CN103471512B - 一种基于机器视觉的玻璃板宽检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及玻璃生产技术领域，具体地说是一种基于机器视觉的玻璃板宽检测系统,包括线阵相机、编码器、光源和遮光罩，其特征在于线阵相机和光源位于待检测玻璃板上方，光源和线阵相机不处于同一竖直平面，遮光罩设置于光源外侧，线阵相机设置于遮光罩外侧，遮光罩两端封闭，上方开孔，线阵相机能在孔中看到光源在待检测玻璃板的成像，待检测玻璃板设置于辊道上，辊道上设有编码器，编码器采集辊道速度控制线阵相机的捕捉图像的速度。本发明同现有技术相比，其优点在于：直接对图像进行处理，保证所测玻璃板左右都是同一时刻的信息，具有数据的一致性；图像处理速度快，实时检测玻璃板信息，测出的数据精确度高，具有较高的实时性和精确度。
Description
[技术领域]
本发明涉及玻璃生产技术领域，具体地说是一种基于机器视觉的玻璃板宽检测系统。
[背景技术]
在玻璃生产过程中，为减少因玻璃板断裂、跑偏对切割设备造成的损坏，一般在冷端切割区前设置玻璃板宽、断板信息检测装置，通过机器视觉技术获得玻璃板的宽度、板边位置以及板面是否有断裂(炸板)等信息，并将上述信息通过特定的通讯方式发送给线控或切割设备，这样切割设备能够在板边跑偏或有断板时提前做出自我保护动作，从而减少跑偏和断板对切割设备造成的损坏。各项研究表明玻璃板跑偏、炸板和断板是对切割设备造成损坏的主要因素，但目前在玻璃板跑偏、炸板和断板方面仍没有很好的解决方案，导致切割设备不能够根据玻璃板宽度、板边位置以及炸板信息做出正确的动作。
[发明内容]
本发明的目的是为了解决切割设备不能够根据玻璃板宽度、板边位置以及炸板信息做出正确的动作的技术难题，提供一种能实时检测切割区前玻璃板的板宽、板边位置的基于机器视觉的玻璃板宽检测系统。
为了实现上述目的，设计一种基于机器视觉的玻璃板宽检测系统,包括线阵相机、编码器、光源和遮光罩，其特征在于线阵相机和光源 位于待检测玻璃板上方，光源和线阵相机不处于同一竖直平面，遮光罩设置于光源外侧，线阵相机设置于遮光罩外侧，遮光罩两端封闭，上方开孔，线阵相机能在孔中看到光源在待检测玻璃板的成像，待检测玻璃板设置于辊道上，辊道上设有编码器，编码器用于采集辊道速度控制线阵相机的捕捉图像的速度。
所述的玻璃板宽检测系统还包括冷却装置和计算机，冷却装置用于给线阵相机进行降温，光源用于图形成像，编码器驱动相机采集图像，再由计算机从线阵相机读入玻璃的图像信息，对图像信息进行处理。
所述的计算机通过编码器信号使线阵相机采集一副图像，对图像进行平滑、二值化图像预处理，然后检测预处理后的图像，从而得出图像中玻璃的板宽、板边位置、板边与玻璃走向的夹角以及断板信息数据，并把玻璃的数据信息输出到输出设备或者发送给第三方设备，然后重新采集图像开始新的检测。
所述的玻璃板宽检测系统还设有报警电路，所述的光源为白色LED条形光源。
一种采用基于机器视觉的玻璃板宽检测系统的检测方法，其特征在于所述的方法步骤如下：
a.当光源下方有玻璃时通过时，会在玻璃表面反射成像，而线阵相机通过对光源成像区的采集获得玻璃板数据，当没有玻璃板通过或者玻璃板有断裂时，线阵相机获得的图像为全幅低灰度值图像或者不完整的高灰度值图像；
b.编码器实时采集辊道速度脉冲信号，使线阵相机能够实时调整采集频率保证图像的真实性;
c.计算机程序初始化，通过编码器信号使线阵相机采集一副图像,对图像进行平滑、二值化图像预处理，然后检测预处理后的图像，通过换算得出图像中玻璃的板宽、板边位置、板边与玻璃走向的夹角以及断板信息数据，并把玻璃的数据信息输出到输出设备或者发送给第三方设备，然后重新采集图像开始新的检测.
所述的编码器信号直接进入线阵相机，编码器发出一个脉冲信号，线阵相机采集一行图像，玻璃运动速度加快，编码器脉冲信号也跟随加快，那么线阵相机采集速度也相应加快；玻璃速度降低，编码器信号变慢，现正相机的采集速度也相应减慢。
编码器选择方法如下：
C=Rs*n；
其中：C为辊道中辊轮周长，单位为mm；Rs为图像运动方向的空间分辨率，单位为mm；n为旋转编码器的分辨率，单位为pulses/rev，
由此可知:n=C/Rs
通过计算选择标称值与n近似的编码器。
所述的步骤a的采集原理如下：由于玻璃具有反射的特性，线阵LED光源会在其表面形成高亮的白色倒影，所以当玻璃经过光源下方时会形成白色的图像。反映在图像当中就是亮度大于一定的阈值(180cd/m2)的部分,那么设定相机每采集若干行形成一帧图像，对采 集到的图像进行阈值判断，如果有亮度大于设定阈值时，说明有图像中玻璃进入，再判断图像的最下面一行有没有亮度大于设定阈值的部分，如果没有说明在图像中是一块完整的玻璃，否则说明玻璃还没有完全成像，将当前帧图像存储在临时变量中，再采集下一帧图像，并与前一帧图像合并，然后对合并后的图像进行判断看是否已经完整成像，如果没有则重复上一步，直到获取完整的玻璃板图像,根据计算机处理速度设定若干帧图像合并成一幅图像，并对该幅图像进行处理，处理完毕后再重新采集新的图像。
所述的步骤c中玻璃板信息数据测量方法如下：生产线上完整的玻璃板为矩形，测量其尺寸就是要得出它在图像中形成的矩形的大小，即像素值，然后乘以比例系数（mm/像素）得出实际的尺寸；中心点的测量以辊道中心线为基准，首先要找出辊道中心线在图像中的位置，通过寻找矩形在图像中的中心点得出其在图像坐标系中的位置(x,y)，然后算出x与中心点坐标xc的差值△x,△x乘以比例系数即为玻璃在实际空间中的X坐标；而玻璃在实际空间中的Y坐标为y相对于相机扫描线的差值乘以比例系数，相机扫描线为拍照位置，图像的底边；偏角为玻璃与运行方向平行的边与中心线的夹角。
所述的步骤a中玻璃板残损检测方法如下：由于玻璃带为连续性物质，当玻璃出现断板时，所采集到的图像中必有一行像素亮度值低于阈值(180cd/m2)，由此可判断断板；对于炸板检测，首先拟合出接近玻璃形状的四边形，再计算出玻璃在图像中实际占据的面积和四边形面积的差值，当这个差值大于容许阈值时则判为有缺损。
本发明同现有技术相比，其优点在于：
1.直接对图像进行处理，保证所测玻璃板左右两边都是同一时刻的信息，具有数据的一致性；
2.计算机图像处理速度快，能够实时检测玻璃板信息，高速线阵相机分辨率高，系统所测出数据精确度高，具有较高的实时性和精确度；
3.系统结构简单，抗干扰能力强，效率高。
[附图说明]
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明的系统布置图；
图3为本发明的系统检测流程图；
如图1所示，图中：1.计算机 2.线阵相机 3.光源 4.编码器 6.冷却装置 7.控制电路 8.保护及报警电路；
指定图1作为本发明的摘要附图。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。
实施例1
如图1所示，计算机驱动控制电路，从而控制冷却装置、光源、编码器。冷却装置用于给相机等发热设备进行降温，光源用于图形成像，编码器驱动相机采集图像，再由计算机从线阵相机读入玻璃的图 像信息，对图像信息进行处理。
实施例2
如图2所示，图2中光源为白色LED条形光源，当其下方有玻璃时通过时，会在玻璃表面反射成像，而线阵相机通过对光源成像区的采集获得玻璃板数据，当没有玻璃板通过或者玻璃板有断裂时，线阵相机获得的图像为全幅低灰度值图像或者不完整的高灰度值图像；编码器实时采集辊道速度脉冲信号，使线阵相机能够实时调整采集频率保证图像的真实性，不会发生拉伸或压缩，能够保证测量数据的准确性。线阵相机位于玻璃上方一定高度，光源与线阵相机成一定角度安装于玻璃上方，使其在玻璃上的投影能够被线阵相机捕捉到，遮光罩两端封闭，上方开孔保证线阵相机能够从孔中看到光源在玻璃上的成像，编码器安装于本段辊道上，采集辊道速度控制线阵相机的捕捉图像的速度。
实施例3
如图3所示，计算机程序初始化，通过编码器信号使线阵相机采集一副图像。对图像进行平滑、二值化等图像预处理，然后检测预处理后的图像，从而得出图像中玻璃的板宽、板边位置、板边与玻璃走向的夹角以及断板信息等数据，并把玻璃的数据信息输出到输出设备或者发送给第三方设备，然后重新采集图像开始新的检测。
本系统有保护与报警电路用于对一些系统故障进行处理，尤其是对设备可能造成损坏的故障。遮光罩用于遮挡环境光，减少环境光线对图像的干扰。
实施例4
图像中每像素对应实际物理尺寸比例系数的确定：由于线阵相机分辨率(即每行图像有多少像素)已知，而且根据相机高度及镜头的参数可以计算出相机的视野范围(相机所拍摄玻璃平面的宽度范围)宽度，视野范围宽度除以相机分辨率可以得到每像素与实际物理尺寸的比例系数（mm/像素）。
实施例5
图像中玻璃尺寸的测量：已知视野范围宽度除以相机分辨率可以得到每像素与实际物理尺寸的比例系数（mm/像素），那么计算出玻璃在图像中所占的像素值后，乘以比例系数即可得到它的实际物理尺寸，如宽度为3000像素，比例系数为0.75mm/像素，那么实际宽度应该为2250mm。
Claims (9)
1.一种基于机器视觉的玻璃板宽检测系统,包括线阵相机、编码器、光源和遮光罩，其特征在于线阵相机和光源位于待检测玻璃板上方，光源和线阵相机不处于同一竖直平面，遮光罩设置于光源外侧，线阵相机设置于遮光罩外侧，遮光罩两端封闭，上方开孔，线阵相机能在孔中看到光源在待检测玻璃板的成像，待检测玻璃板设置于辊道上，辊道上设有编码器，编码器用于采集线阵相机捕捉图像的速度，所述的玻璃板宽检测系统还包括冷却装置和计算机，冷却装置用于给线阵相机进行降温，光源用于图形成像，编码器驱动相机采集图像，再由计算机从线阵相机读入玻璃的图像信息，对图像信息进行处理，所述的计算机通过编码器信号使线阵相机采集一副图像，对图像进行平滑、二值化图像预处理，然后检测预处理后的图像，从而得出图像中玻璃的板宽、板边位置、板边与玻璃走向的夹角以及断板信息数据，并把玻璃的数据信息输出到输出设备或者发送给第三方设备，然后重新采集图像开始新的检测。
2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的玻璃板宽检测系统,其特征在于所述的玻璃板宽检测系统还设有报警电路，所述的光源为白色LED条形光源。
3.一种采用如权利要求1所述的基于机器视觉的玻璃板宽检测系统的检测方法，其特征在于所述的方法步骤如下：
a.当光源下方有玻璃时通过时，会在玻璃表面反射成像，而线阵相机通过对光源成像区的采集获得玻璃板数据，当没有玻璃板通过或者玻璃板有断裂时，线阵相机获得的图像为全幅低灰度值图像或者不完整的高灰度值图像；
b.编码器实时采集辊道速度脉冲信号，使线阵相机能够实时调整采集频率保证图像的真实性；
c.计算机程序初始化，通过编码器信号使线阵相机采集一副图像,对图像进行平滑、二值化图像预处理，然后检测预处理后的图像，通过换算得出图像中玻璃的板宽、板边位置、板边与玻璃走向的夹角以及断板信息数据，并把玻璃的数据信息输出到输出设备或者发送给第三方设备，然后重新采集图像开始新的检测。
4.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的玻璃板宽检测方法，其特征在于所述的编码器信号直接进入线阵相机，编码器发出一个脉冲信号，线阵相机采集一行图像，玻璃运动速度加快，编码器脉冲信号也跟随加快，那么线阵相机采集速度也相应加快；玻璃速度降低，编码器信号变慢，现正相机的采集速度也相应减慢。
5.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的玻璃板宽检测方法，其特征在于所述的编码器选择方法如下：
C＝Rs*n；
其中：C为辊道中辊轮周长，单位为mm；Rs为图像运动方向的空间分辨率，单位为mm；n为旋转编码器的分辨率，单位为pulses/rev，
由此可知:n＝C/Rs
通过计算选择标称值与n近似的编码器。
6.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的玻璃板宽检测方法，其特征在于所述的步骤a的采集原理如下：由于玻璃具有反射的特性，线阵LED光源会在其表面形成高亮的白色倒影，所以当玻璃经过光源下方时会形成白色的图像，反映在图像当中就是亮度大于一定的阈值的部分,那么设定相机没采集若干行形成一帧图像，对采集到的图像进行阈值判断，如果有亮度大于设定阈值时，说明有图像中玻璃进入，再判断图像的最下面一行有没有亮度大于设定阈值的部分，如果没有说明在图像中是一块完整的玻璃，否则说明玻璃还没有完全成像，将当前帧图像存储在临时变量中，再采集下一帧图像，并与前一帧图像合并，然后对合并后的图像进行判断看是否已经完整成像，如果没有则重复上一步，直到获取完整的玻璃板图像。
7.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的玻璃板宽检测方法，其特征在于所述的步骤c中玻璃板信息数据测量方法如下：生产线上完整的玻璃板为矩形，测量其尺寸就是要得出它在图像中形成的矩形的大小，即像素值，然后乘以比例系数得出实际的尺寸；中心点的测量以辊道中心线为基准，首先要找出辊道中心线在图像中的位置，通过寻找矩形在图像中的中心点得出其在图像坐标系中的位置(x,y)，然后算出x与中心点坐标xc的差值△x,△x乘以比例系数即为玻璃在实际空间中的X坐标；而玻璃在实际空间中的Y坐标为y相对于相机扫描线的差值乘以比例系数，相机扫描线为拍照位置，图像的底边；偏角为玻璃与运行方向平行的边与中心线的夹角。
8.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的玻璃板宽检测方法，其特征在于所述的步骤a中玻璃板残损检测方法如下：由于玻璃带为连续性物质，当玻璃出现断板时，所采集到的图像中必有一行像素亮度值低于阈值，由此可判断断板；对于炸板检测，首先拟合出接近玻璃形状的四边形，再计算出玻璃在图像中实际占据的面积和四边形面积的差值，当这个差值大于容许阈值时则判为有缺损。
9.如权利要求6或8所述的一种基于机器视觉的玻璃板宽检测方法，其特征在于所述的阈值为(180cd/m2)。
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