基于机器视觉的智能包装码垛自动化分析

余衍兴

广东速美达自动化股份有限公司 广东东莞 523000

摘要：随着我国社会经济的不断提高，工业化与信息化的发展水平也得到了显著增强，工业机器人和机器视觉技术也成为各个产业关注的焦点，成为社会热点话题与学者研究的重点对象。与其他传统技术相比，机器视觉技术具有高敏感性、高适应性以及非接触等优势，不仅能够达到预期的操作效果，也能满足日益复杂的工业环境生产需求。在二十一世纪的今天，机器视觉技术已经在很多领域中实施应用和普及，并且国家也对机器人及高端数控机床等相关产业提供了支持与助力，特别是物流、汽车等重要的装配分拣环节，起到了提高生产效率并且降低人工成本的作用，文章将会对其在智能包装码垛自动化的应用展开分析，旨在为业内人士对于这方面的研究提供参考。

关键词：机器视觉；智能包装码垛；自动化技术研究

前言

近年来，我国发展已经从追求高速度转变为了高质量，为了加强产品质量，采取现代化的技术手段改进机器设备，将信息化、自动化、智能化等技术作为传统机器的改造方案，已经成为各个领域学者研究的重点。从20世纪开始，机器人在研发之后就走入了人们的生产与生活，大到航天航空领域，小到送餐送货，这些机器人的应用极大地促进了经济的增长，并且在研究过程中也在多学科交叉领域丰富了很多全新的成果，例如自动控制、机器学习以及神经网络等。

在制造业的应用中，机器人识别物体并抓取是最为常见的工作形式，结合机器视觉技术的相机可以成为自动化生产的有效助力，让技术成为机器人的眼睛，以识别产品情况和作为空间位置的引导作用，让整个生产线的产能和效率得到显著的加强。在工业的应用中，机器人可以使用机器视觉技术对工作环境进行信息的采集和处理，然后用分析后的反馈信号控制机器本身，达到上位机辅助人工作业的操作。机器视觉涉及了多种学科，凭借着实时传输的优势活跃在工业市场中，并且在不断创新和改革下便利人们的工作、学习与生活，为综合国力的提升创造了有利的条件。

一、基于机器视觉的智能包装码垛自动化发展现状

很多专家学者形象地将机器视觉称为是工业之眼，顾名思义，机器视觉技术就是工业机器人了解环境的来源和基础，在配备机器视觉之后的生产线可以有效地提高其智能化水平，让产品的生产效益得到显著的加强。

传统的包装码垛方式虽然可以完成对应的生产计划，但劳动力成本和生产风险却难以得到有效控制，和高效率的先进自动化生产线有着很大差距。在实际的生产环境中，还有一部分机器人需要预先将运动轨迹和抓取位置设定好才能完成相应的工作，而不是通过实时感知周围环境信息实现码放产品的姿态，这种技术下的机器人对于生产环境的要求比较高，一旦更换环境就要重新示教、重新设计，操作上相对复杂与繁琐。机器视觉的应用就可以改善这种情况，让机器人从原本单调的搬运或焊接作用，升级为具有规划能力的智能机器人，不仅适配的环境更为多样，也能在较为复杂的条件下发挥一定的作用。

机器视觉的设计与研发旨在模拟人眼的成像与计算能力。通过感光元件将接收到的光信号转换为数字信号，接着运用图像处理技术对数字信号进行有效信息的提取，从而获取周围环境的全貌以及被测物品的特征等关键行动要素。很多国家的机器人研发公司和生产厂家都会将机器视觉技术加入系统的设计中，使其可以在生产过程中对需要的环境和物品进行检测。我国的机器人起步相对较晚，最初的应用系统也都是离线编程，只能重复简单的工作，在国家政策的扶持之下，国内的机器人技术得到了快速的发展，与国际领先技术水平之间的距离也在逐步缩短，相关的学术研究也在持续开展，不仅可以实现生产线上物品的识别与分拣，还能做到自动码垛，降低人工码垛过程中存在的风险与隐患，让相关产业的安全性与经济性得到同步的提升。

二、基于机器视觉的智能包装码垛自动化应用情况

1、提高安全防护质量

在工业生产过程中，包装码垛设备的使用有着较高的执行标准，国家规定必须在设备本体上增设安全护栏等装置防止人或者人体部分进入危险区域，并且还有安装安全开关，在发生危险行为时可以立刻停止设备。较为大型的包装码垛环境都会存在一定的风险，在操作环节中需要工作人员具备较高的安全防护意识，严格按照规定完成每一个步骤。但是在实际生产中，工作人员的意识和经验存在参差不齐的情况，如果管理较为松懈，操作发生变形，很容易导致机械伤害甚至是威胁生命。在应用机器视觉技术之后，可以有效提高安全防护的水平和效果，利用嵌入人体识别的图像感知技术，实时对危险区周边和区域内的人员跟踪识别，一旦超过红线立刻发出警报，避免了设备对工作人员的机械伤害，保障人员安全的同时维护生产运行的稳定。

2、加强智能控制水平

在智能包装码垛自动化中应用机器视觉技术时，扫码分垛技术就是其中较为常见的智能控制方法。在操作过程中，让码垛设备通过机器视觉系统对产品包装袋上的二维码或者条码中的信息进行识别，在对比上位系统数据库之后，分析出扫码产品是否与上个产品属于同一批次，在智能程序的控制下，将产品放入对应的位置上，提高智能包装码垛自动化的可靠性。在小件商品或者物料包装的过程中，可以使用高速抓取并联机器人通过机器视觉系统将输送机上的散落物品进行动态识别、跟踪以及定位等操作，在机器视觉系统的作用下，可以快速定位物品的位置，再将物品的信息反馈给程序，在定位之后让机械臂或者机器人准确抓取并放到规定的位置，顺利完成包装码垛的一系列工作。

3、优化动态检测信号

在固体物料包装码垛的过程中，物料填充是其中较为关键的环节，而填充物料之前包装袋口是否能完好地覆盖下料口则是物料填充成功的重点。目前较为常见物料填充检测方式有三种，分别是光电式、接触式以及压力式，其中压力式在实际操作中发挥的综合性能更好，因此应用范围也更为广泛，但是也会存在信号错误的情况，需要人工干预才能顺利完成物料的填充工作。机器视觉的应用可以很好的优化这方面的问题，在运用图像识别技术之后，可以将下料口套袋图像与套袋成功模板作出比对，通过分析结果判断出套袋状态，以此降低了信号误报的可能性，提高了包装码垛工作的质量和效率。

4、升级数据修正结果

目前粉状物料包装时会加入一定含量的气体，使用的填充设备一般是螺旋给料机，在实际的生产过程中，该设备一般会与包装袋的升降机构一起使用，但某些粉状物料存在一定的不稳定性，体积的变化情况会对包装质量造成影响。机器视觉技术的应用可以很好的识别出物料填充过程中的体积变化，在图像识别之后通过计算机将采集到的图像进行灰度转换及后期的二值图像的形态处理，在运算和处理过后可以得到物料的填充高度，再结合物料重量控制包装升降机构的位置，达到升级数据修正的效果。

结束语：

综上所述，基于机器视觉的智能包装码垛自动化应用可以有效提升生产过程的安全性和稳定性，并且还能起到提升安全防护质量、加强智能控制水平、优化动态检测信号、升级数据修正结果等作用，降低了人工操作产生的成本和风险，具有较高的使用前景和社会价值。

参考文献：

[1]李浩,支殿楠,张胜利等.基于机器视觉的码垛成品烟箱表面缺陷检测模型研究[J].制造业自动化,2023,45(11):10-14+21.

[2]曾慧凤,张凤涛,邵桂阳等.自主视觉物料搬运机器人的机械传动系统设计[J].内燃机与配件,2023,(18):66-68.

[3]王静娴,戴宇辉.基于机器视觉的不规则烟草包装箱码垛校正系统设计[J].机械设计与制造工程,2023,52(09):131-134.