CN103594017A - 一种试件高温变形机器视觉测量系统实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种试件高温变形机器视觉测量系统实验台，其特征在于该实验台由加热炉部分、视觉检测部分和控制系统组成；所述加热炉部分包括加热炉、加热炉外壳、加热炉内腔、鼓风机、两条风道、两个风道盖、两个石英玻璃视窗、两根红外加热管、保温材料和试件台；所述视觉检测部分包括两台高速摄像机、两组摄像机组合式支架、工业控制计算机及软件；所述控制系统部分包括对加热炉内部温度起控制调节作用的闭环控制系统和视觉检测部分的视觉检测系统。该实验台基于机器视觉测量技术，能够测量出试件在高温条件下微小变形量，可针对当前典型应用的机器视觉测量技术进行教学演示，且可用于做开放式的多功能的相关技术研发实验平台。

Description

一种试件高温变形机器视觉测量系统实验台

技术领域

本发明涉及视觉测量装置，具体为一种基于机器视觉测量技术，能够测量出试件在高温条件下微小变形量的机器视觉测量系统实验台。该实验台提供了一种在高温条件下测量试件微小变形量的测量方法，并可提供开放式的开发及实验环境，方便相关的教学与科研。

背景技术

机器视觉测量技术自引入国内市场以来，取得了长足的发展。机器视觉测量技术以其检测精度高和检测速度快，并且有效的避免人工检测带来的主观性和个体差异的优势，在工业自动化检测领域中占有越来越重要的地位。机器视觉技术在自动化生产中，广泛应用于检测工件在生产过程中的产品缺陷，是实现优质产品生产以及降低成本的理想选择。同时，机器视觉检测技术大大提高了检测系统的效率，并可对检测系统进行数据统计和分析。

机器视觉检测和测量技术作为一门新兴的综合技术，不仅在自动化检测行业大放异彩，大大提高了装备的智能化、自动化水平，提高了装备的使用效率、可靠性等性能。同时，也逐步渗透到我们生活的各个方面，将在国民经济的各个领域发挥更大的作用。但目前高校及科研院所仅能通过特定的实例进行相关技术的讲授，没有试验研究仪器或手段，更不具有开放性及普适性，难以满足机器视觉检测及测量技术应用多样性的要求，使得针对相应技术的教学和科研工作难以有效开展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种试件高温变形机器视觉测量系统实验台，该实验台基于机器视觉测量技术，能够测量出试件在高温条件下微小变形量，可针对当前典型应用的机器视觉测量技术进行教学演示，且可用于开放式的多功能的相关技术研发实验平台。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种试件高温变形机器视觉测量系统实验台，其特征在于该实验台由加热炉部分、视觉检测部分和控制系统组成；所述加热炉部分包括加热炉、加热炉外壳、加热炉内腔、鼓风机、两条风道、两个风道盖、两个石英玻璃视窗、两根红外加热管、保温材料和试件台；所述加热炉外壳为六面体，加热炉的内壁和外壁均为不锈钢钢板焊接而成，并都包有保温材料；加热炉开有前门，前门和加热炉主体部分用合页和锁链接；两个石英玻璃视窗对称开加热炉的左右两侧；加热炉的后壁上开有两条圆形风道，风道的内壁上分别镶有薄铁管，薄铁管与加热炉外壳外壁焊接，并伸出加热炉后面外壳一段距离；其中一条风道伸出的薄铁管与鼓风机的出风口对接，作为加热炉内腔的进风口；另外一条风道伸出的薄铁管与风道盖对接，作为加热炉内腔的出风口；试件台固定在加热炉内腔的底座上，两根红外加热管通过自带的加热管支架安装在试件台后侧的加热炉内腔中；

所述视觉检测部分包括两台高速摄像机、两组摄像机组合式支架、工业控制计算机及软件，两组像机组合式支架分别摆放在加热炉所放置的平台上，位置为加热炉的两个视窗的外侧，两台高速摄像机分别安装在两组像机组合式支架上，两个镜头相对对准试样台的正上方，使两台高速摄像机的镜头分别紧贴两个视窗；线缆连接的两台高速摄像机，通过USB串口连接到工业控制计算机，并与其进行通讯；

所述控制系统部分包括对加热炉内部温度起控制调节作用的闭环控制系统和视觉检测部分的视觉检测系统；温度控制调节闭环控制系统中硬件的通讯为：工业控制计算机与温度控制模块进行相互通讯；温度运动控制模块与两根红外加热管进行相互通讯；鼓风机与运动控制模块进行相互通讯；视觉检测系统中硬件的通讯为：摄像机与工业控制计算机单向通讯；按钮传感器与工控机单向通讯；工业控制计算机与状态指示单向通讯，显示器、外设与工业控制计算机双向通讯。

与现有技术相比，本发明把图像采集模块运用到加热设备上，利用工业控制计算机和相应软件，对机器视觉技术提供开放式的学习和研究平台，降低了机器视觉技术的教学及科研的工作难度。本发明试件高温变形机器视觉测量系统实验台结构简单、布局直观、机器视觉模块和运动控制模块结构清楚明晰，系统软件界面友好，便于学生及科研人员熟练掌握机器视觉技术的多种应用方法及技巧，操作方便，基本能够满足机器视觉技术的应用多样性，为高校和科研院所的教学、科研工作提供了新的设备支撑。

附图说明

图1为本发明试件高温变形机器视觉测量系统实验台一种实施例的整机外观结构示意图；

图2为本发明试件高温变形机器视觉测量系统实验台一种实施例的整机俯视剖面结构示意图；

图3为本发明试件高温变形机器视觉测量系统实验台一种实施例的控制系统结构示意图。

具体实施方式：

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。实施例仅用于进一步详细说明本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明设计的试件高温变形机器视觉测量系统实验台（简称实验台，参见图1-3），其特征在于该实验台包括加热炉部分、视觉检测部分和控制系统三大部分。所述加热炉部分包括加热炉1、加热炉外壳11、加热炉内腔12、鼓风机3、两条风道9、两个风道盖4、两个石英玻璃视窗5、保温材料6、两根红外加热管7和一个试样台8；所述加热炉外壳1为六面体，加热炉的内壁和外壁均为不锈钢钢板焊接而成,并都包有保温材料；加热炉开有前门，前门和加热炉1主体部分用合页和锁链接；两个石英玻璃视窗5对称开加热炉1的左右两侧；加热炉1的后壁上开有两条圆形风道9，风道9的内壁上分别镶有薄铁管，薄铁管与加热炉外壳11外壁焊接，并伸出加热炉1后面外壳一段距离；其中一条风道9伸出的薄铁管与鼓风机3的出风口对接，作为加热炉内腔12的进风口；另外一条风道9伸出的薄铁管与风道盖4对接，作为加热炉内腔12的出风口；试件台8固定在加热炉内腔12的底座上，两根红外加热管7通过自带的加热管支架安装在试件台8后侧的加热炉内腔12中。所述鼓风机3、两条风道9、风道盖4及加热炉内腔12可用来实现空气的流通；所述两块石英玻璃视窗5透明度要好，以便图像采集模块能够采集到比较清晰的图像，同时石英玻璃视窗5也具有抗高温和保温功能；所述保温材料6镶嵌在加热炉外壳11内部，起到对加热炉内腔12的保温作用；所述两根红外加热管7用来对加热炉内腔12进行加热；所述试样台8用来固定需要检测的试件。

所述视觉检测部分包括两台高速摄像机2、两组摄像机组合式支架13、工业控制计算机（简称工控机）及相应软件。线缆连接的两台高速摄像机，通过USB串口连接到工业计算机与其进行通讯；所述工业控制计算机及软件对两台高速摄像机2采集到的试件图像进行处理、显示和存储等；

所述控制系统部分包括对加热炉内部温度起调节和控制作用的闭环控制系统和视觉检测部分的视觉检测系统。加热炉内部温度的闭环控制系统保证了加热炉内部温度的实时性控制和调节，视觉检测系统需要对试样台上的试件进行实时的图像采集、处理、存储等。

所述试件高温变形机器视觉测量系统实验台各部件安装结构和连接形式阐述如下：所述加热炉部分实施例各部件和连接形式是：加热炉1的外形接近正六面体。保温材料6镶嵌在加热炉外壳11中，作为加热炉的六个外壁围成一个六面体；加热炉1的前面开有门，以便于放入和取出要测量的试件，门和加热炉主体部分用合页和锁链接；加热炉1的后面的外壁开有两条圆形风道9，风道9的内壁上分别镶有薄铁管，薄铁管伸出加热炉外壳1一段距离，薄铁管与加热炉外壳1焊接，其中一条风道伸出的薄铁管与鼓风机3的圆形出风口对接连接，作为加热炉内腔12的进风口；另外一条风道伸出的薄铁管与风道盖4对接连接，作为加热炉内腔12的出风口，鼓风机3通过与其链接的通道9中的薄铁管把空气送入加热炉内腔12，同时，加热炉内的空气通过与风道盖4链接的另一个通道9中的薄铁管排出空气，对加热炉内腔12的空气进行交换；加热炉1的两个侧面分别镶嵌有两块石英玻璃视窗5以便两侧的两台高速摄像机2对试样台上的工件进行图像采集和操作人员对加热炉内腔12的观察；试样台8通过螺钉固定在加热炉内腔12的底座上，两根红外加热管7通过自带的加热管支架用螺钉安装在试样台的后侧、加热炉内腔12比较合适的位置，以便对试样台上的试件达到比较好的加热效果；

所述视觉检测部分各部件和连接形式是：两组像机组合式支架13分别摆放在加热炉1所放置的平台上，位置为加热炉1的左右两侧的两块玻璃视窗5的外侧，两台高速摄像机2分别安装在两组像机组合式支架13上，两个镜头相对对准试样台的正上方，使两台高速摄像机2的镜头分别紧贴两块石英玻璃视窗5；鼓风机3、两根红外加热管7和工业计算机通过电缆与控制柜连接组成闭环控制系统；两台高速摄像机2通过USB串口连接到工业计算机与其进行通讯。

所述控制系统部分各部件的通讯连接是：温度闭环控制系统的通讯连接为：由工控机控制两根红外加热管7和由鼓风机3对加热炉内腔12的温度进行控制和调节，同时加热管自带的温度传感器测量的温度值返回到工控机。当加热炉内腔12的温度低于预设温度时，工控机控制两根加热管7工作，鼓风机3关闭，对内腔加热；当加热炉内腔12的温度高于预设温度时，工控机控制两根加热管7关闭，鼓风机3打开，鼓风机3从通道9向加热炉内腔12鼓入空气，同时打开风道盖4，炉内空气从另外一条通道9流出，使炉内空气与炉外空气进行流通，炉内温度降低。所述视觉检测系统通讯连接为：两台高速摄像机2对加热炉内腔12的试样台8上的试件进行图像采集，把采集的图像通过USB串口传输到工控机，再由工控机对图像进行分析、处理、存储等。

本发明实验台的工作原理和工作过程（控制系统参见图3）是操作人员检查实验台处于正常状态；接通电源，打开工作控制计算机及软件，本发明实施例中采用美国国家仪器公司的Labview软件作为软件开发平台，完成的相应软件模块开发，测量加热炉内温度，并确定适合打开加热炉门放入试件；打开加热炉门，把待测量试件放入加热炉内腔的试样台8上并调整试件姿态后固定；关闭加热炉门；打开两根红外加热管7对加热炉内腔进行加热，通过闭环控制系统对加热炉内腔12的温度进行控制和调节，使其达到预定的温度变化要求，同时用两个图像采集模块2时刻采集图像并传输数据到工业控制计算机；工业控制计算机监视加热炉内的温度变化情况和对两根红外加热管7进行控制，结合鼓风机3、两条风道9、风道盖4对加热炉内的温度进行调节，使加热炉内的温度变化接近预期要达到的变化情况；工业控制计算机及软件记录下试件要检测区域的变化情况，以便后续对得到的数据进行分析；待加热炉内温度较低方可取出试件，完成试件要检测区域的测量。

本发明设计的试件高温变形机器视觉测量系统实验台可以实现视觉跟踪定位、基于机器视觉的精密测量、视觉识别与分拣等当前机器视觉技术和典型应用的展示。

本发明未述及之处适用于现有技术。

本发明实验平台由于具有开放性，用户也可以针对特定需求在实验平台上进行研发与实验验证。

Claims (1)

1.一种试件高温变形机器视觉测量系统实验台，其特征在于该实验台由加热炉部分、视觉检测部分和控制系统组成；所述加热炉部分包括加热炉、加热炉外壳、加热炉内腔、鼓风机、两条风道、两个风道盖、两个石英玻璃视窗、两根红外加热管、保温材料和试件台；所述加热炉外壳为六面体，加热炉的内壁和外壁均为不锈钢钢板焊接而成，并都包有保温材料；加热炉开有前门，前门和加热炉主体部分用合页和锁链接；两个石英玻璃视窗对称开加热炉的左右两侧；加热炉的后壁上开有两条圆形风道，风道的内壁上分别镶有薄铁管，薄铁管与加热炉外壳外壁焊接，并伸出加热炉后面外壳一段距离；其中一条风道伸出的薄铁管与鼓风机的出风口对接，作为加热炉内腔的进风口；另外一条风道伸出的薄铁管与风道盖对接，作为加热炉内腔的出风口；试件台固定在加热炉内腔的底座上，两根红外加热管通过自带的加热管支架安装在试件台后侧的加热炉内腔中；

所述视觉检测部分包括两台高速摄像机、两组摄像机组合式支架、工业控制计算机及软件，两组像机组合式支架分别摆放在加热炉所放置的平台上，位置为加热炉的两个视窗的外侧，两台高速摄像机分别安装在两组像机组合式支架上，两个镜头相对对准试样台的正上方，使两台高速摄像机的镜头分别紧贴两个视窗；线缆连接的两台高速摄像机，通过USB串口连接到工业控制计算机，并与其进行通讯；

所述控制系统部分包括对加热炉内部温度起控制调节作用的闭环控制系统和视觉检测部分的视觉检测系统；温度控制调节闭环控制系统中硬件的通讯为：工业控制计算机与温度控制模块进行相互通讯；温度运动控制模块与两根红外加热管进行相互通讯；鼓风机与运动控制模块进行相互通讯；视觉检测系统中硬件的通讯为：摄像机与工业控制计算机单向通讯；按钮传感器与工控机单向通讯；工业控制计算机与状态指示单向通讯，显示器、外设与工业控制计算机双向通讯。

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