CN105513129B - 基于激光3d建模自动棒材计数系统 - Google Patents
基于激光3d建模自动棒材计数系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于激光3D建模自动棒材计数系统，包括：数据采集单元，数据处理单元，用户显示交互单元，数据采集单元、数据处理单元和用户显示交互单元一体设置，显示器分体式设置，便于多角度调整和远距离操作。本发明的基于激光3D建模自动棒材计数系统，通过数据采集单元、数据处理单元和用户显示交互单元的设置就可以有效的实现一个多源数据采集和融合，重建棒材端面3D模型，实现生产线棒材的自动计数，只需生产车间常规照明，不需额外配置照明设备，降低能耗，减少维护时间。设备小型化便于采集点选择和空间利用，没有高照度的依赖、采集点的可选择性强和利用3D数据处理分析从而提高计数准确率。
Description
技术领域
本发明涉及一种棒材计数设备，更具体的说是涉及一种基于激光3D建模自动棒材计数系统。
背景技术
自动化棒材计数技术是螺纹钢生产及销售过程的常用技术需求。目前，国内外市场上的主流棒材自动化计数设备主要以图像处理技术为核心，通过图像数据采集设备拍取棒材的端面图像，并采用以棒材端面为目标的图像分析和识别方法实现自动化计数。该类型设备与钢材生产线相对独立，不需要改动原生产设备及生产环境，设备的安装、调试、维护及操作不影响生产线的正常使用，并具有较好的计数准确性，能够满足一般的工业需求。
近年来，随着工业竞争的日趋激烈，负公差生产成为钢铁企业的主导模式，钢铁企业对棒材的点支计数也有了更多更高的技术需求，传统的自动化棒材计数系统已难以满足现阶段企业的实际使用要求。此外，随着棒材生产和销售流程的日趋成熟和完善，传统设备的一些缺点也日益突出，急需进行技术革新和设备换代。一般来说，目前主流的棒材自动化计数设备的问题集中在以下几个方面：
第一，系统设备庞杂，除架设装有定向射灯、挡板和摄像机的图像数据采集平台外，还需架设数据处理机架、控制台、显示台等，占用生产线空间较大，在一定程度影响了采集地点选择和生产线附近的工人作业活动；
第二，设备安装调试复杂，维护难度大，除需要定期进行除尘维护外，还需要及时更换定向射灯及挡板喷漆，出现故障后，难以自行维护，需联系设备厂商并发送采集图样进行故障判读，设备维护的经济成本和人工成本较大；
第三，设备使用条件苛刻，计数准确性易受外界条件影响，一方面棒材端面形状各异、大小不一、颜色多变不均，难以使用同一稳定的图像特征进行描述，此外，棒材的堆叠遮挡以及链条、轨道等背景泛光也给自动识别造成极大干扰，因此，传统设备在系统使用方面提出许多限制条件，如准确的定向光源补光照射、端面平整度要求、弯头处理等，一旦条件不满足，系统的准确性大大降低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多源数据采集和数据处理一体化，交互操控分体式可以多角度远距离自由拉伸设计，安装简易、使用方便、计数准确、维护方便的基于激光3D建模自动棒材计数系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于激光3D建模自动棒材计数系统，包括：
数据采集单元，用以多源数据采集，采集可见光数据、红外数据和激光深度数据；对多源数据传感器的数据输入进行同步控制；并对多源传感器的3D图像数据进行对应的标定处理，最后将采集融合处理的3D模型数据输出，其中3D模型数据为对棒材的激光深度数据、红外数据以及可见光多源数据的同步采集和融合处理形成的；
数据处理单元，耦接于数据采集单元，对数据采集单元发送的3D模型数据进行图像预处理、棒材的自动识别、计数处理以及设备故障报告，并通过数据存储模块进行数据记录，并且数据处理单元还控制全系统的接口和管理全系统的电源；
用户显示交互单元，耦接于数据处理单元，用以与外部人员进行交互和PLC通信；分体式连接设置显示器、岗位显示器以及按键，其中设置显示器进行计数显示、故障诊断、显示图像、数据核对、图形化显示以及进行计数规格参数设置；岗位显示器具有计数显示、语音提示、故障诊断、数据核对、图形化显示以及按键启动复位的功能；所述数据采集单元、数据处理单元和用户显示交互单元一体化设置。
本发明进一步改进，所述数据采集单元包括：
激光发射器，用于发射激光；
红外成像器，用于采集红外数据和激光深度数据；
光学成像器，用于采集可见光数据；
控制芯片，耦接于激光发射器、红外成像器和光学成像器，将采集的数据实现同步控制和对应标定处理，最后将采集融合处理的3D模型数据整理后输出。
本发明进一步改进，所述数据采集单元设有两个。
本发明进一步改进，所述数据处理单元包括数据处理软件、中心控制CPU和存储模块，所述数据处理软件驱动中心控制CPU对数据采集单元发送的3D模型数据进行图像预处理、棒材的自动识别、计数处理以及设备故障报告，将3D模型数据和计数结果储存到存储模块，并通过与显示模块相连接的岗位显示屏和设置显示器将计数结果显示出来，数据处理单元，耦接于数据采集单元。
本发明进一步改进，所述用户显示交互单元还包括：
外围控制单元，耦接于中心控制CPU，用以向中心控制CPU输入参数设置数据；
用户接口模块，耦接于外围控制单元和中心控制CPU，用于向外界人员提供连接接口；
PROFIBLS-DP联动接口，耦接于外围控制单元以与外部PLC进行通信；
电源管理模块，耦接于用户接口模块以使得用户对系统电源进行管理。
本发明具有以下优点，通过数据采集单元和数据处理单元的设置就可以使得本发明的计数系统综合集成激光、红外及可见光传感器，实现了多源数据的同步采集和融合处理，并采用棒材端面的可见光图像、激光红外图像及激光深度图像，完成棒材3D模型重建，使用模式识别方法进行棒线端面的目标检测，并通过目标跟踪算法进行对目标棒线进行自动标注和运动跟踪，从而实现进入计数区域的棒线进行自动计数，不需要使用定向射灯等外部光控措施，极大降低了环境干扰等因素对准确性的影响，计数准确率高且约束条件少，使用及日常维护简单，系统维护和使用的成本相比传统计数设备大大降低，并且将数据采集单元和数据处理单元一体式紧凑小型化设计，数据不需传输异地处理，棒材计数同步性更强，只需车间常规照明，设备体积小，重量轻，安装基本上不受现场空间限制，也可以选择最佳的采集点，设备采用支架式安装，设备可以在支架上完成上下前后左右调节，快速完成安装，设置，标定。小型化也降低了设备与生产线附近作业活动的相互干扰，而通过用户显示单元的设置，就可以使得人机交互更加的便利。
附图说明
图1为本发明的基于激光3D建模自动棒材计数系统的模块图。
图中：1、数据采集单元；11、激光发射器；12、红外成像器；13、光学成像器；14、控制芯片；2、数据处理单元；21、数据处理软件；22、中心控制CPU；23、存储模块；24、显示模块。3、用户显示交互单元；31、外围控制单元；32、用户接口模块；33、电源管理模块；34、PROFIBUS-DP联动接口。
具体实施方式
参照图1所示，本实施例的一种基于激光3D建模自动棒材计数系统，包括：
数据采集单元1，用以多源数据采集，采集可见光数据、红外数据和激光深度数据；能够对多源数据传感器的数据输入进行同步控制；能够对多源传感器的3D图像数据进行对应的标定处理，最后将采集融合处理的3D模型数据输出，其中3D模型数据为对棒材的激光深度数据、红外数据以及可见光多源数据的同步采集和融合处理形成的；
数据处理单元2，耦接于数据采集单元1，对数据采集单元1发送的3D模型数据进行图像预处理，棒材的自动识别、计数处理以及设备故障报告，并通过数据存储模块进行数据记录，并且数据处理单元2还控制全系统的接口和管理全系统的电源；
用户显示交互单元3，耦接于数据处理单元2，用以与外部人员进行交互和PLC通信；分体式连接设置显示器和岗位显示器以及按键，其中设置显示器以及按键具有故障诊断显示、显示图像、数据核对、计数结果显示以及进行系统参数设置功能；岗位显示器以及按键，具有计数显示、故障诊断显示、数据核对显示、图形化显示以及按键复位功能启动.所述数据采集单元1、数据处理单元2和用户显示交互单元3一体化设置，其中显示器以及按键与各个单元分体式设置，便于多角度调整和远距离操作。
本系统启动工作时，首先通过设置显示器设置需要捆扎棒材数。然后对通过检测线的棒材开始自动计数，通过数据采集单元1，对棒材的激光深度数据、红外数据以及可见光多源数据的同步采集和融合处理，形成棒材的3D模型数据，并将3D模型数据发送到数据处理单元2进行处理，数据处理单元2对3D模型数据进行图像预处理，棒材的自动识别和计数处理判断出棒材的支数，并通过用户交互单元3的岗位显示器和设置显示器实时显示需要捆扎棒材数、已计数和相差数，以及同步将需要捆扎棒材数和已计数发送给PLC。
系统根据设置显示器预先设置的需要捆扎数实时自动计算相差数和分钢数，并在显示器上显示以及发送给PLC，当已计数数值等于或大于需要捆扎数时，上级辊道停止向计数区域输送棒材，分钢工人然后根据分钢数在分钢区进行分钢，分钢完成后，然后该级辊道运行，将分钢完成的棒材移送至捆扎工序区域，分钢工人对系统进行清零，这样就有效的完成了对棒材的自动计数和按设置的标准数量输送给捆扎工序。在棒材分钢完成并清零后，再进行下次计数。
由于采用了多源数据的同步采集和融合处理，采用棒材端面的可见光图像、激光红外图像及激光深度图像，完成3D模型重建，使用模式识别方法进行棒线端面的目标检测，并通过目标跟踪算法进行对进入计数区域的棒材进行自动标注和运动跟踪，实现对棒材的自动计数，不需要使用定向射灯等外部光控措施，极大降低了环境干扰等因素对准确率的影响，计数准确率高且约束条件少，使用及日常维护简单，系统使用和维护成本相比传统计数设备大大降低，并且将数据采集单元1、数据处理单元2和用户显示交互单元3一体式紧凑小型化设计，只需车间常规照明，设备体积小，重量轻，安装基本上不受现场空间限制，设备采用支架式安装，设备可以在支架上完成上下前后调节，快速完成安装、标定和设置。小型化也利于采集点的选择，降低了设备与生产线附近作业活动的相互干扰，而通过分体式显示器的设置，就可以使得人机交互更加的便利。
作为改进的一种具体实施方式，所述数据采集单元1包括：
激光发射器11，用于发射激光；
红外成像器12，用于采集红外数据和激光深度数据；
光学成像器13，用于采集可见光数据；
控制芯片14，耦接于激光发射器11、红外成像器12和光学成像器13，能够对多源数据传感器的数据输入进行同步控制；能够对多源传感器的3D图像数据进行对应的标定处理，最后将采集融合处理的3D模型数据输出；，通过激光发射器11的设置，就可以有效的发射出激光照射到棒材上，通过红外成像器12的设置就可以有效的采集到红外数据和激光深度数据，而通过光学成像器13的设置，就可以有效的采集可见光数据，通过控制芯片14的设置，能够对多源数据传感器的数据输入进行同步控制；能够对多源传感器的3D图像数据进行对应的标定处理，最后将采集融合处理的3D模型数据输出；如此便有效的完成了一个多源采集的效果。
作为改进的一种具体实施方式，所述数据采集单元1设有两个，由2套模块组成，每套模块轮流工作若干时间或一台设备故障时另一台设备自动启动，并报告故障。
作为改进的一种具体实施方式，所述数据处理单元2包括数据处理软件21、中心控制CPU22、存储模块23和显示模块24，所述数据处理软件21驱动中心控制CPU22对数据采集单元1发送的3D模型数据进行图像预处理，棒材的自动识别、计数处理以及设备故障报告，并将计数结果输出到显示模块24，然后通过与显示模块24耦接的显示器显示出来，而且通过与存储模块23相连，通过数据处理软件21和中心控制CPU22的设置就可以有效对数据进行处理，通过存储模块23的设置就可以有效将3D模型数据和计数结果储存到存储模块，然后通过与显示模块24连接的显示器将计数结果显示出来，达到一个实时显示的效果。
作为改进的一种具体实施方式，所述用户显示交互单元3还包括：
外围控制单元31，耦接于中心控制CPU22，用以向中心控制CPU22输入参数和功能设置数据；
用户接口模块32，耦接于外围控制单元31和中心控制CPU22，用于向外部设备提供连接接口；
PROFIBLS-DP联动接口34，耦接于外围控制单元31以与外部PLC进行通讯；
电源管理模块33，耦接于用户接口模块32以使得用户对系统电源进行管理。
本实施例中采用角度可调多视角可拉伸计数图像显示，便于工人作业查看操作。
用户显示交互单元3的主机设计有标准工业PROFIBUS-DP联动接口34，用于连接辊道运行和自动分钢控制单元PLC，实现与辊道控制系统和分钢系统联动控制。
采集单元双采集模块设置，定期轮换，以延长采集模块的使用寿命和稳定率，也可以一套采集设备故障时，自动切换。并且给出故障报警，来保证生产的稳定。
本发明的计数系统还具有以下功能，具有自动故障诊断和报告功能，能够有效降低设备故障导致的计数失误风险，并使故障的排除维护简便易行，上述功能均通过数据处理软件21和中心控制CPU22配合实现。
综上所述，本发明的计数系统，通过数据采集单元1和数据处理单元2的设置就可以有效的实现多源数据的采集融合和3D模型数据的计数处理，通过用户显示单元的设置实现人机的交互，而将数据采集单元1、数据处理单元2和用户显示交互单元3一体式紧凑小型化设计，只需常规生产车间照明，只需车间常规照明，设备体积小，重量轻，安装不受现场空间限制，设备采用支架式安装，设备可以在支架上完成上下前后调节，快速完成安装，设置，标定。小型化也降低了设备与生产线附近作业活动的相互干扰。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于激光3D建模自动棒材计数系统，其特征在于：包括：
数据采集单元，用以多源数据采集，采集可见光数据、红外数据和激光深度数据；对多源数据传感器的数据输入进行同步控制；并对多源传感器的3D图像数据进行对应的标定处理，最后将采集融合处理的3D模型数据输出，其中3D模型数据为对棒材的激光深度数据、红外数据以及可见光多源数据的同步采集和融合处理形成的；
数据处理单元，耦接于数据采集单元，对数据采集单元发送的3D模型数据进行图像预处理、棒材的自动识别、计数处理以及设备故障报告，并通过数据存储模块进行数据记录，并且数据处理单元还控制全系统的接口和管理全系统的电源；
用户显示交互单元，耦接于数据处理单元，用以与外部人员进行交互和PLC通信；分体式连接设置显示器、岗位显示器以及按键，其中设置显示器进行计数显示、故障诊断、显示图像、数据核对、图形化显示以及进行计数规格参数设置；岗位显示器具有计数显示、语音提示、故障诊断、数据核对、图形化显示以及按键启动复位的功能；所述数据采集单元、数据处理单元和用户显示交互单元一体化设置。
2.根据原权利要求1所述的基于激光3D建模自动棒材计数系统，其特征在于：所述数据采集单元包括：
激光发射器，用于发射激光；
红外成像器，用于采集红外数据和激光深度数据；
光学成像器，用于采集可见光数据；
控制芯片，耦接于激光发射器、红外成像器和光学成像器，将采集的数据实现同步控制和对应标定处理，最后将采集融合处理的3D模型数据整理后输出。
3.根据权利要求1或2所述的基于激光3D建模自动棒材计数系统，其特征在于：所述数据采集单元设有两个。
4.根据权利要求3所述的基于激光3D建模自动棒材计数系统，其特征在于：所述数据处理单元包括数据处理软件、中心控制CPU和存储模块，所述数据处理软件驱动中心控制CPU对数据采集单元发送的3D模型数据进行图像预处理、棒材的自动识别、计数处理以及设备故障报告，将3D模型数据和计数结果储存到存储模块，并通过与显示模块相连接的岗位显示屏和设置显示屏显示出来，数据处理单元，耦接于数据采集单元。
5.根据权利要求4所述的基于激光3D建模自动棒材计数系统，其特征在于：所述用户显示交互单元还包括：
外围控制单元，耦接于中心控制CPU，用以向中心控制CPU输入参数设置数据；
用户接口模块，耦接于外围控制单元和中心控制CPU，用于向外界人员提供连接接口；
PROFIBLS-DP联动接口，耦接于外围控制单元以与外部PLC进行通讯；
电源管理模块，耦接于用户接口模块以使得用户对系统电源进行管理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180313 |