一种包装盒生产用纸盒板自动纠偏及姿态调节的输送方法与流程

本发明涉及包装盒生产，尤其涉及一种包装盒生产用纸盒板自动纠偏及姿态调节的输送方法。

背景技术：

1、在包装盒自动化生产线中，纸盒板经模切后进入糊盒、折叠、压合等后续工序。纸盒板在输送带上高速传输时，因皮带张力不均、机械振动、纸板与输送面的摩擦差异等因素，常发生位置偏移和角度偏转，导致进入下一加工工位时定位不准，直接影响糊盒精度和成品合格率。

2、现有的纠偏方式主要包括：一类是机械被动式纠偏，如倾斜皮带配合侧向挡板，利用皮带与纸板的摩擦力将纸板推向挡板实现靠齐；另一类是槽轮式拍齐纠偏，通过槽轮的渐开曲面槽壁对纸盒板前后边沿进行拍击对位。上述方案均属于被动机械校正，但是在纠偏过程中依赖摩擦力或冲击力，无法量化控制校正量，精度有限；对不同规格、不同材质的纸盒板适应性差，换产时需人工调整机械参数；无法在输送过程中实时检测纸盒板的姿态偏差并主动调节。

3、近年来，也有一些纠偏方案，通过左右输送带的速度差产生旋转力矩，使纸盒板在行进中回正。然而，现有此类方案在实际工程应用中，缺乏对纸盒板与输送带之间动力学特性的建模，导致当纸盒板材质变化或输送带磨损时，速度差无法有效传递，极易产生打滑现象，造成纠偏失效甚至纸板歪斜加剧。

4、因此，需要一种能够在连续输送过程中实时检测纸盒板位姿偏差，并实施主动控制与防滑补偿，从而实现单张纸盒板精准纠偏的输送方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中包装盒在输送过程中纠偏方式不理想的不足，提供一种包装盒生产用纸盒板自动纠偏及姿态调节的输送方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：一种包装盒生产用纸盒板自动纠偏及姿态调节的输送方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，图像采集与预处理：当纸盒板进入纠偏区域后，触发光电传感器，控制器控制图像采集单元采集一帧纸盒板的俯视图像，并对所述俯视图像执行畸变校正、灰度化、二值化和形态学处理，得到二值图像；

4、步骤s2，位姿偏差计算：所述控制器对所述二值图像提取纸盒板的轮廓，计算最小外接矩形，根据所述最小外接矩形确定纸盒板的几何中心、物理长度和物理宽度，并计算纸盒板相对于预设标准位置的横向偏移量和偏转角度；

5、步骤s3，基于动力学模型的差速纠偏与防滑控制：所述控制器获取纸盒板的动力学参数，根据所述动力学参数、所述横向偏移量和所述偏转角度计算左区输送带和右区输送带的目标速度，对所述目标速度施加防滑约束后，驱动左区输送带和右区输送带差速运行，以实现纸盒板的纠偏与姿态调节；

6、步骤s4，出料确认：纸盒板完成纠偏区域的输送后，再次采集纸盒板的出料图像，计算剩余横向偏移量和剩余偏转角度，并判断纠偏是否成功。

7、进一步地，步骤s1中：预先采用张正友平面标定法对所述图像采集单元进行相机标定，求解相机内参矩阵和畸变系数，利用所述相机内参矩阵和畸变系数对所述俯视图像进行畸变校正，并确定像素-物理尺寸标定系数；当所述俯视图像为彩色图像时，按灰度值=0.299×r+0.587×g+0.114×b的加权公式转换为灰度图像。

8、进一步地，步骤s1中所述二值化采用自适应阈值二值化方法：将灰度图像划分为多个局部子区域，对每个子区域分别计算其灰度均值和灰度标准差，将灰度值小于该子区域灰度均值与自适应系数和灰度标准差之积的差值的像素判定为纸盒板区域，其余像素判定为输送带区域；所述形态学处理为对二值图像进行先腐蚀后膨胀的开运算，消除纸盒板边缘毛刺和输送带表面噪声点。

9、进一步地，步骤s2中：采用suzuki-abe边界跟踪算法提取所述二值图像中所有闭合轮廓，选取面积最大的轮廓作为纸盒板的有效轮廓；采用旋转卡壳法对所述有效轮廓的所有像素点坐标集合计算最小面积外接矩形，并根据所述像素-物理尺寸标定系数将所述最小外接矩形的尺寸转换为纸盒板的物理长度和物理宽度，所述几何中心为所述最小外接矩形的中心。

10、进一步地，步骤s2中：所述横向偏移量为纸盒板几何中心的横坐标与预设标准位置横坐标之差乘以像素-物理尺寸标定系数；所述偏转角度根据所述最小外接矩形的长边方向向量与输送方向的夹角，采用四象限反正切函数计算得到。

11、进一步地，步骤s3中所述动力学参数包括纸盒板质量、转动惯量和纸盒板与输送带之间的动摩擦系数，其中：纸盒板质量通过设置于进料段的称重传感器读取获得；转动惯量根据纸盒板的质量、物理长度和物理宽度计算获得；动摩擦系数通过在纠偏区域入口的测试段内对左右输送带施加已知速度差、测量纸盒板角位移辨识获得，或者通过查询预先存储的材质-摩擦系数映射表获得。

12、进一步地，步骤s3中计算目标速度包括：根据纸盒板通过纠偏区域的时间、所述偏转角度、纸盒板物理宽度、偏转角校正增益系数和输送基准速度，计算偏转角校正所需左右输送带的速度差，其中所述偏转角校正增益系数根据所述动摩擦系数自适应调整；根据所述横向偏移量、横向校正增益系数、输送基准速度和纠偏区域输送长度，计算横向偏移校正所需左右输送带的平均速度偏移量；右区输送带目标速度等于输送基准速度加上所述平均速度偏移量再加上所述偏转角校正所需速度差的一半，左区输送带目标速度等于输送基准速度加上所述平均速度偏移量再减去所述偏转角校正所需速度差的一半。

13、进一步地，步骤s3中所述防滑约束包括：根据实时摩擦系数动态调整最大允许速度差，当左右输送带速度差超过所述最大允许速度差时按比例限幅；伺服电机的速度指令采用s型加减速曲线进行平滑处理，使加速度不超过由摩擦系数和重力加速度确定的最大允许加速度；以及限制单侧输送带速度的上下限；步骤s3还包括打滑实时监测与在线补偿：通过安装于左右输送带驱动辊上的旋转编码器实时测量输送带实际运行速度，计算左右两侧的打滑率，当任一侧打滑率超过预设阈值时，根据打滑率对对应侧的目标速度进行补偿后下发至伺服驱动器，当任一侧打滑率持续超过设定值时发出输送带磨损报警信号。

14、进一步地，步骤s4中判断纠偏是否成功包括：若所述剩余横向偏移量不大于预设横向容差且所述剩余偏转角度不大于预设角度容差，则判定纠偏成功，纸盒板正常进入下一工位；否则发出纠偏未达标信号。

15、进一步地，材质自适应调整：所述控制器预先存储材质类型与摩擦系数、偏转角校正增益系数和横向校正增益系数的映射表，换产时根据所选纸盒板材质自动匹配对应的参数值并计算相应的防滑约束参数；若同一纠偏周期内步骤s4发现剩余偏差超出容差范围，则自动增大偏转角校正增益系数，并在下一张纸盒板纠偏时使用调整后的增益系数。

16、本发明的有益效果在于：

17、1.通过视觉成像与亚像素级轮廓提取算法，精确计算纸盒板的横向偏移量和偏转角度，并结合基于动力学模型的差速闭环控制，实现了对纸盒板位姿的主动精密调节。根据实施例验证数据，横向定位精度标准差从现有技术的2.8mm降至0.15mm，角度定位精度标准差从2.0°降至0.18°，纠偏达标率达96.8%，有效避免了因纸板歪斜导致的糊盒、折叠定位不准等问题，显著提高了成品合格率。

18、2.增设基于实时摩擦系数的最大速度差动态约束、基于重力加速度的加速度上限限制以及s型加减速平滑处理，从机理上避免了因速度给定过大或加速度突变导致的纸板打滑或倾倒。验证数据表明，平均打滑率可控制在1.2%以下，最大瞬时打滑率不超过4.8%，保证了纠偏动作的平稳传递和长期运行的可靠性。

19、3.在左右输送带驱动辊上安装旋转编码器，并配合出口光电传感器，实时计算左右两侧的实际打滑率。当检测到打滑率超过预设阈值（如5%）时，控制器自动对目标速度进行补偿，以抵消因输送带磨损、张力变化带来的速度传递损失。若打滑率持续超标（如超过10%），则主动发出输送带磨损报警，实现了控制系统的自适应容错能力，极大延长了维护周期。

20、4.内置材质-摩擦系数映射表，涵盖白卡纸、牛皮纸、覆膜铜版纸、灰底白板纸等常用材质。换产时，操作人员仅需在控制器界面选择对应材质，系统即可自动匹配摩擦系数及偏转角校正增益系数，并同步更新防滑约束参数。此外，若出料确认发现剩余偏差超差，系统可自动增大增益系数并在下一张纸板纠偏中生效，无需人工反复调试机械结构，显著缩短了产线换产时间。

21、5.所有图像处理、动力学参数解算、防滑约束计算及伺服驱动下发均在控制器内高速完成。实施例验证表明，单张纸盒板的纠偏处理时间增量仅为≤8ms，且纠偏过程依托输送带差速完成，无额外机械拍齐或挡停动作，完全满足高速包装产线对实时性的严苛要求，在提升精度的同时保证了生产效率。