CN107042473B - 应用于抛喷丸设备的工件模式识别装置及识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明应用于抛喷丸设备的工件模式识别装置，包括供电模块、控制模块、摄像模块、存储器模块、光电检测电路、电机控制模块、联络信号模块和RS485通信模块，识别方法包括：定义类型；选取传送姿态；设定拍摄方位；拍摄图像并上传至上位机；计算模板图像矩阵；采集实时图像，计算待识别图像矩阵；计算待识别图像矩阵和模板图像矩阵匹配率，并提取工件信息；对提取的标信息编码并上传至上位机；上位机解析编码，获取工件实时信息。本发明采用电路简练、先进、可靠，成本低，功能强，识别算法实现方便，识别速度快，识别率很高。通讯协议简单，便于新旧设备的升级。
Description
技术领域
本发明涉及抛喷工艺处理领域，具体涉及应用于抛喷丸设备的工件模式识别装置及识别方法。
背景技术
抛喷的原理是用电动机带动叶轮体旋转，靠离心力的作用，将弹丸(有铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸等不同类型)和沙子抛向工件的表面，使工件的表面达到一定的粗造度，使工件变得美观，或者改变工件的焊接拉应力为压应力，提高工件的使用寿命。
大型抛喷丸设备可以处理多种抛喷工件，工件进入抛喷丸设备内一般采用吊钩式，所以不同的工件抛喷角度和抛喷时间都是不一样的，由于抛喷丸设备里有多个喷头，因此需要调整抛头的抛喷角度和各抛喷的时间来实现抛喷工件的优化处理。
目前的抛喷丸设备技术水平较低，抛喷丸设备的控制系统基本都是可编程逻辑控制器PLC组成，主要控制工艺上需要的各类电机顺序开停，因此对于不同工件的喷抛，主要有两种解决方案，一种是通过人工来调整抛喷头的抛喷角度，人工利用手操器来来控制不同工件的抛喷时间；另一种是将手操器的设置参数编制在PLC控制器中，还是需要人工利用触摸屏来选择。
上述的两种方式下，都是利用人的经验进行判断，从而选择合适的抛喷角度、力度、时间等参数，这样一来，不仅对于操作工人的实际操作经验要求很高，而且人也容易产生判断失误或者手动操作失误，不利于抛喷工艺的工业化，大大降低了生产效率，增加了生产成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于抛喷丸设备的工件模式识别装置及识别方法，利用计算机视觉可以进行模式识别，通过I/O接口和RS485与抛喷丸设备控制器进行握手联络，实现智能抛喷。
本发明采用以下技术方案：
应用于抛喷丸设备的工件模式识别装置，包括供电模块、控制模块、摄像模块、存储器模块、光电检测电路、电机控制模块、联络信号模块和RS485通信模块，所述的供电模块包括24V直流电压输入端，并提供5V、3.3V、2.8V、1.8V四种直流电压输出端；所述的控制模块包括微控制器STM32F446及其外围电路；所述的摄像模块包括OV7725摄像头，OV7725摄像头通过DCMI总线和控制总线与微控制器STM32F446电连接；所述的存储器模块采用AT24C02存储芯片并与微控制器STM32F446电连接；所述光电检测电路的控制端与微控制器STM32F446电连接，光电检测电路的输出端与抛喷丸设备内的光电传感器连接；所述的电机控制模块包括驱动电路和微型电机，所述的驱动电路输入端与微控制器STM32F446电连接，驱动电路输出端连接微型电机；联络信号模块的输出端通过光电隔离芯片ADUM1311连接微控制器STM32F446，联络线号模块的输出端通过数据线连接抛丸机控制系统；RS485通信模块包括光电隔离电路和RS485电路，光电隔离电路输入端连接微控制器STM32F446，光电隔离电路输出端连接RS485电路输入端，RS485电路输出端过数据线连接抛丸机控制系统。
进一步的，识别装置还包括灯光补偿模块，所述的灯光补偿模块的控制端与微控制器STM32F446连接。
进一步的，光电检测电路包括外发射管和外接收管，红外发射管的正极通过电阻R26接3.3V直流电压，红外发射管的负极接三极管Q3集电极，三极管Q3发射极接地，三极管Q3基极通过电阻R33接微控制器STM32F446第8引脚；红外接收管正极通过电阻R27分别接3.3V直流电压和电阻R30一端，电阻R30另一端为OUTPUT_2输出端并与光耦U13第六引脚连接，OUTPUT_2输出端与抛喷丸设备连接，红外接收管负极接光耦U13第一引脚，光耦U13第三引脚和第四引脚均接地。
进一步的，电机控制模块包括驱动电路和微型电机Motor，所述的驱动电路包括光耦U12，光耦U12第一引脚通过电阻R28分别接3.3V直流电压和电阻R31一端，电阻R31另一端分别接微控制器STM32F446第8引脚以及电阻R32一端，电阻R32另一端接三极管Q4基极，三极管Q4发射极接地，三极管Q4集电极接光耦U12第三引脚，光耦U12第六引脚通过电阻R29分别接24V直流电压和电阻R25一端，电阻R25另一端接三极管Q2集电极，三极管Q2基极接光耦U12第四引脚，光耦U12发射极接微型电机Motor控制端。
进一步的，所述的RS485通信模块包括光电隔离电路和RS485电路，光电隔离电路包括反相器U9、数字隔离器U10，RS485电路包括485通信芯片U11，反相器U9第一引脚接微控制器STM32F446第59引脚，反相器U9第十三引脚接微控制器STM32F446第61引脚，反相器U9第四引脚接微控制器STM32F446第62引脚，反相器U9第五引脚连接反相器U9第二引脚，反相器U9第十四引脚分别接3.3V直流电压和电容C21一端，电容C21另一端接地，反相器U9第七引脚接地，反相器U9第十一引脚接反相器U9第十二引脚，反相器U9第三引脚接反相器U9第八引脚，反相器U9第九引脚接数字隔离器U10第五引脚，反相器U9第十引脚接数字隔离器U10第三引脚，反相器U9第六引脚接数字隔离器U10第四引脚，反相器U9第六引脚接发光二极管D6负极，发光二极管D6正极通过电阻R24接3.3V直流电压；数字隔离器U10第二引脚、第八引脚接地，数字隔离器U10第一引脚接3.3V直流电压并通过电容C22接地，数字隔离器U10第十六引脚接5V直流电压并通过电容C23接COM，数字隔离器U10第十五引脚、第九引脚接COM，数字隔离器U10第十二引脚接485通信芯片U11第一引脚，数字隔离器U10第十四引脚分别接接485通信芯片U11第二引脚和第三引脚，数字隔离器U10第十三引脚接485通信芯片U11第四引脚；485通信芯片U11第五引脚接COM，485通信芯片U11第六引脚为输出端A1并通过电阻R23接5V直流电压，485通信芯片U11第七引脚为输出端B1并通过电阻R19接COM，485通信芯片U11第八引脚接5V直流电压并通过电容C24接COM，防雷二极管DT1、瞬态抑制二极管D5并联设置在输出端A1和输出端B1之间，输出端A1、输出端B1通过数据线连接电气控制系统。
进一步的，所述的灯光补偿模块包括三极管Q1，三极管Q1发射极分别接3.3V直流电压和电阻R12一端，电阻R12另一端分别接微控制器STM32F446第24引脚以及电阻R15一端，电阻R15另一端接三极管Q1基极，三极管Q1集电极分别接电阻R11一端、电阻R13一端，电阻R11另一端接发光二极管D1正极，电阻R13另一端接发光二极管D2正极，发光二极管D1负极、发光二极管D2负极均接地。
基于上述段落描述的工件模式识别装置，本发明还提出了一种应用于抛喷丸设备的工件模式识别方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤1：根据客户需求，定义标准工件的类型；
步骤2：根据目标工件的类型，选取标准工件的传送姿态；
步骤3：针对标准工件的每一种传送姿态，设定相应的目标拍摄方位；
步骤4：根据步骤1-步骤3的设定，拍摄每一个设定拍摄方位下标准工件的图像信息并上传至上位机；
步骤5：计算并获取每一个标准工件的模板图像矩阵；
步骤6：采集生产过程中目标工件的实时图像，并计算出该目标工件的待识别图像矩阵；
步骤7：计算出与目标工件待识别图像矩阵匹配率最高的标准工件模板图像矩阵，并提取该标准工件的信息；
步骤8：对提取的标准工件信息进行编码并上传至上位机；
步骤9：上位机解析编码，获取生产工件的实时信息。
进一步的，步骤5和步骤6中，计算模板图像矩阵和计算待识别图像矩阵的方法是相同的，具体过程为：
将采集到的图像使用直方图均衡化算法进行灰度化和图像增强，然后使用中滤波算法进行滤波，最后使用迭代最佳阈值法找到图像的阈值，进行二值化处理，将工件特征值提取出来，得到图像矩阵，最终的到的模板图像矩阵的公式为最终的到的待识别的图像矩阵的公式为/>其中，m为工件种类，i为工件状态，j为工件方位。
进一步的，所述的步骤7中，计算目标工件待识别图像矩阵与标准工件模板图像矩阵匹配率的具体过程为：将待识别图像与模板进行目标像素点的重合匹配，选取于模板匹配率最高的采集样本目标值，匹配系数为Q的公式为其中，m为工件种类，i为工件状态，j为工件方位。
进一步的，所述的步骤8中，对提取的标准工件信息进行编码的原理为：命令码采用三位：000～998，其中，个位表示工件方位，数值0～8分别代表一个方位；十位数表示工件姿态，数值0～9分别代表一种姿态情况；百位数表示工件类型，数值0～9分别代表一种工件类型。
本发明的有益效果是：
1、该装置成本很低，但对实现抛喷丸机的智能喷抛起着重要作用，且采用该电路实现工件识别模块识别速度快(不到100ms)，成本低；对于多种工件种类的识别，由于该电路采用的芯片性能高，可进行扩充增容，当样本达到上千时候，识别速度也不到200ms,性能指标完全满足要求。
2、电源模块有较强的耐压能力，较强的抗干扰能力，工业级产品，满足不同地区现场环境的需要，RT9193可输出摄像头需要的不同稳定电压，以确保图像的稳定性；摄像头模块OV7725是30万的像素640×480，SCCB接口，拍摄角度大，可捕获较大的抛喷工件图像，同时，因为STM32F446内部含有摄像头芯片的驱动硬件，与之接口可以节省成本，发挥更优质的性能；灯光补偿电路采用三极管放大驱动2个LED灯给摄像头补光，拍摄图像更清晰；光电检测电路利用一对红外发射管、接收管感知抛喷工件的拍摄位置，发射管采用三极管放大，接收管利用光耦来接受光导通的区域，以满足多种类工件的产生的挡光情况。
3、识别方法通过预先设置并计算出模板图像矩阵，对实时采集的图像信息进行准确地实时判定，同时利用编码传输，提高了响应速度，大大提升了抛喷工艺的自动化和智能化水平，降低了生产成本，提升了生产效率。
附图说明
图1是本发明装置整体结构原理框图；
图2是本发明装置供电模块的电路原理图；
图3是本发明装置控制模块的电路原理图；
图4是本发明装置摄像模块的电路原理图；
图5是本发明装置存储器模块的电路原理图；
图6是本发明装置光电检测电路的电路原理图；
图7是本发明装置电机控制模块的的电路原理图；
图8是本发明装置联络信号模块的的电路原理图；
图9是本发明装置RS485通信模块的的电路原理图；
图10是本发明装置灯光补偿模块的的电路原理图；
图11是本发明方法实施时整个抛喷工艺的设备连接关系图；
图12是本发明识别方法的流程图。
具体实施方式
如图1所示，应用于抛喷丸设备的工件模式识别装置，包括供电模块、控制模块、摄像模块、存储器模块、光电检测电路、电机控制模块、联络信号模块、RS485通信模块和灯光补偿模块，所述的供电模块包括24V直流电压输入端，并提供5V、3.3V、2.8V、1.8V四种直流电压输出端；所述的控制模块包括微控制器STM32F446及其外围电路；所述的摄像模块包括OV7725摄像头，OV7725摄像头通过DCMI总线和控制总线与微控制器STM32F446电连接；所述的存储器模块采用AT24C02存储芯片并与微控制器STM32F446电连接；所述光电检测电路的控制端与微控制器STM32F446电连接，光电检测电路的输出端与抛喷丸设备内的光电传感器连接；所述的电机控制模块包括驱动电路和微型电机，所述的驱动电路输入端与微控制器STM32F446电连接，驱动电路输出端连接微型电机，微型电机可以驱动传动机构实现运动；联络信号模块的输出端通过光电隔离芯片ADUM1311连接微控制器STM32F446，联络线号模块的输出端通过数据线连接抛丸机控制系统；RS485通信模块包括光电隔离电路和RS485电路，光电隔离电路输入端连接微控制器STM32F446，光电隔离电路输出端连接RS485电路输入端，RS485电路输出端过数据线连接抛丸机控制系统；所述的灯光补偿模块的控制端与LED灯连接。
上述的工件模式识别装置，其工作原理和功能主要为：供电模块为DC24V电压供电，该电源一般取自抛丸机控制系统配电柜中PLC的供电电源，该电源经DC-DC电源模块变成微控制器需要的电压，同时经过MC34063变成RS485通讯的模拟+5V电压。模块的工作状态由微控制器的一I/O接口通过光电隔离电路与抛丸机控制系统相连控制，工作时上位机给一个低电平信号。模块处于工作状态情况：当需要抛喷的工件通过运送机构经过红外发射接收区域后，光电检测电路信号发射电平改变引起STM32F446微控制器的外部中断；微控制器通过I/O口驱动小型直流电机打开摄像头的挡板，挡板的正中带有清理摄像头尘土茸毛，因为抛喷丸车间污染大，容易使镜头模糊；挡板打开时间有电机运行速度和限位开关限定，同时开启灯光，摄像头OV7725在控制总线命令下进行对抛喷工件定位拍摄，微控制器通过DCMI总线获取图像数据；将图像进行处理，与预先的标准模型进行比较，求得工件的型号。再通过光电隔离电路经RS485上传给抛丸机控制系统(PLC主控核心)。模块的编号等参数存储在AT24C02存储电路中。
为了更加准确地了解整个识别装置的电路原理，下面对于不同模块的电路结构进行详细说明。
如图2所示，供电模块包括电源芯片U7、电源芯片U3、稳压芯片U4、稳压芯片U5，其中，电源芯片U7型号为MC34063，电源芯片U3的型号为27D-24S03R3W，稳压芯片U4的型号为RT9193-28，稳压芯片U5的型号为RT9193-18。27D-2403R3W有较强的耐压能力，较强的抗干扰能力，工业级产品，满足不同地区现场环境的需要；RT9193是一款高纹波抑制比的低压差高PRSS的线性稳压器件，可输出摄像头需要的不同稳定电压，以确保图像的稳定性。
供电模块的电路连接关系为：
电源芯片U7的第一引脚、第七引脚、第八引脚连为一体并与电阻R10一端连接，电阻R10另一端分别连接电源芯片U7第六引脚、极性电容C19正极、二极管D3负极，极性电容C19负极接COM，二极管D3正极接24V直流电压；电源芯片U7第二引脚分别接电感L3一端、稳压二极管D4负极，电感L3另一端分别接电感L4一端、极性电容C18正极，电感L4另一端输出5V直流电压并与极性电容C17正极连接，稳压二极管D4正极、极性电容C17负极均接COM，电源芯片U7第五引脚分别接电阻R14一端、电阻R16一端，电阻R14另一端接极性电容C18正极，极性电容C18负极、电阻R16另一端均接COM，电源芯片U7第三引脚通过电容C20接COM，电源芯片U7第四引脚接COM。
电源芯片U3第二引脚分别接24V直流电压和极性电容C10正极，极性电容C10负极分别接电源芯片U3第一引脚和COM，电源芯片U3第六引脚输出3.3V直流电压并连接极性电容C9正极，极性电容C9负极、电源芯片U3第七引脚均接地。
稳压芯片U4第一引脚接3.3V直流电压，稳压芯片U4第三引脚分别接稳压芯片U4第一引脚、电容C15一端，电容C15另一端接地，稳压芯片U4第二引脚接地，稳压芯片U4第五引脚输出2.8V直流电压并连接极性电容C11正极，极性电容C11负极接地，稳压芯片U4第四引脚通过电容C16接地。
稳压芯片U5第一引脚分别接3.3V直流电压、稳压芯片U5第三引脚、电容C14一端，电容C14另一端、稳压芯片U5第二引脚均接地，稳压芯片U5第五引脚输出1.8V直流电压并连接极性电容C12正极，极性电容C12负极接地，稳压芯片U5第四引脚通过电容C13接地。
如图3所示，控制模块包括微控制器U1以及其外围电路，微控制器U采用STM32F446RC/E芯片，STM32F446系列产品是高度集成的节能产品，具有高性能和丰富的连接性，Flash为512KB。在180MHz频率下，从Flash执行时，STM32F446能够提供225DMIPS/608CoreMark性能，DSP指令和浮点运算单元扩大了产品的应用范围。芯片有4个USART、2个速度达11.25Mbit/s的UART、4个速度达45Mbit/s的SPI、3个具有新型可选数字滤波器功能的I2C、2个CAN、SDIO、HDMICEC以及摄像头接口、128KB SRAM内存空间，可与摄像头直接相连，可实现Flashh和SRAM结合使用，增大内存量，处理较大点阵图像，计算速度快。
控制模块外围电路连接结构为：
微控制器STM32F446第28引脚通过电阻R21接地；微控制器STM32F446第47、31、18、63、12引脚直接接地，微控制器STM32F446第5引脚通过电阻R7接晶振Y2第三引脚，微控制器STM32F446第60引脚通过电阻R22接地，微控制器STM32F446第7引脚通过电容C25接地，微控制器STM32F446第7引脚通过电阻R20接3.3V直流电压，微控制器STM32F446第30引脚通过电容C3接地，微控制器STM32F446第13引脚通过电感L2接3.3V直流电压，微控制器STM32F446第1、64、48、32、19引脚均接3.3V直流电压，晶振Y2第四引脚分别接3.3V直流电压和电容C7一端，电容C7另一端、晶振Y2第二引脚均接地。
如图4所示，所述的摄像模块采用OV7725摄像头U2，OV7725是30万的像素640×480，SCCB接口，拍摄角度大，可捕获较大的抛喷工件图像。因为STM32F446内部含有摄像头芯片的驱动硬件，与之接口可以节省成本，发挥更优质的性能。
摄像头U2的电路连接结构为：
摄像头U2的D0-D7端口分别连接微控制器STM32F446的PC12-PC5端口，摄像头U2第十七引脚接微控制器STM32F446第22引脚，摄像头U2第九引脚接微控制器STM32F446第20引脚，摄像头U2第七引脚接微控制器STM32F446第34引脚，摄像头U2第十三引脚接微控制器STM32F446第41引脚，摄像头U2第八引脚接微控制器STM32F446第21引脚，摄像头U2第五引脚接微控制器STM32F446第33引脚，摄像头U2第三引脚接微控制器STM32F446第55引脚，摄像头U2第六引脚接微控制器STM32F446第29引脚。
摄像头U2第五引脚通过电阻R3接2.8V直流电压，摄像头U2第三引脚通过电阻R4接2.8V直流电压，摄像头U2第十七引脚通过电阻R5接地，摄像头U2第十三引脚通过电阻R6接晶振Y1第三引脚，摄像头U2第六引脚通过电阻R1接2.8V直流电压，摄像头U2第六引脚通过电容C1接地，摄像头U2第八引脚通过电阻R2接地，摄像头U2第十引脚通过电容C2接地，摄像头U2第十五引脚、第二引脚均接地，摄像头U2第四引脚通过电感L1接2.8V直流电压，摄像头U2第四引脚通过电容C4接地，摄像头U2第十一引脚接2.8V直流电压，摄像头U2第十一引脚通过电容C5接地，晶振Y1第二引脚接地，晶振Y1第四引脚分别接3.3V直流电压和电容C6一端，电容C6另一端接地。
为了防止外界干扰，摄像模块与上位机之间可以设置电磁隔离芯片ADUM1311，实现摄像模块与上位机的电磁和安全隔离。
如图5所示，存储器模块中的存储器芯片U6采用AT24C02芯片，存储器用于存放参数或工件种类，也可以作为图形暂存空间。
存储器芯片U6的电路连接结构为：
存储器芯片U6第1、2、3、4、7引脚均接地，存储器芯片U6第一引脚通过电容C8接3.3V直流电压，存储器芯片U6第8引脚接3.3V直流电压，存储器芯片U6第6引脚通过点故障R8接3.3V直流电压，存储器芯片U6第5引脚通过点故障R9接3.3V直流电压，存储器芯片U6第6引脚连接微控制器STM32F446第58引脚，存储器芯片U6第5引脚连接微控制器STM32F446第10引脚。
如图6所示，所述的光电检测电路用一对红外发射管、红外接收管感知抛喷工件的拍摄位置。发射管采用三极管放大，接收管利用光耦TLP181来接受光导通的区域，以满足多种类工件的产生的挡光情况。
光电检测电路的电路连接关系为：
红外发射管的正极通过电阻R26接3.3V直流电压，红外发射管的负极接三极管Q3集电极，三极管Q3发射极接地，三极管Q3基极通过电阻R33接微控制器STM32F446第8引脚；红外接收管正极通过电阻R27分别接3.3V直流电压和电阻R30一端，电阻R30另一端为OUTPUT_2输出端并与光耦U13第六引脚连接，OUTPUT_2输出端与抛喷丸设备连接，红外接收管负极接光耦U13第一引脚，光耦U13第三引脚和第四引脚均接地。
如图7所示，电机控制模块包括驱动电路和微型电机Motor，微型电机Motor由于控制摄像头挡板机构，驱动电路的主芯片光耦U12采用TLP181芯片，实现光电隔离，同时，为防止微型直流电机启动电流较大损坏器件，三极管Q2采用较大功率的BC847进行驱动和过流保护。
整个电机控制模块的电路连接关系为：
光耦U12第一引脚通过电阻R28分别接3.3V直流电压和电阻R31一端，电阻R31另一端分别接微控制器STM32F446第8引脚以及电阻R32一端，电阻R32另一端接三极管Q4基极，三极管Q4发射极接地，三极管Q4集电极接光耦U12第三引脚，光耦U12第六引脚通过电阻R29分别接24V直流电压和电阻R25一端，电阻R25另一端接三极管Q2集电极，三极管Q2基极接光耦U12第四引脚，光耦U12发射极接微型电机Motor控制端。
如图8所示的联络信号模块，主芯片为型号为TLP181的光耦U8，光耦U8第一引脚通过电阻R18接3.3V直流电压，光耦U8第三引脚接微控制器STM32F446第11引脚，光耦U8第四引脚接地，光耦U8第六引脚为OUTPUT_1输出端并通过电阻R17连接3.3V直流电压，OUTPUT_1输出端通过数据线连接电气控制系统，实现联络信号交互。
如图9所示，RS485通信模块包括光电隔离电路和RS485电路，主体是反相器U9、数字隔离器U10和485通信芯片U11，其中，数字隔离器U10型号为ADUM1311，485通信芯片U11的型号为SP3485EN，反相器U9的型号为74HC14。此外，RS485电路采用防雷二极管DT1、瞬态抑制二极管D5进行防雷防电磁干扰。
RS485通信模块的电路连接关系为：
反相器U9第一引脚接微控制器STM32F446第59引脚，反相器U9第十三引脚接微控制器STM32F446第61引脚，反相器U9第四引脚接微控制器STM32F446第62引脚，反相器U9第五引脚连接反相器U9第二引脚，反相器U9第十四引脚分别接3.3V直流电压和电容C21一端，电容C21另一端接地，反相器U9第七引脚接地，反相器U9第十一引脚接反相器U9第十二引脚，反相器U9第三引脚接反相器U9第八引脚，反相器U9第九引脚接数字隔离器U10第五引脚，反相器U9第十引脚接数字隔离器U10第三引脚，反相器U9第六引脚接数字隔离器U10第四引脚，反相器U9第六引脚接发光二极管D6负极，发光二极管D6正极通过电阻R24接3.3V直流电压。
数字隔离器U10第二引脚、第八引脚接地，数字隔离器U10第一引脚接3.3V直流电压并通过电容C22接地，数字隔离器U10第十六引脚接5V直流电压并通过电容C23接COM，数字隔离器U10第十五引脚、第九引脚接COM，数字隔离器U10第十二引脚接485通信芯片U11第一引脚，数字隔离器U10第十四引脚分别接接485通信芯片U11第二引脚和第三引脚，数字隔离器U10第十三引脚接485通信芯片U11第四引脚。
485通信芯片U11第五引脚接COM，485通信芯片U11第六引脚为输出端A1并通过电阻R23接5V直流电压，485通信芯片U11第七引脚为输出端B1并通过电阻R19接COM，485通信芯片U11第八引脚接5V直流电压并通过电容C24接COM，防雷二极管DT1、瞬态抑制二极管D5并联设置在输出端A1和输出端B1之间，输出端A1、输出端B1通过数据线连接电气控制系统。
如图10所示，所述的灯光补偿模块电路采用三极管Q1放大驱动2个LED灯给摄像头补光，拍摄清楚的图像。
灯光补偿模块的电路连接关系为：
三极管Q1，三极管Q1发射极分别接3.3V直流电压和电阻R12一端，电阻R12另一端分别接微控制器STM32F446第24引脚以及电阻R15一端，电阻R15另一端接三极管Q1基极，三极管Q1集电极分别接电阻R11一端、电阻R13一端，电阻R11另一端接发光二极管D1正极，电阻R13另一端接发光二极管D2正极，发光二极管D1负极、发光二极管D2负极均接地。
将上述描述的工件模式识别装置应用于整个抛喷工艺后，实际实施的系统框图如图11所示，在图11所示的系统中，工作原理为：抛喷丸设备工作时候，通过控制系统联络信号给工件识别装置，工件识别装置通过光电检测电路获取工件时，进行拍摄，然后进行图像处理，等待上位机通过RS485数据调取命令。上位机获取工件的种类和方位后，进行抛喷角度和抛喷时间等参数调整，实现智能喷抛。
上述的工作原理中包含了一种应用于抛喷丸设备的工件模式识别方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤1：根据客户需求，定义标准工件的类型，对一般厂家来说，定义10个种类的工件就可以了，比如：齿轮、发动机缸体、缸盖、车架、桥架支座、刹车片、塔吊标准节、吊车臂、散热器机壳、电机外壳等。
步骤2：根据目标工件的类型，选取标准工件的传送姿态，不同的工件，其传送过程中可能存在的姿态数量也会不同，本申请最多设定10种姿态，即最多可拍摄10张图像；如果某一个工件的姿态就一种，则其他姿态的区域图像值为零，设定的图像区域是指能拍摄所有需处理工件的视觉范围内。
步骤3：针对标准工件的每一种传送姿态，设定相应的目标拍摄方位，一般情况下，每一种姿态都要设置北、东北、东、东南、南、西南、西、西北八个方位；如果工件姿态的方位就一种，则其他方位的区域图像值为零。
步骤4：根据步骤1-步骤3的设定，拍摄每一个设定拍摄方位下标准工件的图像信息并上传至上位机；拍摄的图像角度位置均与实际拍摄情况一样。
步骤5：计算并获取每一个标准工件的模板图像矩阵，具体过程为：将以上预先拍摄的图像通过RS485上传给上位机进行处理。将上面采集到的图像使用直方图均衡化算法进行灰度化和图像增强，使用中滤波算法进行滤波，最后使用迭代最佳阈值法找到图像的阈值，进行二值化处理，将工件特征值提取出来，这样就形成10个10×8个模板图像矩阵将该模板矩阵数据通过RS485传送给模块的程序存储器中。其中，m为工件种类，i为工件状态，j为工件方位。
步骤6：采集生产过程中目标工件的实时图像，并计算出该目标工件的待识别图像矩阵，具体过程为：在工件传送过程中，拍摄工件的实时图像，将拍摄的实时图像使用直方图均衡化算法进行灰度化和图像增强，使用中滤波算法进行滤波，最后使用迭代最佳阈值法找到图像的阈值，进行二值化处理，将工件特征值提取出来，这样就求得待识别的图像矩阵：其中，m为工件种类，i为工件状态，j为工件方位。
步骤7：计算出与目标工件待识别图像矩阵匹配率最高的标准工件模板图像矩阵，并提取该标准工件的信息，具体过程为：将待识别图像与模板进行目标像素点的重合匹配，选取于模板匹配率最高的采集样本目标值，匹配系数为Q的公式为其中，m为工件种类，i为工件状态，j为工件方位。
步骤8：对提取的标准工件信息进行编码并上传至上位机，编码的原理为：命令码采用三位：000～998，其中，个位表示工件方位，数值0～8分别代表一个方位；十位数表示工件姿态，数值0～9分别代表一种姿态情况；百位数表示工件类型，数值0～9分别代表一种工件类型。
步骤9：上位机解析编码，获取生产工件的实时信息。
步骤10：完成上述操作后，上位机根据的找到与之对应的种类、姿态和方位进行抛喷角度和时间等参数的调整，实现智能抛喷。
需要注意的是：
在有些智能化高抛丸设备，抛头通常有好几个，目前本公司的设备中有具有16个抛头的。抛头的喷射角度可人工调整或自动调整，调整的角度跟要处理的工件有关系。如果设备是自动调整则可根据识别工件的种类、姿态和方位进行自动整定；该整定的依据是预先计算机仿真或工艺要求结果。
抛丸时间也是根据工件不同而不同，如果是智能抛丸设备则可工件种类不同而实时设定抛丸时间，该抛丸时间依据也是根据预先计算机或工艺仿真结果。
如果需要增大样本量，可根据需求改变m、i、j值即可。当m、i、j数值增大后，三位的编码不能满足实际需求，可以实行6位编码，每两位编码代表m、i、j值中的一种。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明的具体结构，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管说明书及附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。
Claims (1)
1.一种应用于抛喷丸设备的工件模式识别方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
步骤1：根据客户需求，定义标准工件的类型；
步骤2：根据目标工件的类型，选取标准工件的传送姿态；
步骤3：针对标准工件的每一种传送姿态，设定相应的目标拍摄方位；
步骤4：根据步骤1-步骤3的设定，拍摄每一个设定拍摄方位下标准工件的图像信息并上传至上位机；
步骤5：计算并获取每一个标准工件的模板图像矩阵；
步骤6：采集生产过程中目标工件的实时图像，并计算出该目标工件的待识别图像矩阵；
步骤7：计算出与目标工件待识别图像矩阵匹配率最高的标准工件模板图像矩阵，并提取该标准工件的信息；
步骤8：对提取的标准工件信息进行编码并上传至上位机；
步骤9：上位机解析编码，获取生产工件的实时信息；
所述的步骤8中，对提取的标准工件信息进行编码的原理为：命令码采用三位：000～998，其中，个位表示工件方位，数值0～8分别代表一个方位；十位数表示工件姿态，数值0～9分别代表一种姿态情况；百位数表示工件类型，数值0～9分别代表一种工件类型；
设定10种姿态，即拍摄10张图像；如果某一个工件的姿态就一种，则其他姿态的区域图像值为零，设定的图像区域是指能拍摄所有需处理工件的视觉范围内；
每一种姿态都要设置北、东北、东、东南、南、西南、西、西北八个方位；如果工件姿态的方位就一种，则其他方位的区域图像值为零；
计算模板图像矩阵和计算待识别图像矩阵的方法是相同的，具体过程为：
将采集到的图像使用直方图均衡化算法进行灰度化和图像增强，然后使用中滤波算法进行滤波，最后使用迭代最佳阈值法找到图像的阈值，进行二值化处理，将工件特征值提取出来，得到图像矩阵，最终得到的模板图像矩阵的公式为最终得到的待识别的图像矩阵的公式为/>其中，m为工件种类，i为工件状态，j为工件方位；
所述的步骤7中，计算目标工件待识别图像矩阵与标准工件模板图像矩阵匹配率的具体过程为：将待识别图像与模板进行目标像素点的重合匹配，选取于模板匹配率最高的采集样本目标值，匹配系数为Q的公式为其中，m为工件种类，i为工件状态，j为工件方位。
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