CN106643568A - 一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法 - Google Patents

一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法，包括相机、用于固定相机的支架、用于安装传动轴、齿轮及电机的底座，其中，所述相机的镜头正对待测线缆的正上方，待测线缆用夹具夹持固定，通过齿轮间的相互啮合将待测线缆、传动轴及电机转子相连接。该线缆角度检测装置接通电源后，相机将获得的图像信号传送到计算机，计算机对线缆进行颜色与内芯宽度的识别与测量，得到要将线缆转动到正确位置所需转过的角度信息，并将此信息发送给电机，由电机带动齿轮间的传动将待测线缆转动到正确方位，本发明的检测过程全自动化，无需人工参与，不仅大幅提高了检测效率，而且可最大限度地回避人工因素的干扰，大大提高了检测准确率。

Description

一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法
技术领域
本发明涉及电源线自动装配技术领域，具体涉及一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法。
背景技术
通用的三相插头电源线内芯均为三根，其中灰色内芯为火线，蓝色内芯为零线，黄绿色内芯为地线。在自动装配生产线上，要实现线缆内芯与插头自动连接，需要区分线缆三根内芯的颜色以及方位，以确保线缆内芯连接正确到位。
目前，现有的线缆内芯方位检测方法是在前后两个工位上分两步检测：第一个工位使用一个接触式位置传感器来探测线缆三根内芯排布方式，探测过程中线缆保持旋转，当位置传感器接触到内芯最高点时，即发送指令给电机使线缆停止转动；线缆保持固定角度移动到第二个工位，此工位使用一个颜色传感器来探测以“品”字型排布的三根内芯中最上方内芯的颜色是否为黄绿色：若是，则将线缆移动到下一装配工位；若不是，则需将线缆转过120度之后，再进行检测，直到检测到黄绿色为止，即可将线缆移动到下一装配工位。
上述检测方法存在诸多问题与弊端：
(1)完成检测需要两个工位，机械成本高；
(2)完成检测需要两个阶段，第一阶段检测位置，第二阶段检测颜色，检测周期长；
(3)在工位一上线缆持续转动，当位置传感器探测到最高点时向电机发送停止转动的信号，随后电机再做出响应。此过程中线缆一直保持转动，因此时间节拍不能掌控，无法精确控制线缆定位在正“品”字型；
(4)由于线缆内芯高度存在一定公差，因此在工位一上会出现两种误判情况：线缆转动过程中始终无法接触到位置传感器；线缆尚未转动到正“品”字型就已经接触到位置传感器。此两种情况下都会导致在工位一发生误判；
(5)在工位二使用颜色传感器时，外界光照对其影响较大，从而出现误判，影响最终定位结果；
(6)由于颜色传感器输出开关量，因此使用一种颜色将传感器标定之后，传感器只能判断所检测颜色是否为标定值，不能判别具体为何种颜色。对于有两种颜色的内芯，颜色传感器容易出现误判；
(7)对于不同颜色和外径尺寸的多种规格线缆无法同时进行检测。当检测完某一规格的线缆，再检测第二种规格时，需要对两个传感器重新调节，此过程繁琐且耗时耗力。
发明内容
本申请通过提供一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法，以解决现有技术中电源线检测存在的机械成本高、装配效率低、装配精度差、可靠性不高的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：
一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置，包括相机、用于固定相机的支架、用于安装传动轴、齿轮及电机的底座，其中，所述相机的镜头正对待测线缆的正上方，所述底座包括相互平行的第一支撑板和第二支撑板，以及垂直设置在所述第一支撑板与第二支撑板之间的第三支撑板，所述支架安装在所述底座的第三支撑板上，在所述底座的第一支撑板与第二支撑板的相对应位置设置有第一通孔对和第二通孔对，在所述底座的第二支撑板上还设置有第三通孔，其中，待测线缆穿过所述第一通孔对，在第一通孔对的外侧依次设置有第一齿轮和用于夹持固定待测线缆的夹具，所述传动轴穿过第二通孔对，在所述第二通孔对的外侧设置有第二齿轮，所述电机的转子穿过第三通孔，在所述第三通孔的外侧设置有第三齿轮，第一支撑板上第一齿轮和第二齿轮相啮合，第二支撑板上第一齿轮和第二齿轮相啮合，第三齿轮通过惰轮与所述第二齿轮相啮合，所述相机通过数据传输线与计算机连接。
待测线缆用夹具夹持固定，通过第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮及惰轮之间的相互啮合将待测线缆、传动轴及电机转子相连接，其中，传动轴为电机与夹具之间的扭力传输轴。该线缆角度检测装置接通电源之后，镜头将被测线缆内的芯图像成像到相机中，相机获得的线缆图像信号传送到计算机中，通过算法对线缆进行颜色与内芯宽度的识别与测量，最后得到要将线缆转动到正确位置所需转过的角度信息，计算机将此角度信息通过驱动部件发送给电机之后，由电机带动齿轮间的传动将待测线缆转动到正确方位。
进一步地，在待测线缆的正上方，靠近所述相机的镜头处还设置有为待测线缆提供照明的光源。
作为一种优选的技术方案，所述光源为LED环形光源。所述光源用于为待测线缆提供全方位的照明，且辐照面积大于待测线缆视野中的长度，保证了检测过程中不受外界光的干扰。
进一步地，所述计算机采用工业控制计算机。计算机能够实时按指令给电机发送角度信息，以调节待测线缆在相机视野中不同内芯宽度，确保算法能够从相机所拍摄到的线缆图像中精确计算出待测线缆的方位角度信息。
所述电机采用闭环控制电路，从而能够精确控制待测线缆所转动的角度。
所述电机通过计算机向其发送的脉冲个数与频率进行角度与转速的控制，从而能够根据工业现场生产线时间节拍等要求改变检测效率。
进一步地，所述相机用于拍摄一段待测线缆的图像，所述相机采用工业级彩色相机，所述相机的镜头为长焦镜头。拍摄一段待测线缆的图像，使得计算机对图像中的一整段线缆进行颜色和內芯宽度的检测，能有效避免在某一点处出现噪点而导致的检测误差，工业级彩色相机，像素数满足测量精度要求，并且能够检测到不同颜色内芯。在不同批次线缆之间有色差的情况下，仍然能够保证高精度方位检测。长焦镜头，能够保证在有足够视野的情况下，尽可能提高物像的放大倍数，提高检测精度。
一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置的检测方法，包括如下步骤：
S1：所述相机拍摄一段待测线缆的图像，将图像传送至计算机中；
S2：由计算机对拍摄到的图像进行预处理，得到三种颜色空间内的单色图像；
S3：对三种颜色空间内的单色图像进行轮廓提取，分别得到三幅单通道的轮廓图像；
S4：将三幅单通道的轮廓图像叠加，并进行二值化，得到最终的总轮廓图；
S5：在总轮廓图中进行边缘检测，得到边缘个数；
S6：判断检测到的边缘个数是否为4，如果是，则进入步骤S8，否则，进入步骤S7；
S7：通过计算机向电机发送旋转信号，将待测线缆旋转30o，随后进入步骤S5；
S8：对三根內芯宽度进行检测，由內芯宽度与线缆角度的对应关系，得出线缆的修正角度±θ；
S9：对线缆內芯颜色进行判断，如果是所要求的颜色，只需将线缆修正±θ角度，如果不是，则将线缆根据不同颜色顺时针或者逆时针修正120o±θ角度。
进一步地，步骤S2中所述的预处理包括图像降噪、颜色空间转换及提取彩色图像单通道。
与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：本发明的检测过程全自动化，无需人工参与，不仅大幅提高了检测效率，而且可最大限度地回避人工因素的干扰，大大提高了检测准确率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法，以解决现有技术中电源线检测存在的机械成本高、装配效率低、装配精度差、可靠性不高的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。
一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置，如图1所示，包括相机1、用于固定相机的支架2、用于安装传动轴3、齿轮及电机4的底座，其中，所述相机的镜头101正对待测线缆6的正上方，所述底座包括相互平行的第一支撑板501和第二支撑板502，以及垂直设置在所述第一支撑板501与第二支撑板502之间的第三支撑板503，所述支架2安装在所述底座的第三支撑板503上，在所述底座的第一支撑板501与第二支撑板502的相对应位置设置有第一通孔对和第二通孔对，在所述底座的第二支撑板上还设置有第三通孔，其中，待测线缆6穿过所述第一通孔对，在第一通孔对的外侧依次设置有第一齿轮701和用于夹持固定待测线缆6的夹具8，所述传动轴3穿过第二通孔对，在所述第二通孔对的外侧设置有第二齿轮702，所述电机4的转子穿过第三通孔，在所述第三通孔的外侧设置有第三齿轮703，第一支撑板501上第一齿轮701和第二齿轮702相啮合，第二支撑板502上第一齿轮701和第二齿轮702相啮合，第三齿轮703通过惰轮704与所述第二齿轮702相啮合，所述相机1通过数据传输线与计算机9连接。
待测线缆6用夹具8夹持固定，通过第一齿轮701、第二齿轮702、第三齿轮703及惰轮704之间的相互啮合将待测线缆6、传动轴3及电机4转子相连接，其中，传动轴3为电机4与夹具8之间的扭力传输轴。
该线缆角度检测装置接通电源之后，镜头101将被测线缆6内芯图像成像到相机1中，相机1获得的线缆图像信号传送到计算机9中，通过算法对线缆进行颜色与内芯宽度的识别与测量，最后得到要将线缆转动到正确位置所需转过的角度信息，计算机9将此角度信息通过驱动部件发送给电机4之后，由电机4带动齿轮间的传动将待测线缆6转动到黄绿色內芯在上的正“品”字形方位。
在待测线缆6的正上方，靠近所述相机的镜头101处还设置有为待测线缆6提供照明的光源10。
在本实施例中，所述光源10为LED环形光源。所述光源10用于为待测线缆6提供全方位的照明，且辐照面积大于待测线缆6视野中的长度，保证了检测过程中不受外界光的干扰。
在本实施例中，所述计算机9采用工业控制计算机来实现信号传输与图像处理过程。计算机9能够实时按指令给电机4发送角度信息，以调节待测线缆6在相机1视野中不同内芯宽度，确保算法能够从相机1所拍摄到的线缆图像中精确计算出线缆的方位角度信息.
所述相机1用于拍摄一段待测线缆6的图像，使得计算机9对图像中的一整段线缆进行颜色和內芯宽度的检测，能有效避免在某一点处出现噪点而导致的检测误差；所述相机1采用工业级彩色相机，像素数满足测量精度要求，并且能够检测到不同颜色内芯。在不同批次线缆之间有色差的情况下，仍然能够保证高精度方位检测；所述相机的镜头101为长焦镜头，能够保证在有足够视野的情况下，尽可能提高物像的放大倍数，提高检测精度。
在本实施例中，所述电机4采用闭环控制电路，从而能够精确控制待测线缆6所转动的角度，所述电机4通过计算机9向其发送的脉冲个数与频率进行角度与转速的控制，从而能够根据工业现场生产线时间节拍等要求改变检测效率。
一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置的检测方法，如图2所示，包括如下步骤：
S1：所述相机拍摄一段待测线缆的图像，将图像传送至计算机中；
S2：由计算机对拍摄到的图像进行预处理，包括图像降噪、颜色空间转换及提取彩色图像单通道，得到三种颜色空间内的单色图像；
S3：对三种颜色空间内的单色图像进行轮廓提取，分别得到三幅单通道的轮廓图像；
S4：将三幅单通道的轮廓图像叠加，并进行二值化，得到最终的总轮廓图；
S5：在总轮廓图中进行边缘检测，得到边缘个数；
S6：判断检测到的边缘个数是否为4，如果是，则进入步骤S8，否则，进入步骤S7；
S7：通过计算机向电机发送旋转信号，将待测线缆旋转30o，随后进入步骤S5；
S8：对三根內芯宽度进行检测，由內芯宽度与线缆角度的对应关系，得出线缆的修正角度±θ；
S9：对线缆內芯颜色进行判断，如果是所要求的颜色，只需将线缆修正±θ角度，如果不是，则将线缆根据不同颜色顺时针或者逆时针修正120o±θ角度。
本申请的上述实施例中，通过提供一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置及其方法，包括相机、用于固定相机的支架、用于安装传动轴、齿轮及电机的底座，其中，所述相机的镜头正对待测线缆的正上方，待测线缆用夹具夹持固定，通过齿轮间的相互啮合将待测线缆、传动轴及电机转子相连接。该线缆角度检测装置接通电源后，相机将获得的图像信号传送到计算机，计算机对线缆进行颜色与内芯宽度的识别与测量，得到要将线缆转动到正确位置所需转过的角度信息，并将此信息发送给电机，由电机带动齿轮间的传动将待测线缆转动到正确方位，本发明的检测过程全自动化，无需人工参与，不仅大幅提高了检测效率，而且可最大限度地回避人工因素的干扰，大大提高了检测准确率。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于计算机视觉的线缆角度检测装置，其特征在于，包括相机(1)、用于固定相机的支架(2)、用于安装传动轴(3)、齿轮及电机(4)的底座，其中，所述相机的镜头(101)正对待测线缆(6)的正上方，所述底座包括相互平行的第一支撑板(501)和第二支撑板(502)，以及垂直设置在所述第一支撑板(501)与第二支撑板(502)之间的第三支撑板(503)，所述支架(2)安装在所述底座的第三支撑板(503)上，在所述底座的第一支撑板(501)与第二支撑板(502)的相对应位置设置有第一通孔对和第二通孔对，在所述底座的第二支撑板上还设置有第三通孔，其中，待测线缆(6)穿过所述第一通孔对，在第一通孔对的外侧依次设置有第一齿轮(701)和用于夹持固定待测线缆(6)的夹具(8)，所述传动轴(3)穿过第二通孔对，在所述第二通孔对的外侧设置有第二齿轮(702)，所述电机(4)的转子穿过第三通孔，在所述第三通孔的外侧设置有第三齿轮(703)，第一支撑板(501)上第一齿轮(701)和第二齿轮(702)相啮合，第二支撑板(502)上第一齿轮(701)和第二齿轮(702)相啮合，第三齿轮(703)通过惰轮(704)与所述第二齿轮(702)相啮合，所述相机(1)通过数据传输线与计算机(9)连接。
2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的线缆角度检测装置，其特征在于，在待测线缆(6)的正上方，靠近所述相机的镜头(101)处还设置有为待测线缆提供照明的光源(10)。
3.根据权利要求2所述的基于计算机视觉的线缆角度检测装置，其特征在于，所述光源(10)为LED环形光源。
4.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的线缆角度检测装置，其特征在于，所述计算机(9)采用工业控制计算机。
5.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的线缆角度检测装置，其特征在于，所述相机(1)用于拍摄一段待测线缆(6)的图像，所述相机(1)采用工业级彩色相机，所述相机的镜头(101)为长焦镜头。
6.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的线缆角度检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：所述相机拍摄一段待测线缆的图像，将图像传送至计算机中；
S2：由计算机对拍摄到的图像进行预处理，得到三种颜色空间内的单色图像；
S3：对三种颜色空间内的单色图像进行轮廓提取，分别得到三幅单通道的轮廓图像；
S4：将三幅单通道的轮廓图像叠加，并进行二值化，得到最终的总轮廓图；
S5：在总轮廓图中进行边缘检测，得到边缘个数；
S6：判断检测到的边缘个数是否为4，如果是，则进入步骤S8，否则，进入步骤S7；
S7：通过计算机向电机发送旋转信号，将待测线缆旋转30°，随后进入步骤S5；
S8：对三根內芯宽度进行检测，由內芯宽度与线缆角度的对应关系，得出线缆的修正角度±θ；
S9：对线缆內芯颜色进行判断，如果是所要求的颜色，只需将线缆修正±θ角度，如果不是，则将线缆根据不同颜色顺时针或者逆时针修正120°±θ角度。
7.根据权利要求6所述的基于计算机视觉的线缆角度检测装置的检测方法，其特征在于，步骤S2中所述的预处理包括图像降噪、颜色空间转换及提取彩色图像单通道。
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