光亮度图像，每一个像素以0-255之间的一个整数值代表亮度； 所述半透镜作用是反射反射式光电管发出的激光束，并使激光束垂直照射至塑料托盘的检测区；而对从塑料托盘检测区反射回来的光线，则按直线透过半透镜，照射到半透镜背面的限幅器及工业相机； 所述反射式光电管使用和高架库塑料托盘检测相同的反射式光电管，作用是发射激光束，检测结果直接反映塑料托盘检测的要求。
2.一种基于机器视觉的塑料托盘反光特征检测方法，其特征在于: 具体步骤包括: 一、检测过程 步骤1.1:工业相机采集一幅视场图像； 步骤1.2:将视场图像转化为亮度分量图像； 步骤1.3:对每一个像素的亮度值，根据两个不同的亮度阈值μ1和μ 2分成不同的亮度等级，μ^μ2，小于U1的像素为暗场像素，大于μ 2的像素为中心亮斑像素，介于两者之间的像素为次级亮斑像素；这样，将亮度分量图像分割为三个区域:暗场、次级亮斑区域和中心亮斑区域； 步骤1.4:找出三个区域的轮廓线:中心亮斑轮廓线和次级亮斑轮廓线； 步骤1.5:计算中心亮斑轮廓线的中心位置M1 ； 步骤1.6:计算次级亮斑轮廓线的中心位置M2 ； 步骤1.7:和视场中心位置M进行比较,计算偏离度η = α.|丽」+ β.|ΜΜ2|，其中MM11为中心亮斑轮廓线的中心位置M1和视场中心位置M的距离，MM21为次级亮斑轮廓线的中心位置M2和视场中心位置M的距离，而α、β为加权因子，根据经验确定； 偏离度大于阈值gamma，则反射光偏离严重，塑料托盘有可能存在结构变形，在这种情况下，反射式光电管发射的激光束照射在塑料托盘上后反射无法被反射式光电管接收，从而被高架库拒入，应淘汰该塑料托盘； 偏离度小于阈值gamma，则塑料托盘处于正常可续用状态，不会被高架库拒入，应续用该塑料托盘； 步骤1.8:如果步骤1.3中，无法由两个亮度阈值μ i和μ 2获得三个区域，则直接判断为塑料托盘结构变形，在这种情况下，反射光偏离严重，中心亮斑无法落入工业相机视场，应淘汰该塑料托盘； 二、校正过程 校正过程是在系统初装、检修、跟换零部件等系统部件及位置发生改变之后进行；步骤2.1:用标准反射板放置在塑料托盘检测区位置，标准反射板表面平整，垂直入射的激光能被垂直反射； 步骤2.2:执行检测过程的步骤1.1-1.4 ； 步骤2.3:调整反射式光电管、半透镜、限幅器和工业相机的位置或方向，使得在工业相机视场中心位置； 校正过程完成之后，检测系统进入正常使用状态。
【文档编号】G01B11/16GK103712568SQ201310703149
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】傅培华, 朱安定 申请人:浙江工商大学