CN101184167A - 一种工业智能相机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业智能相机，该相机由一台主机设备和一套参数设置软件构成，主机设备安装到工业生产线上独立运行实现对产品质量的机器视觉检测功能，参数设置软件运行与PC机用于主机设备的初始配置。该相机不仅体积小，制造成本低，安装、使用方便，还有较强的通用性，它提供了多种机器视觉检测工具，用户根据具体检测任务以可视化的方式对这些检测工具进行选取与组合，实现软件定制，快速适应各种产品的检测。检测工具涉及尺寸测量，条形码、二维码识别，字符识别，颜色、灰度识别，特征匹配，缺陷检测等机器视觉检测方法，并可以自动校正工件的旋转和平移。

Description

一种工业智能相机

技术领域

本发明属于机器视觉图像测量与模式识别技术领域，涉及一种检测装置，更进一步涉及一种机器视觉产品质量检测的工业智能相机。

背景技术

产品质量检测是工业生产中必不可少的一个重要环节，传统的人工检测不仅速度慢也难以达到教高的正确率。近年来，随着图像处理与模式识别技术的发展以及计算机水平的提高，在有些场合，企业开始采用机器视觉系统替代人工进行工件产品的检测，例如对工件产品进行测量、分类和判别等。机器视觉设备检测与人工检测相比在检测速度和准确性上都具有明显优势，采用机器视觉检测设备有利于提高生产效率、提升产品质量，特别是在一些危险、污染等不适合人工操作的地方，机器视觉的优点更加明显。传统的机器检测设备成本高、体积大、结构松散，软件开发难度大、使用烦琐，不利于生产线安装。工业界十分需要小型、低成本的机器视觉检测设备。目前国外已经有一些小型机器视觉检测设备开始应用，并取得了满意的效果。国内尚缺乏功能完善的通用小型机器视觉控制器，仅有一些功能单一的专用产品，不能满足日益多样化的产品质量检测需要，更难以直接快速的用于新产品的检测。

发明内容

针对上述机器视觉在工业应用中存在的问题，本发明的目的在于，在多年潜心研究和技术积累的基础上，提供一种工业智能相机，该工业智能相机低成本、小体积、结构紧凑、软件通用性强且设置简单，对提高企业提高生产效率，控制产品质量是十分有益。

为了实现上述任务，本发明采用软硬件结合的设计思想，利用图像测量任务的共同点，构建统一的图像获取硬件平台和图像处理软件平台，针对常见的测量对象，设计了多种视觉检测工具，适当组合使用这些视觉检测工具，可以满足多种应用环境的要求。

本发明的具体技术解决方案是：

一种工业智能相机，其特征在于，该工业智能相机包括主机设备和参数设置软件，其中：

主机设备的硬件包括：一机壳，机壳下方设置有镜头，机壳内靠近镜头的位置设有用于采集图像和接口驱动的图像采集板，图像采集板上插有一用于图像处理的图像处理板，图像采集板和图像处理板之间通过数据传输接口进行数据交换；

在图像采集板上装有CMOS感光芯片，用于将被测物体经过镜头所成的图像转换成数字信号，并经过数据传输接口传送到图像处理板中，图像处理板上有处理器，负责对图像数据进行处理；

图像采集板上还安装有综合接口和以太网接口，综合接口集成了数字IO、串行通信、视频、电源接口，通过综合接口传送外接传感器信号或图像数据处理结果，图像处理板用于与参数设置软件的通信；综合接口和以太网接口从机壳的后面板引出，机壳的后面板上还有三个LED指示灯，用于电源指示和运行状态指示；

主机设备软件部分包括硬件驱动程序、系统软件、视觉检测工具、相机网络通信模块和配置文件；其中，硬件驱动程序负责与对硬件的直接操作，实现各种底层操作；系统软件负责整个相机的工作控制，根据配置文件中的运行参数调用相应的视觉检测工具并为用到的各个工具分别加载相应的参数，从而实现对产品图像进行机器视觉检测；相机网络通信模块协助系统软件完成与参数设置软件的网络通信；

参数设置软件包括：视频显示模块、检测设置模块、参数保存模块和相机参数设置模块；参数设置软件整体基于PC网络通信基础之上，参数设置软件与主机设备通过以太网连接，视频显示模块实时显示主机设备通过以太网传输过来的视频图像，测设置模块以可视化的编程方式选择视觉检测工具并加以适当的组合和设置，参数保存模块将用户的设置以配置文件的格式加以保存并下载到主机设备中，相机参数设置模块包含有相机分辨率、曝光时间、RGB增益参数设置选项，用户根据需要在相机参数设置模块设定相机硬件参数。

本发明的工业智能相机，不仅体积小，制造成本低，安装、使用方便，还有较强的通用性，它提供了多种机器视觉检测工具，用户根据具体检测任务以可视化的方式对这些检测工具进行选取与组合，实现软件定制，快速适应各种产品的检测。检测工具涉及尺寸测量，条形码、二维码识别，字符识别，颜色、灰度识别，特征匹配，缺陷检测等机器视觉检测方法，并可以自动校正工件的旋转和平移。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明的主机设备硬件结构框图；

图3是本发明的主机设备软件结构框图；

图4是本发明的参数设置软件结构框图；

为了更清楚的理解本发明，下面结合附图和发明人给出的具体实施例，对本发明作进一步的描述与说明。

具体实施方式

本发明的工业智能相机结构框图如图1所示，该工业智能相机包括一台主机设备和一套参数设置软件。其中主机设备硬件部分包含图像采集板和图像处理板各一块；主机设备软件部分包括系统软件和视觉检测工具两部分。参数设置软件在PC机上运行。

工业智能相机的主机设备安装在生产线上，加上传感器、执行器的配合构成机器视觉在线检测系统。使用前，用户可以通过运行于PC机上的参数设置软件经以太网连接到主机设备对主机设备各种参数进行设置，完成设置后主机设备即可独立运行。

主机设备的机壳下方设有镜头接口，上边可以加装标准CS型镜头。外界光线通过镜头进入智能相机内部。外界物体通过镜头在CMOS感光芯片上成像，当图像处理板发来采集指令后，CMOS感光芯片将图像信息转换成数字信号再经过接口送到图像处理板中。图像采集板上还有接口驱动电路和供电电路，并对外提供一个三排15针D型头接口，其中包含+5V供电接口，四路隔离数字输入、三路隔离数字输出，RS232/RS422/RS485可切换的串行总线接口，监控视频输出接口。通过这些接口智能相机可以完成与外部传感器、执行器、监视器等设备的通信。

图像处理板包含有处理器DSP、SDRAM、FLASH、串口扩展芯片、以太网接口芯片等器件。图像处理板上的处理器DSP是系统的核心运算单元，它运行主机软件，处理来自图像采集板的图像数据，并将处理结果通过数字I/O、串行总线或者以太网输出，以供生产线控制或者企业信息管理系统的数据收集使用。图像处理板提供一个以太网接口，通过以太网相机可以与参数设置软件进行通信，实现处理参数的设置和下载。其他网络设备也可以通过网络访问相机取得生产线检测的相关数据。

主机设备软件的系统软件负责管理系统硬件平台，适当调用各种视觉检测工具完成智能相机的整体运行，实现机器视觉检测功能。本工业智能相机向用户提供了三类共12种检测工具，同类工具可以并行运行，不同类工具之间可以串行运行，使用时，根据存储器内配置文件中的运行参数，这些视觉检测工具经过预定组合方式对产品图像进行处理最后给出综合的检测结果以及产品分类。

参数设置软件在工业智能相机初始设置时通过以太网连接到主机设备，它包含三个功能模块，图像显示、相机硬件参数设置和图像处理参数设置。图像显示区实时显示主机设备通过以太网传输过来的视频；相机硬件参数设置区包含了相机分辨率、曝光时间、RGB增益等硬件参数设置选项；图像处理参数设置区用于设置图像的处理过程中各个视觉检测工具如何组合以及所用到视觉检测工具的具体参数。针对具体的检测任务用户首先设置好相机硬件参数以获得最佳图像，然后再针对检测目标进行视觉检测工具的并行和串行组合。设置好所有参数之后经以太网讲配置文件传输到主机设备并加以保存，此后根据配置文件主机设备可以独立运行完成机器视觉检测任务。主机设备机硬件结构框图如图2所示，包括设置在机壳1下方的镜头2，靠近镜头2的位置设有用于采集图像和接口驱动的图像采集板3，叠插到图像采集板3上的图像处理板4。图像采集板3和图像处理板4之间通过数据传输接口6进行数据交换。

在图像采集板3上装有CMOS感光芯片5，可将被测物体经过镜头5所成的像转换成数字信号，并经过数据传输接口6传送到图像处理板4。图像处理板4上的DSP 7对获得图像数据进行处理。

安装在图像采集板3上的综合接口8集成了数字IO、串行通信、视频、电源等接口，通过综合接口8，可以将外接传感器信号传送主机设备内部，以确定机器视觉检测的方式和时机。处理后的结果可以通过综合接口8传送到执行器以控制生产线的产品分拣。图像处理板4上装有以太网接口9，用于与参数设置软件的通信。

综合接口8和以太网接口9都从机壳1的后面板引出机壳。机壳1的后面板上还有三个LED指示灯用于电源指示，和运行状态指示。

主机设备机的软件结构框图如图3所示。软件主体由3层构成，自下而上分别是硬件驱动程序10，系统软件11、视觉检测工具12、相机网络通信模块13和配置文件14。硬件驱动程序10负责与对硬件的直接操作，实现各种底层操作。系统软件11负责整个相机的工作控制，根据配置文件14中的运行参数调用相应的视觉检测工具12并为用到的各个工具分别加载相应的参数，从而实现对产品图像进行机器视觉检测。相机网络通信模块13协助系统软件11完成与参数设置软件的网络通信。

参数设置软件结构框图如图4所示。参数设置软件整体基于PC网络通信15基础之上，主机设备传输过来的视频经视频显示模块16显示在用户界面上，用户先在相机设置模块19设置好相机硬件参数获得最佳图像，再在图像处理设置模块17中以可视化的编程方式选取需要的视觉检测工具，并对他们进行适当的串、并行组合，从而得到一个由这些视觉检测工具相互组合而成的树形检测流程，再设置检测流程中所用到各个视觉检测工具的具体参数以实现对最佳的检测效果。设置好以后将设置信息保存为配置文件14，经以太网传输并保存到主机设备中。

本发明的工业智能相机，提供三类12种检测工具，用户可以按照具体的检测工件进行组合配置。第一类为定位工具包括基于轮廓特征的定位工具和基于特征点的定位工具两种。第二类为检测工具，包括几何测量测量工具(测量直线，圆弧等几何元素的位置、长度等参数)，条形码识别工具(识别给定区域内一维条形码)，二维码识别工具(识别给定区域内的二维码)，颜色、灰度检测工具(检测区域内颜色、灰度是否与给定值一致)，字符识别(识别区域内的字符)，区域匹配检测工具(检测区域内图像是否具有给定特征)，轮廓缺陷检测工具(检测轮廓与模板比较是否存在缺陷)共八种工具。第三类为分析输出工具，包括产品等级判定工具和I/O控制工具两种。用户通过适当组合这些工具，可以实现对各种产品的综合质量检测。

Claims (2)

1.一种工业智能相机，其特征在于，该工业智能相机包括主机设备和一套参数设置软件，其中：

主机设备的硬件包括：一机壳(1)，机壳(1)下方设置有镜头(2)，机壳(1)内靠近镜头(2)的位置设有用于采集图像和接口驱动的图像采集板(3)，图像采集板(3)上插有一用于图像处理的图像处理板(4)，图像采集板(3)和图像处理板(4)之间通过数据传输接口(6)进行数据交换；

在图像采集板(3)上装有CMOS感光芯片(5)，用于将被测物体经过镜头(2)所成的图像转换成数字信号，并经过数据传输接口(6)传送到图像处理板(4)中，图像处理板(4)上有处理器(7)，负责对图像数据进行处理；

图像采集板(3)上还安装有综合接口(8)和以太网接口(9)，综合接口(8)集成了数字IO、串行通信、视频、电源接口，通过综合接口(8)传送外接传感器信号或图像数据处理结果，图像处理板(4)用于与参数设置软件的通信；综合接口(8)和以太网接口(9)从机壳(1)的后面板引出，机壳(1)的后面板上还有三个LED指示灯，用于电源指示和运行状态指示；

主机设备软件部分包括硬件驱动程序(10)、系统软件(11)、视觉检测工具(12)、相机网络通信模块(13)和配置文件(14)；其中，硬件驱动程序(10)负责与对硬件的直接操作，实现各种底层操作；系统软件(11)负责整个相机的工作控制，根据配置文件(14)中的运行参数调用相应的视觉检测工具(12)并为用到的各个工具分别加载相应的参数，从而实现对产品图像进行机器视觉检测；相机网络通信模块(13)协助系统软件(11)完成与参数设置软件的网络通信；

参数设置软件包括：视频显示模块(16)、检测设置模块(17)、参数保存模块(18)和相机参数设置模块(19)；参数设置软件整体基于PC网络通信(15)基础之上，参数设置软件与主机设备通过以太网连接，视频显示模块(16)实时显示主机设备通过以太网传输过来的视频图像，测设置模块(17)以可视化的编程方式选择视觉检测工具并加以适当的组合和设置，参数保存模块(18)将用户的设置以配置文件的格式加以保存并下载到主机设备中，相机参数设置模块(19)包含有相机分辨率、曝光时间、RGB增益参数设置选项，用户根据需要在相机参数设置模块(19)设定相机硬件参数。

2.如权利要求1所述的工业智能相机，其特征在于，所述的视觉检测工具(12)分为三类12种，同类工具可并行运行，不同类工具可串行运行，视觉检测流程由这些视觉检测工具组合而成，这些工具的组合方式以及具体工具的参数以配置文件(14)的格式形式存储。

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