CN105758382A - 一种基于机器视觉的磁瓦产品在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的磁瓦产品在线检测系统，涉及一种产品在线检测系统，检测系统包括磁瓦检测机构，视频流传输模块、图像处理机构及报警机构。磁瓦检测机构中，主要包括光源和相机模块。视频流传输模块利用标准以太网线进行磁瓦检测机构和图像处理机构间的通信，以延长传输距离，降低成本。图像处理机构包括上位机和下位机两个部分，上位机运行WINDOWS操作系统，通过触摸屏进行界面显示。下位机以XS128为主控芯片，控制报警机构进行声光报警。正常运行时，光源辅助相机得到更加利于区分磁瓦正反面的视频流，视频流由视频流传输模块传至图像处理机构进行图像处理后判断磁瓦正反面，通过和报警机构通信实现声光报警。该检测系统通过模块化设计，优化系统整体布局，提高系统运行可靠性。

Description

一种基于机器视觉的磁瓦产品在线检测系统

技术领域

本发明涉及一种产品在线检测系统，尤其涉及一种基于机器视觉的磁瓦产品在线检测系统。

背景技术

磁瓦是电动机的重要组成部件，市场需求一直非常旺盛。其外形为具有一定弧度的瓦状体，颜色为黑灰色略带金属光泽。磁瓦的工艺流程包括制料、成型、烧结和消磨等几个部分，并且能够通过添加不同的原料，使其内弧面、外弧面表磁呈现不同特性。磁瓦生产过程的最后一道工序是磨床加工，磁瓦在进入最后一道工序前，要确保特定面向上，否则加工后的磁钢特性恰好与设计要求相反，会使产品产生较大缺陷，严重影响电机性能。通常采用的方法是磁瓦烧结过程中，使特定面上分布有一定密度的标记点，以便后续工艺处理，因此，在磁瓦进入磨床加工之前须对生产线上的磁瓦进行正反面检测。

目前，我国的磁瓦生产流程中，磁瓦产品的在线检测主要依靠人工检测，受工作人员的技术、经验、工作环境以及视力疲劳等影响，易出现误检和漏检，且人工目视效率低，准确性、稳定性和可靠性较差。另外，人工检测也不便于数据的统一管理与分析，与现代化企业生产需求不相适应，已经成为制约磁瓦生产企业发展的瓶颈之一。为了解决人工目测工作量大、效率低、漏检率高等难题，企业需引进一种自动检测技术，以替代人工操作，在降低人力成本的同时，又能实现对产品质量的严格控制和数据记录。

机器视觉技术因其具有速度快、精度高、连续稳定工作时间长等优点，在最近三十年内获得突飞猛进的发展，被广泛应用在工业、科学研究、军事以及民用等领域。其中机器视觉作为工业生产过程中的一项新兴高科技方式已逐步推广应用，但是针对磁瓦此类比较特殊的产品，相应的智能检测系统在国内外尚没有成熟产品，因此，本发明所提出的检测系统将图像处理、机器视觉的研究成果引入磁瓦生产现场中，在国内具有相当的前沿性和实用性。

根据不同厂家的要求，磁瓦的具体尺寸和公差有所不同，但形状大体相似，外形均为圆弧的一部分，包含外弧面、内弧面、大端面、小端面、倒角等外表面，本系统即以磁瓦外弧面和内弧面为二个主要检测面，利用机器视觉技术对磁瓦生产线产品进行在线自动检测。

发明内容

1、发明要解决的技术问题。

本发明的目的在于，针对上述生产线产品人工检测效率低，准确性、稳定性和可靠性均较差的问题，设计一种能够对磁瓦正反面进行快速准确检测的检测系统，其具有高效，高可靠性的优点。

2、技术方案。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种基于机器视觉的磁瓦产品在线检测系统，系统包括磁瓦检测机构、视频流传输模块、图像处理机构和报警机构。系统基于待检测磁瓦特定面上标记点数目来判断待消磨面是内弧面还是外弧面。

所述检测系统在相机和工控机通过以太网建立连接后，相机首先在光源辅助下对通过的磁瓦表面进行检测，检测视频流通过网线传入工控机，工控机执行图像检测和处理程序对磁瓦进行监控，当生产线上出现放置错误的磁瓦时，工控机输出报警信号，经232串口传输到报警控制模块，报警控制模块驱动声光报警装置发出报警信号并在显示屏输出提示，进行报警操作。该报警信号可通过主控机箱上的停止按钮进行终止。

更具体的，所述磁瓦检测机构外壳是一个用不锈钢围成的长方体盒状结构，盒底部和顶部是正方形结构。底部用透明防灰玻璃片密封，为便于清洗，设计为可拆卸结构。顶部为略有凸起的不透明塑料壳，并在凸起中间有正方形开孔，相机和光源的电源线及相机的以太网传输线从盒内由开孔引出，接至控制模块。相机和光源分别固定在磁瓦检测机构两侧，相机镜头垂直向下放置，光源的发光面正对放置镜头的一侧盒面。机械臂一侧固定于后侧盒面，另一侧安装在固定架上，并且可根据现场情况调节机械臂，以修正检测机构固定的高度。

所述磁瓦检测机构中，主要包括相机和光源，二者均安装在拍摄模块内部。相机为面阵相机，分辨率达到XGA（全称ExtendedGraphicsArray）级别以上，在全分辨率下，帧速率为25fps以上。为提高相机在不同场合的适应能力，相机采用变焦镜头，通过旋转镜头以调节焦距以获取最佳图像。生产线上磁瓦连续无间隙通过相机，相机触发方式采用同步模式，并通过编程实现工控机对视频流进行图像截取和判别。

所述光源采用LED灯条构成，光源表面LED呈等间距分布，以获得均匀的面状光。经实际测试，当采用白光时显示效果最佳。在运行过程中发现，光源和相机均产生较大热量，而检测机构内部温度过高会损坏器件甚至造成设备故障，为解决此问题，光源使用铝基板焊制，相机和光源均采用铜固定板固定，并辅助散热。

所述相机的数据传输模块采用GigE（一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准）数据接口，通过标准的以太网线与工控机网口相连进行视频流传输，有效传输距离最远可达100米。

所述图像处理机构和报警机构均放置在长方体机箱中，机箱面板包括触摸显示屏，电源开关，系统开关，模式切换开关和报警停止开关，分别固定于机箱前侧箱面外部。触摸显示屏在显示状态下显示通过磁瓦的表面检测情况，及当前所置模式，单击显示状态下的“显示检测图像”虚拟按键可切换到调试状态，调试界面左侧为磁瓦视频显示窗口，通过磁瓦视频显示窗口可以对目标区域的大小选择。右侧为参数设定窗口，所需设定参数包括形态学算法参数以及不同工作模式下的阈值设定。电源开关打开后再打开系统开关整个系统即开始运行，系统有三种运行模式，分别对应大型磁瓦检测，中型磁瓦检测和小型磁瓦检测三种情况，通过旋转模式切换开关使开关指向1,2,3分别对应上述三种模式。若系统处于报警状态，单击报警停止开关即可停止报警。机箱前侧箱面可打开，外部有开孔，触摸显示屏和各开关通过开孔引线至内部与报警控制模块及电源线对应接口相连。触摸显示屏安装在机箱前侧箱面外部中间位置，各开关置于触摸显示屏两侧和下方位置。报警控制模块，稳压模块，接线端子排均固定于机箱前侧箱面内部。其中报警控制模块用于控制安装在机箱外侧的报警执行机构进行报警操作，稳压模块包括为相机提供12V稳定电压的相机稳压源和为光源提供12V稳定电压的光源稳压源，接线端子排用于对线路整合。工控机固定在机箱后侧箱面内侧，通过底部箱面开孔与磁瓦检测机构引出的电源线和传输线相连。工控机分别与触摸显示屏，开关，报警装置及报警控制单片机相连，并为其提供工作电源，工控机可稳定运行WINDOWS操作系统，并支持在操作系统中进行相关程序设计和运行。

所述图像处理机构和报警机构在生产现场布置在生产线一侧，通过支架固定，磁瓦检测机构置于磁瓦生产线正上方，二者之间连以以太网线和电源线。工控机与相机建立连接后，触摸显示屏首先处于调试状态，调试界面左侧为磁瓦视频显示窗口，通过磁瓦视频显示窗口可以对目标区域的大小选择。右侧为参数设定窗口，所需设定参数包括形态学算法参数以及不同工作模式下的阈值设定。形态学算法参数包括膨胀参数和腐蚀参数，通过对其调整可以得到更加易于区分的图像。阈值设有三个梯度，分别对应大型磁瓦检测，中型磁瓦检测和小型磁瓦检测三种情况，不同的情况对应不同的模式，以适应不同的生产情况。不同模式的切换工作通过位于显示屏下方的模式切换开关完成。调试结束后系统正常运行，点击触摸显示屏上的状态切换按钮，屏幕进入显示状态，显示状态下屏幕显示通过磁瓦的表面检测情况及当前所置模式。此时，可断开触摸屏控制接口，以防止误操作造成磁瓦漏检或误检。

所述报警机构主要包括报警控制机构和报警执行机构，报警控制机构以飞思卡尔XS128单片机为核心控制单元，单片机通过单片机通过MAX232芯片和RS232串口相连，串口连接工控机以进行串口通信，当检测到报警信号时，单片机输出报警信号，经继电器和8050芯片组成的电路进行放大之后，控制安装在机箱外侧的报警执行机构进行报警操作，报警执行机构为工业级声光报警器，在单片机控制下发出声光报警信号。

所述图像检测和处理程序，采用HALCON配合VS2008编写，程序主要用于对磁瓦表面进行图像处理并对正反面做出判断，并与报警机构通信，根据通信结果，单片机控制与之相连的报警装置做出报警或者正常运行的操作。程序算法的基本设计思路为：检测系统开启后，由磁瓦检测机构连续获取磁瓦表面图像，图像经以太网线传输至图像处理机构读取后，首先在已读取图像中选择出待处理区域，以减小图像数据量，缩短处理时间。之后提取待处理图像，对待处理图像进行局部阈值分割，把总区域R分割成满足条件区域和不满足条件的区域，之后对上一步输出的图像进行腐蚀和膨胀操作，腐蚀操作目的是消除边界点,使边界向内部收缩。膨胀操作是将与物体接触的所有背景点合并到该物体中，使边界向外部扩张的过程。经过腐蚀和膨胀处理之后使互不连接区域对比度更加明显，对互不连接区域进行区域统计即可得到磁瓦表面的标记点数，对有特定标记点的表面检测的输出结果远大于无特定标记点的表面，根据待检测磁瓦的样本数据设定判定阈值，将检测结果和设定阈值对比，判断生产线上磁瓦是否是有特定标记点的表面朝上放置，并在磁瓦放置错误时输出报警信号控制报警执行机构进行报警操作。操作结束后回到读取图像位置循环执行后续操作。

3、算法设计方案：

算法包括以下步骤：

第一步：读取图像，产生要检测区域的矩形，输出的是创造的矩形区域；

第二步：选取待处理区域，从原图像上截取需要检测的区域，从而减小计算量，输出需要检测的区域图像；

第三步：利用局部平均值和方差分割图像，把不同于光面的凸起分割，得到各麻点区域，输出分割后的区域；

第四步：以圆形为结构元素去腐蚀分割后的区域，输出腐蚀后的区域；

第五步：以圆形为结构元素去膨胀腐蚀后的区域，输出膨胀后的区域；

第六步：区分互不连接的区域，通过统计得出麻点数目。

附图说明

图1：磁瓦检测机构组成示意图。

图2：图像处理机构和报警机构内部结构示意图。

图3：触摸显示屏处于调试状态时的界面图。

图4：图像处理机构和报警机构外部布局示意图。

图5：算法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示：8为磁瓦检测机构外壳，是一个用不锈钢围成的长方体盒状结构，4为集中在一起的以太网线和光源电源线，通过盒顶不透明塑料壳凸起处开孔引出，7为玻璃盖，由透明防灰玻璃片构成，为便于清洗，设计为可拆卸结构。5为工业相机，相机镜头垂直向下放置，通过铜板固定在内测盒面，在生产过程中捕捉磁瓦图像，和6光源及散热铜板正对放置，6光源采用LED灯条构成，光源表面LED呈等间距分布，以获得均匀的面状光。5相机和6光源在正常工业条件下的使用温度比较稳定，满足使用要求。1为采集模块固定装置，2为机械臂固定装置，3为机械臂，机械臂一侧固定于后侧盒面，另一侧在固定架上，并且可根据现场情况调节机械臂，以修正检测机构固定的高度。

如图2所示：17为图像处理机构和报警机构均所放置的长方体机箱，机箱面板上为2触摸显示屏,1报警蜂鸣器，3电源开关，7系统开启开关，开启后工控机开机进入WINDOWS系统，6系统关闭开关，5模式切换开关，4关闭报警开关，分别固定于机箱前侧箱面外部。机箱前侧箱面可打开，外部有开孔，8为控制柜锁，触摸显示屏和各开关通过开孔引线至内部与报警控制模块及电源线对应接口相连。9为用于对相机供电的12V稳压源，10为对光源供电的12V稳压源，11为接线端子排，12为用于上位机和下位机串行通讯的接口，13为由单片机组成的报警控制模块，14为单片机与报警模块相连线的接口，均固定于机箱前侧箱面内部。15为工控机接线接口，16为工控机，在各装置位置固定好后，检测系统开启，调试完毕后，由磁瓦检测机构采集视频流至工控机，视频流经过图像处理得出判断结果，与报警控制单片机进行串口通讯后由报警控制单片机控制报警装置声光报警。

如图3所示：为触摸显示屏处于调试状态时的界面图，调试界面左侧为磁瓦视频显示窗口，通过磁瓦视频显示窗口可以对目标区域的大小选择。右侧为参数设定窗口，所需设定参数包括形态学算法参数以及不同工作模式下的阈值设定。形态学算法参数包括膨胀参数和腐蚀参数，通过对其调整可以得到更加易于区分的图像。阈值设有三个梯度，分别对应大型磁瓦检测，中型磁瓦检测和小型磁瓦检测三种情况，不同的情况对应不同的模式，以适应不同的生产情况。单击“切换至显示模式”虚拟按键即可切换触摸显示屏至显示模式,显示状态下，屏幕显示通过磁瓦的表面检测情况及当前所置模式。

如图4所示:8为图像处理机构和报警机构均所放置的长方体机箱，在生产现场布置在生产线一侧，通过支架固定，1为触摸显示屏，此时工作在显示状态，屏幕显示通过磁瓦的表面检测情况，及当前所置模式，在调试状态下，调试界面左侧为磁瓦视频显示窗口，通过磁瓦视频显示窗口可以对目标区域的大小选择。右侧为参数设定窗口，所需设定参数包括形态学算法参数以及不同工作模式下的阈值设定。2为电源开关，3为报警蜂鸣器，4为关闭报警开关，5为模式切换开关，6为系统关闭开关，7为系统开启开关。

如图5所示：算法流程示意图，检测系统开启后，由磁瓦检测机构连续获取磁瓦表面图像，图像经以太网线传输至图像处理机构读取后，首先在已读取图像中选择出待处理区域，提取待处理图像。然后对待处理图像进行局部阈值分割，把总区域R分割成满足条件区域和不满足条件的区域，之后对上一步输出的图像进行腐蚀和膨胀操作，腐蚀操作目的是消除边界点,使边界向内部收缩。膨胀操作是将与物体接触的所有背景点合并到该物体中，使边界向外部扩张的过程。经过腐蚀和膨胀处理之后对互不连接区域进行区域统计即可得到磁瓦表面的标记点数，对有特定标记点的表面检测的输出结果远大于无特定标记点的表面，根据待检测磁瓦的样本数据设定判定阈值，将检测结果和设定阈值对比，判断生产线上磁瓦是否是有特定标记点的表面朝上放置，并在磁瓦放置错误时输出报警信号控制报警执行机构进行报警操作。操作结束后回到读取图像位置循环执行后续操作。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的磁瓦产品在线检测系统，其特征在于，包括磁瓦检测机构、视频流传输机构、图像处理机构和报警机构：其中，检测系统在相机和工控机通过以太网建立连接后，相机首先在光源辅助下对通过的磁瓦表面进行检测，检测视频流通过以太网线传入工控机，工控机执行图像检测和处理程序对磁瓦进行监控，当生产线上出现放置错误的磁瓦时，工控机输出报警信号，经232串口传输到下位机，驱动声光报警装置发出报警信号并在显示屏输出提示，进行报警操作，该报警信号可通过主控机箱上的停止按钮进行终止。

2.根据权利要求1所述的磁瓦检测机构，外壳是一个用不锈钢围成的长方体盒状结构，底部用防灰玻璃片密封，设计为可拆卸结构，顶部为中间有正方形开孔且略有凸起的不透明塑料壳，相机和光源分别固定在磁瓦检测机构左侧盒面和右侧盒面，相机为面阵相机，采用变焦镜头，相机触发方式采用同步模式，光源采用由LED灯条组成的长方形白色面状光，由铝基板焊制，表面LED均匀分布，机械臂一侧固定于后侧盒面，另一侧在固定架上，并且可根据现场情况调节机械臂，以修正检测机构固定的高度。

3.根据权利要求1所述的视屏流传输机构，相机的数据传输模块采用GigE（一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准）数据接口，通过标准的以太网线与工控机网口相连进行视频流传输，把磁瓦检测机构采集到的磁瓦产品的检测信息视频流传输至图像处理机构。

4.根据权利要求1所述的图像处理机构，放置在长方体机箱中，机箱在生产现场布置在生产线一侧，通过支架固定，磁瓦检测机构置于磁瓦生产线正上方，二者之间连以以太网线和电源线，机箱前侧箱面可打开，外部有开孔，触摸显示屏和各开关通过开孔引线至内部与报警控制模块及电源线对应接口相连，报警控制模块及稳压模块，接线端子排均固定于机箱前侧箱面内部，以工控机为核心，并分别与触摸显示屏，电源开关，系统开关，模式切换开关，报警停止开关，报警装置及报警控制模块相连，并为其提供工作电源，所述工控机稳定运行WINDOWS操作系统，触摸显示屏正常工作在显示状态，显示状态下屏幕显示通过磁瓦的表面检测情况及当前所置模式，需要调试时工作在调试状态，调试界面左侧为磁瓦视频显示窗口，通过磁瓦视频显示窗口可以对目标区域的大小选择，右侧为参数设定窗口，所需设定参数包括形态学算法参数以及不同工作模式下的阈值设定。

5.根据权利要求1所述的报警机构，也放置在长方体机箱中，主要包括报警控制机构和报警执行机构，报警控制机构以飞思卡尔XS128单片机为核心控制单元，单片机通过MAX232芯片和RS232串口相连，串口连接工控机以进行串口通信，当检测到报警信号时，工控机与单片机通过基于RS232的串口通信协议进行通信，单片机输出报警信号，经继电器和8050芯片组成的电路进行放大之后，控制安装在机外侧的报警执行机构进行报警操作，报警执行机构为工业级声光报警器，在单片机控制下发出声光报警信号，当错误放置的磁瓦通过检测区域，磁瓦检测机构通过视频流传输机构把磁瓦表面情况输入图像处理机构进行图像截取、处理与判断，图像处理机构和报警控制机构进行通信，报警控制机构进一步控制报警机构进行声光报警，当操作者发现报警后可按下机箱外侧的报警停止按钮，使报警装置停止报警。

6.所述图像检测和处理程序，采用HALCON配合VS2008编写，程序主要用于对磁瓦表面进行图像处理并对正反面做出判断，并与报警模块经RS232串口通信协议进行通信，程序设计主要依靠基于机器视觉的磁瓦表面特征提取方法，包括局部阈值分割算法，形态学算法，区域识别算法，实现磁瓦表面麻点数目判断，从而实现特定面检测。