基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法及系统技术方案

本发明专利技术属于纸塑复合袋生产技术领域，公开了一种基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法及系统，首先由视觉定位系统探测纸塑复合袋在平台上的偏移和倾角，然后由纠偏执行机构纠偏，纠偏平台每侧皮带为上下两条，夹持纸塑复合袋运动。两侧皮带速度不同，纸塑复合袋会在平台上旋转，其中心位置也会有横向运动，通过这种运动，将纸塑复合袋倾角矫正，并将纸塑复合袋中心位置移动到平台中轴线上。通过左右两侧皮带S加减速的纠偏方法，可以对单个纸塑复合袋进行有针对性的纠偏，解决了纸塑复合袋不连续传送的纠偏难点，使复纸塑合袋在纠偏过程中所受最大摩擦力不致使纸塑复合袋产生褶皱。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法及系统
本专利技术属于纸塑复合袋生产
，尤其涉及一种基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法及系统。
技术介绍
目前，随着国民经济的发展，农业、制造业和贸易行业都取得了飞速进步，其中包装业为这些行业的发展做出重大贡献。近十年来，包装材料发生了巨大的变化，由早期的木头、棉、纸、金属和塑料发展到现在的人工复合材料。多层塑料复合能够大大提高材料的物理性能，增加其耐用性；塑料与金属复合的材料既有金属的刚性，也具备塑料无害、低价的特点；塑料与纸复合的材料具有质地轻、防水、抗拉性能好等特点，广泛应用在食品包装上。广泛应用的软包装袋主要有以下三种：传统塑料袋、多层纸袋和纸塑复合袋。传统塑料袋虽然有很多优点，曾广泛应用在多种场合，但是塑料袋抗高温能力差，易老化，并且对环境污染大，难以回收，造成“白色污染”，已被许多国家限制使用。多层纸袋的显著特点是无污染，易回收，废弃后可自动降解，但是纸袋防水性能极差，纸张强度低、易撕裂，且需要砍伐大量树木来生产，对环境不友好，已减少使用。纸塑复合袋具备纸袋和塑料袋的双重优点，生产成本低、防潮性能好、外观漂亮且不易破损，已广泛应用于食品行业、制造业和化工行业。作为加工纸塑复合袋产品的机器，其性能直接影响纸塑复合袋的质量、生产效率和生产成本，也影响企业效率。根据相关数据，全球包装机械需求以每年5.3％的速度增长，并且随着国内经济发展和人民生活水平的提高，国内包装袋需求还将持续增长。纸塑复合袋需求的增长对纸塑复合袋生产设备提出了更高的要求。如何提高包装袋生产效率和质量以及如何提高生产设备的可靠性、稳定性和智能化水平已经成为包装行业亟待解决的问题。但是目前的纸塑复合袋在生产中，当纸塑复合袋外袋出现缺陷时，应当及时将其剔除，减少后面工序的浪费和材料的浪费；当纸塑复合袋位置倾斜时，应当及时将其矫正，避免后面缝纫倾斜和印刷倾斜。目前的套袋机未对缺陷进行及时检测，导致浪费材料和占用工序，生产效率降低，成本升高。纸塑复合袋内外袋套合后，由皮带将其传送到缝合工位。纸塑复合袋在套袋工位上由于开外袋、吹内袋等工艺，可能会使纸塑复合袋位置发生偏移和倾斜，导致缝合时缝线倾斜或缝边过短，并且导致印刷倾斜，故在套袋工位与缝纫工位之间，需对纸塑复合袋进行纠偏，使缝纫时纸塑复合袋位姿统一，保证其缝合质量和印刷质量。纸塑复合袋在套袋和传送过程中，会发生偏移，偏移分为位置偏移和角度倾斜。位置偏移会导致纸塑复合袋缝边过短，角度倾斜会导致纸塑复合袋缝纫和印刷倾斜。为了找到合适的纠偏方法纠正纸塑复合袋的位置偏移和倾角，对常用的纠偏方式进行比较。常用的纠偏方法分别为：导向纠偏、基于CCD的连续料卷纠偏、机械手纠偏、异型导轨纠偏。导向纠偏和机械手纠偏均适用于不连续进给、形状不易变的物体，基于CCD的连续料卷纠偏和调心托辊纠偏均适用于连续进给的柔性体。这些纠偏方法不适用于形状易变、材质较轻且不连续进给的纸塑复合袋。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)纸塑复合袋在生产中，容易发生位置偏移和角度倾斜，影响缝合质量和印刷质量；(2)现有的纠偏方法不适用于对形状易变、材质较轻且不连续进给的纸塑复合袋进行纠偏。(3)S加减速在别的领域控制中用得较多，但在柔性体的控制中，现有技术没有报道。解决以上问题及缺陷的难度为：(1)纸塑复合袋形状易变，不恰当的受力可能使其产生褶皱，影响其质量；(2)纸塑复合袋在传送带上不是连续料卷传送，需要针对单个纸塑复合袋的位姿执行纠偏动作。(3)采用简单的伺服进行张力控制无法满足工艺生产要求。其难点就是要搞清纸塑复合袋传输平展的工艺机理及力学模型，依据此模型进行控制。解决以上问题及缺陷的意义为：保证纸塑复合袋生产中的纠偏效率和准确度，满足工业生产要求。本专利技术解决了根据纸塑复合袋受力状态进行展平不褶皱纠偏的精确控制，并进行了此工艺下的各参数的优化。这是最大的特色。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法，包括：由视觉定位系统探测纸塑复合袋柔性体在平台上的偏移和倾角，由纠偏执行机构采用S加减速的纠偏方法先将纸塑复合袋柔性体位置纠偏到中心线，再采用S差速法将纸塑复合袋柔性体倾角纠偏到水平位置。进一步，S加减速的纠偏方法包括：位置纠偏，左右两侧皮带均以S型曲线开始减速，直到两侧皮带均减速为0；左右两侧皮带速度大小不同，位置纠偏速度曲线围成的面积即为左侧皮带较右侧多前进的距离，该距离可由纸塑复合袋偏移量和倾角计算得到，即有：L(Vl)-L(Vr)＝Dp(d,θ)其中，L(Vi)表示皮带以速度Vi在位置纠偏时间段内的位移；Vl为左侧皮带速度；Vr为右侧皮带速度；Dp(d,θ)表示纸塑复合袋纠正位置偏移时一侧较另一侧多前进的距离；位置纠偏开始时，两侧皮带同时开始减速；为防止纸塑复合袋一侧速度为0一侧不为0而产生褶皱，位置纠偏结束时，两侧速度同时降为0，然后开始角度纠偏；角度纠偏，两侧速度大小相等，方向相反，均先加速后减速；纸塑复合袋开始旋转，抵消纸塑复合袋原始倾角和位置纠偏新增倾角，即有：L(Vl)＝Da(d,θ)；其中，L(Vl)为角度纠偏过程中左侧皮带的位移；Da(d,θ)为纠正倾角时纸塑复合袋一侧前进的距离；纠正完位置偏移和倾角后，纸塑复合袋纠偏动作完成，此时两侧皮带速度均为0，最后两侧皮带加速至传送速度Vp，将纸塑复合袋平送出纠偏装置，开始缝纫和印刷。进一步，由视觉定位系统探测纸塑复合袋柔性体在平台上的偏移和倾角后，还需进行压力数据库获取，根据获取的压力数据库数据调节皮带压力，压力正常，由纠偏执行机构采用S加减速的纠偏方法先将纸塑复合袋柔性体位置纠偏到中心线，再采用S差速法将纸塑复合袋柔性体倾角纠偏到水平位置；若纠偏的位置、倾角不满足生产需要，返回皮带压力调节步骤；所述压力数据库获取采用有限元静态屈曲计算的方法，针对不同的纸塑复合袋，以其屈曲发生的最大变形作为纸塑复合袋不产生褶皱作为计算依据，反求出此时作用在纸塑复合袋上且处于各姿态时皮带的最大压力，以此由磁力产生的作用在皮带上的最大压力作为纠偏中皮带压力控制的参数，每一个工况，复合袋屈曲变形已知，磁力大小固定；或采用动态有限元方法结合BP神经网络法进皮带压力预测；根据每次纸塑复合袋的工况，包括电流大小、皮带间距大小、带速、摩擦状况，采用动态有限元方法进行模拟，得到每一个工况下的皮带压力；采用正交试验的方法进行工况数据的组合，并依次进行有限元动态模拟，得到一个工况对应下的皮带压力的集合；再运用BP神经网络的方法进行训练，建立较精准的基于工况参数的人工神经网络的皮带压力的数学映射模型；再以此训练好的数学映射模型代入到新的工况中，得到每次具体工况下的考虑电流大小、皮带间距大小、带速、摩擦状况的皮带压力，完成压力数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法，其特征在于，所述基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法包括：/n由视觉定位系统探测纸塑复合袋柔性体在平台上的偏移和倾角，由纠偏执行机构采用S加减速的纠偏方法先将纸塑复合袋柔性体位置纠偏到中心线，再采用S差速法将纸塑复合袋柔性体倾角纠偏到水平位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法，其特征在于，所述基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法包括：
由视觉定位系统探测纸塑复合袋柔性体在平台上的偏移和倾角，由纠偏执行机构采用S加减速的纠偏方法先将纸塑复合袋柔性体位置纠偏到中心线，再采用S差速法将纸塑复合袋柔性体倾角纠偏到水平位置。


2.如权利要求1所述的基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法，其特征在于，S加减速的纠偏方法包括：
位置纠偏，左右两侧皮带均以S型曲线开始减速，直到两侧皮带均减速为0；左右两侧皮带速度大小不同，位置纠偏速度曲线围成的面积即为左侧皮带较右侧多前进的距离，该距离由纸塑复合袋偏移量和倾角计算得到，即有：
L(Vl)-L(Vr)＝Dp(d,θ)
其中，L(Vi)表示皮带以速度Vi在位置纠偏时间段内的位移；Vl为左侧皮带速度；Vr为右侧皮带速度；Dp(d,θ)表示纸塑复合袋纠正位置偏移时一侧较另一侧多前进的距离；位置纠偏开始时，两侧皮带同时开始减速；防止纸塑复合袋一侧速度为0一侧不为0而产生褶皱，位置纠偏结束时，两侧速度同时降为0，然后开始角度纠偏；
角度纠偏，两侧速度大小相等，方向相反，均先加速后减速；纸塑复合袋开始旋转，抵消纸塑复合袋原始倾角和位置纠偏新增倾角，即有：
L(Vl)＝Da(d,θ)
其中，L(Vl)为角度纠偏过程中左侧皮带的位移；Da(d,θ)为纠正倾角时纸塑复合袋一侧前进的距离；
纠正完位置偏移和倾角后，纸塑复合袋纠偏动作完成，此时两侧皮带速度均为0，最后两侧皮带加速至传送速度Vp，将纸塑复合袋平送出纠偏装置，开始缝纫和印刷。


3.如权利要求1所述的基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法，其特征在于，由视觉定位系统探测纸塑复合袋柔性体在平台上的偏移和倾角后，还需进行压力数据库获取，根据获取的压力数据库数据调节皮带压力，压力正常，由纠偏执行机构采用S加减速的纠偏方法先将纸塑复合袋柔性体位置纠偏到中心线，再采用S差速法将纸塑复合袋柔性体倾角纠偏到水平位置；若纠偏的位置、倾角不满足生产需要，返回皮带压力调节步骤；所述压力数据库获取采用有限元静态屈曲计算的方法，针对不同的纸塑复合袋，以其屈曲发生的最大变形作为纸塑复合袋不产生褶皱作为计算依据，反求出此时作用在纸塑复合袋上且处于各姿态时皮带的最大压力，以此由磁力产生的作用在皮带上的最大压力作为纠偏中皮带压力控制的参数，每一个工况，复合袋屈曲变形已知，磁力大小固定；
或采用动态有限元方法结合BP神经网络法进皮带压力预测；根据每次纸塑复合袋的工况，包括电流大小、皮带间距大小、带速、摩擦状况，采用动态有限元方法进行模拟，得到每一个工况下的皮带压力；采用正交试验的方法进行工况数据的组合，并依次进行有限元动态模拟，得到一个工况对应下的皮带压力的集合；再运用BP神经网络的方法进行训练，建立较精准的基于工况参数的人工神经网络的皮带压力的数学映射模型；再以此训练好的数学映射模型代入到新的工况中，得到每次具体工况下的考虑电流大小、皮带间距大小、带速、摩擦状况的皮带压力，完成压力数据库的建立。


4.如权利要求1所述的基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法，其特征在于，所述基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法具体包括：
步骤一，探测纸塑复合袋在平台上的偏移和倾角，若纸塑复合袋在套袋工位发生位置偏移和倾斜，则传送到纠偏工位，并进行拍摄纸塑复合袋的图像；
步骤二，所述图像经过获取ROI、图像预处理和直线提取后，计算出纸塑复合袋的中心位置和倾角，将位置信息传递给纠偏执行模块；
步骤三，纠偏执行模块调整纠偏皮带间距，并根据纸塑复合袋倾角设定合适的皮带压力，然后判断纸塑复合袋是否有位置偏移，若存在位置偏移，纠偏速度控制器控制两侧皮带速度及方向；
步骤四，纠正纸塑复合袋旋转偏移的位置；
步骤五，位置偏移纠正后，判断纸塑复合袋是否有角度倾斜，若存在倾斜，纠偏速度控制器采用S差速法角度纠偏控制两侧皮带速度大小相等、方向相反，纸塑复合袋中心位置不变，只改变倾角；
步骤六，纸塑复合袋的位置和倾角纠偏结束后，将纸塑复合袋送到缝合工位进行缝合。


5.如权利要4所述的基于视觉定位的纸塑复合袋差速纠偏方法，其特征在于，步骤二中，在对纸塑复合袋的图像检测之前，将皮带部分剔除，同时将纸塑复合袋图像分割为三个区域，纸塑复合袋图像上会有相机本身产生的噪点和纸塑复合袋表面的杂点，在直线提取时对图像进行滤波，同时不能对纸塑复合袋边缘产生影响，滤波之后，对纸塑复合袋图像进行阈值分割，区分前景与背景，突出纸塑复合袋边缘，然后利用边缘检测算法获取纸塑复合袋边缘点，对纸塑复合袋的四条边线进行提取，得到纸塑复合袋四条边线的解析式，根据四条直线的解析式求取四个交点和直线的倾角，纸塑复合袋的位置信息表示为：



最后将图像坐标系中的位置信息变换到世界坐标系中；
对纸塑复合袋图像进行阈值分割时，采用自适应阈值分割方法，阈值分割的数学表达如下：



式中，k为分割阈值；自适应分割方法主要目的是根据整幅图像的灰度值，选取最佳的阈值k；
步骤三中，所述纠偏皮带上层为磁性皮带，下层为普通皮带，纸塑复合袋夹持在两层皮带之间，普通皮带下部安装有电磁铁，通过调节电磁铁的电流，调整两层皮带之间的压紧力。


6.如权利要求5所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：严国平，周俊宏，柯明，钟飞，朱晓凡，周宏娣，夏军勇，杨小俊，李博，彭震奥，吴世燃，黄露，方向阳，方磊，张泽昀，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42