[发明专利]一种面向PE袋的超声波封口装置及方法

权利要求书

1.一种面向PE袋的超声波封口装置，其特征在于，包括生产线传输带(6)、对称安装于生产线传输带(6)两侧的支架(5)、安装于两支架(5)相对侧面的伸缩调节模块(3)、安装于压力驱动模块(3)端部封口机械臂上的超声波发射模块(4)；所述支架(5)上部安装有光电开关传感器并通过双目相机固定支架(1)安装有双目相机(2)；所述超声波封口装置由超声波封口PE袋信息处理系统(A)控制；

所述超声波封口PE袋信息处理系统(A)包括超声波封口子系统以及视觉检测子系统；所述超声波封口子系统包括与光电开关传感器相连的光电开关检测模块、与超声波发射模块(4)相连的超声波发射调频模块以及超声波焊接控制模块、与伸缩调节模块(3)相连的压力驱动模块；所述视觉检测子系统接收来自双目相机(2)捕获的图像数据，包括图像预处理模块以及焊接区域图像分割模块。

2.根据权利要求1所述的一种面向PE袋的超声波封口装置，其特征在于，所述光电开关传感器检测两支架(5)上安装的超声波发射模块(4)相对侧面之间是否放置有PE袋。

3.根据权利要求1所述的一种面向PE袋的超声波封口装置，其特征在于，所述超声波发射调频模块用于调整超声波发射模块(4)的超声波频率，采用不同频率超声波焊接不同厚度、不同宽度的PE袋。

4.根据权利要求1所述的一种面向PE袋的超声波封口装置，其特征在于，所述伸缩调节模块(3)采用油缸、气缸、电缸、滑台中任意一种；所述压力驱动模块为驱动控制器，且伸缩调节模块(3)的端部设置有压力传感器。

5.根据权利要求1所述的一种面向PE袋的超声波封口装置，其特征在于，所述支架(5)为升降式，包括手动升降或自动升降。

6.一种面向PE袋的超声波封口方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的一种面向PE袋的超声波封口装置实现，包括如下步骤：

S1、准备阶段：由生产线传输带(6)将填充完饲料的PE袋输送至位于两支架(5)之间的超声波封口区域，根据PE袋的封口高度，进行手动或自动调节支架(5)，使超声波发射模块(4)刚好正对封口位置，打开光电开关传感器并由光电开关检测模块检测是否有PE袋；

若是，则暂停生产线传输带(6)传输动作，并打开超声波发射调频模块，根据PE袋厚度和密度调节超声波发射模块(4)输出的超声波频率；根据PE袋的厚度、密度从系统中找到对应的频率范围[f_m,f_n]，并判断此时频率f_i是否符合此范围，若f_m≤f_i≤f_n，则采用此频率即可；若不在此范围内，则计算频率偏差采用矫正后的频率f＝f_i±Δf进行焊接，焊接时长记为t；

若否，继续生产线传输带(6)传输动作；

S2、超声波焊接：由压力驱动模块控制伸缩调节模块(3)对PE袋的封口位置进行施加压力，通过压力传感器实时计算所施加的压力F_N＝∫2tG(f_i)dt，在施加压力的同时，控制超声波发射模块(4)输出对应的频率的超声波，记录施加时长为T，判断时间上是否满足0.65t＜T≤0.85t；

若是，则反行程撤销伸缩调节模块(3)的压力，封口完成，并进入视觉检测子系统，检测超声波封口质量；

若否，则进行时间纠正采用纠正后的时间T+ΔT，并计算新的压力作用时间；

S3、视觉检测子系统检测超声波封口质量：在超声波封口焊接完成后，由位于两支架(5)上的双目相机(2)采集封口后的图像，将采集的图像I(x,y)通过高斯函数G(x,y,σ)进行滤波预处理，去除由于光线环境等原因产生的高频噪声,其过程为:

式中，L(x,y,σ)为高斯函数与原图像进行卷积后的尺度空间图像；G(x,y,σ)为二维的高斯函数；为卷积运算；I(x,y)为原图像；σ为尺度空间因子；σ值越小表示图像被平滑的越少；

对预处理后的图像进行焊接区域分割，利用区域生长算法及分水域算法对焊接区域分割，区域生长通过一组代表不同生长区域的种子像素开始，接下来将种子像素领域里符合条件的像素合并到种子像素所代表的生长区域中，并将新添加的像素作为新的种子像素继续合并过程，直到找不到符合条件的新像素为止；然后，利用分水岭算法对区域生长边缘部分细化填充，基于拓扑理论的数学形态学的分割方法，由像素点计算出焊接区域的面积S_i，通过所设置的阈值范围[S_m,S_n]判断实际焊接区域面积S_i是否符合该范围，即S_m≤S_i≤S_n是否成立；

若否，则计算面积偏差输出至超声波封口子系统，对该PE袋重新进行超声波补充焊接，并结束；

若是，则封口检测结束，通过生产线传输带(6)将PE袋移出生产线。