CN107571098A - 全自动硅钢片测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动硅钢片测量装置，包括：倾斜式工作台、自动行走装置、视觉识别及跟踪装置、计算机控制系统，自动行走装置上设有光栅测量尺，计算机控制系统包括一台工业级图像处理计算机，以及初始化模块、信息采集模块、信息处理模块、视觉控制模块、信息显示模块。进行硅钢片自动测量的方法：利用初始化模块设定本次测量所需要的初始数据，点击启动按钮，区别是无孔测量模式还是有孔测量模式，自动测量硅钢片、画出测量工件的轮廓图、显示测量结果。本发明可根据有孔与无孔模式及硅钢片长度实现自动测量，并且可实现与硅钢片数据表自动对比，有误差时发出声光报警，提升测量效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能化全自动测量装置，尤其涉及一种与硅钢片剪切线配合使用的全自动硅钢片测量装置及其测量方法。
背景技术
目前，国内有两种测量硅钢片的方式：一、手工盒尺测量，盒尺精度1mm，无法满足硅钢片测量精度要达到0.1mm的要求。二、手工数显测量台，通过手工移动“观察眼或光学点显示器”从起始点移到另一处，会显示出相对参考点的X&Y两个方向的读数。测量值可以是数字或刻度，精度0.1mm。电脑记录所用拐点及圆心相对于初始参考点的坐标值，然后操作者将坐标值转化为相对尺寸值，与实际片型标注尺寸对照，验证准确性。
国外一般采用数显测量仪，结构类似国内的数显测量台，即手工移动观察镜或光学点来测量点，人工对照相对坐标值与片型尺寸值相比较，精度可保证0.1mm，但工作效率较低。
发明内容
基于当前硅钢片测量操作繁琐、测量精度低、工作效率低且受人为因素影响较大的问题，本发明提供一种智能化全自动硅钢片测量装置及其测量方法，仅需操作者将硅钢片放到工作台的指定测量区域内，点击计算机控制系统中的启动按钮即可完成自动测量。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
全自动硅钢片测量装置，包括：倾斜式工作台、自动行走装置、视觉识别及跟踪装置、计算机控制系统；
所述的自动行走装置固定安装在倾斜式工作台一长度侧，所述的视觉识别及跟踪装置固定安装在自动行走装置上，所述的计算机控制系统固定安装在倾斜式工作台的侧面，并与自动行走装置、视觉识别及跟踪装置电连接；所述的自动行走装置上设有光栅测量尺；
所述的计算机控制系统包括一台工业级图像处理计算机，以及初始化模块、信息采集模块、信息处理模块、视觉控制模块、信息显示模块；工业级图像处理计算机用于处理视觉识别及跟踪装置所采集的图像数据，并将处理后的数据传输给信息采集模块；信息处理模块用于判断起始点、结束点及运行步长，并发送控制信号给视觉控制模块，由视觉控制模块控制自动行走装置的运行，信息处理模块还用于融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置所测得的数据、获取特征点的位置，画出硅钢片的轮廓图并标示出相关尺寸；信息显示模块用于显示EXCEL表格及简图，同时将测量数据与硅钢片剪切线的原始数据自动对应，两者公差超标时声光报警，并在EXCEL中将数值显示为红色。
使用全自动硅钢片测量装置时，将硅钢片放于倾斜式工作台上，点击计算机控制系统中的启动按钮，自动行走装置沿工作台的长度方向移动，自动行走装置上设有光栅测量尺，自动行走装置移动过程中，当视觉识别及跟踪装置拍摄到硅钢片各特征点时，光栅测量尺记录特征点位置并将位置信息传递到计算机控制系统。计算机控制系统根据视觉识别及跟踪装置获取的照片及光栅测量尺位置信息，通过霍夫算法计算出硅钢片尺寸，并将测得的数据与计算机控制系统中预先设定的值进行对比。
优选地，所述的自动行走装置包括伺服电机齿轮条传动机构、直线导轨及附件，直线导轨及附件固定安装于倾斜式工作台一长度侧。自动行走装置承载Y轴方向视觉识别及跟踪装置，沿X轴方向的直线导轨自动行走，行走速度控制在0.4米/秒范围内，以便精确传输采集的图像。自动行走装置配合使用其上面设置的光栅测量尺，在移动过程中进行硅钢片尺寸的自动测量。
优选地，所述的视觉识别及跟踪装置包括至少两组图像拍摄组件，最好是五组图像拍摄组件，所述的图像拍摄组件包括相机、高像素镜头、照明灯。因为相机自带镜头像素较低，为实现高精度测量特配备了高像素镜头。视觉识别及跟踪装置安装在自动行走装置上，在Y轴方向无位移，沿X轴方向移动，进行数据和图像采集。
优选地，所述的倾斜式工作台是自动行走装置、视觉识别及跟踪系统、计算机控制系统的刚性支架，倾斜式设计可利用硅钢片的自重进行定位、并便于观察及复测尺寸。工作台采用不锈钢材质的台面，因工作台表面不能进行喷漆，故采用不锈钢材质。在工作台的起始端设有L型定位块，方便操作者放置硅钢片时作为参照，L型定位块可实现所有硅钢片片型的定位。倾斜式工作台测量的长度及宽度是根据硅钢片产品的尺寸设定的，测量的长度范围为0-6000mm，宽度范围为0-1000mm。
优选地，视觉控制模块采用PLC指可编程逻辑控制器。
一种应用上述的全自动硅钢片测量装置进行硅钢片自动测量的方法，包括以下步骤：
步骤1、利用初始化模块设定本次测量所需要的初始数据，包括最大宽度、最大长度、测量精度、扫描步长、测量时间；
步骤2、点击启动按钮，判断本次测量是无孔测量模式还是有孔测量模式，若是无孔测量模式则转步骤3，若是有孔测量模式则转步骤4；
步骤3、无孔测量模式下硅钢片的自动测量；
3.1、通过视觉识别及跟踪装置寻找初始点位置(x0，y0)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置从工作台的最左端按照设定的扫描步长逐步扫描；
3.2、硅钢片片型为梯形等各种结构，存在转折点，通过视觉识别及跟踪装置寻找转折点位置(xi，yi)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置按照设定的扫描步长逐步扫描；
3.3、通过视觉识别及跟踪装置寻找末端位置(xe，ye)，自动判断扫描结束时刻，声光报警提示测量结束；
3.4、通过信息处理模块融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置所测得的数据，获取特征点的位置(X，Y)；
3.5、根据获取的特征点的位置数据，画出测量工件的轮廓图，并标示出相关尺寸；
3.6、通过信息显示模块输出与硅钢片裁剪表相同格式的表格及图形，并自动与其对照，如有差异自动报警，并用红色框显示差异处；
步骤4、有孔测量模式下硅钢片的自动测量；
4.1、通过视觉识别及跟踪装置寻找初始点位置(x0，y0)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置从工作台的最左端按照设定的扫描步长逐步扫描；
4.2、通过视觉识别及跟踪装置寻找转折点位置(xi，yi)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置按照设定的扫描步长逐步扫描；
4.3、通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置，在扫描过程中识别出圆孔的直径ri，圆心位置(xci，yci)；
4.4、通过视觉识别及跟踪装置寻找末端位置(xe，ye)，自动判断扫描结束时刻，声光报警提示测量结束；
4.5、通过信息处理模块融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置所测得的数据，获取特征点的位置(X，Y)；
4.6、根据获取的特征点的位置数据和圆心位置数据，画出测量工件的轮廓图，并标示出相关尺寸；
4.7、通过信息显示模块输出与硅钢片裁剪表相同格式的表格及图形，并自动与其对照，如有差异自动报警，并用红色框显示差异处。
优选地，步骤3.4、步骤4.5所述的获取特征点的位置(X，Y)的方法是：计算机控制系统中的信息处理模块对视觉识别及跟踪装置所采集的硅钢片图像进行平滑去噪、图像增强处理，利用霍夫算法从硅钢片图像中提取硅钢片的特征信息，识别硅钢片并根据光栅测量尺的数据计算硅钢片的位置偏移量，得到特征点的位置(X，Y)。
本发明的有益效果：
1)可根据有孔与无孔模式及硅钢片长度，实现自动测量，并且可实现与硅钢片数据表自动对比，有误差时发出声光报警。
2)测量精度±0.1mm；起始端剪切斜边与x或y轴夹角精度±0.5°；片长6000mm的片型测量控制在2分钟内，测量效率提升200％。
附图说明
图1为全自动硅钢片测量装置整体示意图；
图2为全自动硅钢片测量装置侧视图；
图3为全自动硅钢片测量装置俯视图；
图4为自动行走机构的结构图；
图5为视觉识别与跟踪装置的结构图。
其中，1为倾斜式工作台，2为自动行走装置，3为视觉识别与跟踪装置，4为计算机控制系统，5为显示屏，6为图像拍摄组件，7为伺服电机齿轮条传动机构，8为直线导轨及附件，9为被测硅钢片。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。
如图1所示，是全自动硅钢片测量装置的整体示意图；如图2所示，是全自动硅钢片测量装置的侧视图；如图3所示，是全自动硅钢片测量装置的俯视图。全自动硅钢片测量装置包括倾斜式工作台1、自动行走装置2、视觉识别及跟踪装置3、计算机控制系统4；
所述的自动行走装置2固定安装在倾斜式工作台1一长度侧，所述的视觉识别及跟踪装置3固定安装在自动行走装置2上面，所述的计算机控制系统4固定安装在倾斜式工作台1的侧面，并与自动行走装置2、视觉识别及跟踪装置3电连接；所述的自动行走装置2上设有光栅测量尺，光栅测量尺为一反应装置，它可以将位移量和位移方向通过信号输出的方式反馈出来，但它不能直接显示出来，增加相机后，两者配合使用可以将数值反馈给计算机控制系统；
所述的计算机控制系统4包括一台工业级图像处理计算机，以及初始化模块、信息采集模块、信息处理模块、视觉控制模块、信息显示模块；所述的工业级图像处理计算机用于处理视觉识别及跟踪装置3所采集的图像数据，并将处理后的数据传输给信息采集模块；信息处理模块用于判断起始点、结束点及运行步长，并发送控制信号给视觉控制模块，由视觉控制模块控制自动行走装置2的运行；信息处理模块还用于融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置3所测得的数据、获取特征点的位置，画出测量工件的轮廓图并标示出相关尺寸；信息显示模块用于显示EXCEL表格及简图，同时将测量数据与硅钢片剪切线的原始数据自动对应，两者公差超标时声光报警，并在EXCEL中将数值显示为红色。
优选地，所述的自动行走装置2包括伺服电机齿轮条传动机构7、直线导轨及附件8，直线导轨及附件8固定安装于倾斜式工作台一长度侧。
优选地，所述的自动行走装置2的行走速度控制在0.4米/秒范围内。
优选地，所述的视觉识别及跟踪装置3包括至少两组图像拍摄组件6，最好是五组图像拍摄组件6，所述的图像拍摄组件6包括相机、高像素镜头、照明灯。视觉识别及跟踪装置3上的图像拍摄组件6拍摄过程中，不间断地向计算机控制系统4传输拍摄的图形，计算机控制系统4进行图像识别。
优选地，所述的倾斜式工作台1采用不锈钢的台面工作台，在工作台的起始端设有L型定位块，被测硅钢片9通过L型定位块进行精准定位。
优选地，视觉控制模块采用PLC指可编程逻辑控制器。
一种应用上述的全自动硅钢片测量装置进行硅钢片自动测量的方法，包括以下步骤：
步骤1、利用初始化模块设定本次测量所需要的初始数据，包括最大宽度、最大长度、测量精度、扫描步长、测量时间；
最大宽度为1000mm，最大长度为6000mm，距离精度±0.1mm，起始端剪切斜边与x或y轴夹角精度±0.1°，无孔模式下扫描步长100mm/秒，有孔模式下扫描步长150mm/秒，每步测量时间小于等于3秒；
步骤2、点击启动按钮，判断本次测量是无孔测量模式还是有孔测量模式，若是无孔测量模式则转步骤3，若是有孔测量模式测转步骤4；
步骤3、无孔测量模式下硅钢片的自动测量；
3.1通过视觉识别及跟踪装置寻找初始点位置(x0，y0)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置从工作台的最左端按照设定的扫描步长逐步扫描；
3.2通过视觉识别及跟踪装置寻找转折点位置(xi，yi)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置按照设定的扫描步长逐步扫描；
3.3通过视觉识别及跟踪装置寻找末端位置(xe，ye)，自动判断扫描结束时刻，声光报警提示测量结束；
3.4通过信息处理模块融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置所测得的数据，得到特征点的位置(X，Y)；
3.5根据获取的特征点的数据，画出测量工件的轮廓图，并标示出相关尺寸；
3.6通过信息显示模块输出与硅钢片裁剪表相同格式的表格及图形，并自动与其对照，如有差异自动报警，并用红色框显示差异处；如果与x方向上有倾斜，可以通过程序进行自动校正。
步骤4、有孔测量模式下硅钢片的自动测量；
4.1通过视觉识别及跟踪装置寻找初始点位置(x0，y0)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置从工作台的最左端按照设定的扫描步长逐步扫描；
4.2通过视觉识别及跟踪装置寻找转折点位置(xi，yi)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置按照设定的扫描步长逐步扫描；
4.3通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置，在扫描过程中识别出圆孔的直径ri，圆心位置(xci，yci)；
4.4通过视觉识别及跟踪装置寻找末端位置(xe，ye)，自动判断扫描结束时刻，声光报警提示测量结束；
4.5通过信息处理模块融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置所测得的数据，得到特征点的位置(X，Y)；
4.6根据获取的特征点的位置数据和圆心位置数据，画出测量工件的轮廓图，并标示出相关尺寸；
4.7通过信息显示模块输出与硅钢片裁剪表相同格式的表格及图形，并自动与其对照，如有差异自动报警，并用红色框显示差异处。
本发明的计算机控制系统预留扩展编辑功能，如硅钢片有新增形状，可增加片型，更新部分控制程序。
Claims (10)
1.全自动硅钢片测量装置，其特征在于，包括：倾斜式工作台(1)、自动行走装置(2)、视觉识别及跟踪装置(3)、计算机控制系统(4)；
所述的自动行走装置(2)固定安装在倾斜式工作台(1)一长度侧，所述的视觉识别及跟踪装置(3)固定安装在自动行走装置(2)上，所述的计算机控制系统(4)固定安装在倾斜式工作台(1)的侧面，并与自动行走装置(2)、视觉识别及跟踪装置(3)电连接；所述的自动行走装置(2)上设有光栅测量尺；
所述的计算机控制系统(4)包括一台工业级图像处理计算机，以及初始化模块、信息采集模块、信息处理模块、视觉控制模块、信息显示模块；所述的工业级图像处理计算机用于处理视觉识别及跟踪装置(3)所采集的图像数据，并将处理后的数据传输给信息采集模块；信息处理模块用于判断起始点、结束点及运行步长，并发送控制信号给视觉控制模块，由视觉控制模块控制自动行走装置(2)的运行；信息处理模块还用于融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置(3)所测得的数据、获取特征点的位置，画出硅钢片的轮廓图并标示出相关尺寸；信息显示模块用于显示EXCEL表格及简图，同时将测量数据与硅钢片剪切线的原始数据自动对应，两者公差超标时声光报警，并在EXCEL中将数值显示为红色。
2.根据权利要求1所述的全自动硅钢片测量装置，其特征在于，所述的自动行走装置(2)包括伺服电机齿轮条传动机构(7)、直线导轨及附件(8)，直线导轨及附件(8)固定安装于倾斜式工作台一长度侧。
3.根据权利要求2所述的全自动硅钢片测量装置，其特征在于，所述的自动行走装置(2)的行走速度控制在0.4米/秒内。
4.根据权利要求1所述的全自动硅钢片测量装置，其特征在于，所述的视觉识别及跟踪装置(3)包括至少两组图像拍摄组件(6)。
5.根据权利要求4所述的全自动硅钢片测量装置，其特征在于，所述的视觉识别及跟踪装置(3)包括五组图像拍摄组件(6)。
6.根据权利要求4所述的全自动硅钢片测量装置，其特征在于，所述的图像拍摄组件(6)包括相机、高像素镜头、照明灯。
7.根据权利要求1所述的全自动硅钢片测量装置，其特征在于，所述的倾斜式工作台(1)采用不锈钢台面，在工作台的起始端设有L型定位块。
8.根据权利要求1所述的全自动硅钢片测量装置，其特征在于，所述的视觉控制模块采用PLC可编程逻辑控制器。
9.应用权利要求1－8任一项所述的全自动硅钢片测量装置进行硅钢片自动测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用初始化模块设定本次测量所需要的初始数据，包括最大宽度、最大长度、测量精度、扫描步长、测量时间；
步骤2、点击启动按钮，判断本次测量是无孔测量模式还是有孔测量模式，若是无孔测量模式则转步骤3，若是有孔测量模式则转步骤4；
步骤3、无孔测量模式下硅钢片的自动测量；
3.1、通过视觉识别及跟踪装置寻找初始点位置(x0，y0)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置从工作台的最左端按照设定的扫描步长逐步扫描；
3.2、通过视觉识别及跟踪装置寻找转折点位置(xi，yi)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置按照设定的扫描步长逐步扫描；
3.3、通过视觉识别及跟踪装置寻找末端位置(xe，ye)，自动判断扫描结束时刻，声光报警提示测量结束；
3.4、通过信息处理模块融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置所测得的数据，获取特征点的位置(X，Y)；
3.5、根据获取的特征点的位置数据，画出测量工件的轮廓图，并标示出相关尺寸；
3.6、通过信息显示模块输出与硅钢片裁剪表相同格式的表格及图形，并自动与其对照，如有差异自动报警，并用红色框显示差异处；
步骤4、有孔测量模式下硅钢片的自动测量；
4.1、通过视觉识别及跟踪装置寻找初始点位置(x0，y0)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置从工作台的最左端按照设定的扫描步长逐步扫描；
4.2、通过视觉识别及跟踪装置寻找转折点位置(xi，yi)，通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置按照设定的扫描步长逐步扫描；
4.3、通过视觉控制模块、自动行走装置和视觉识别及跟踪装置，在扫描过程中识别出圆孔的直径ri，圆心位置(xci，yci)；
4.4、通过视觉识别及跟踪装置寻找末端位置(xe，ye)，自动判断扫描结束时刻，声光报警提示测量结束；
4.5、通过信息处理模块融合光栅测量尺和视觉识别及跟踪装置所测得的数据，获取特征点的位置(X，Y)；
4.6、根据获取的特征点的位置数据和圆心位置数据，画出测量工件的轮廓图，并标示出相关尺寸；
4.7、通过信息显示模块输出与硅钢片裁剪表相同格式的表格及图形，并自动与其对照，如有差异自动报警，并用红色框显示差异处。
10.根据权利要求9所述的应用全自动硅钢片测量装置进行硅钢片自动测量的方法，其特征在于，步骤3.4、步骤4.5所述的获取特征点的位置(X，Y)的方法是：计算机控制系统中的信息处理模块对视觉识别及跟踪装置所采集的硅钢片图像进行平滑去噪、图像增强处理，利用霍夫算法从硅钢片图像中提取硅钢片的特征信息，识别硅钢片并根据光栅测量尺的数据计算硅钢片的位置偏移量，得到特征点的位置(X，Y)。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yan Feidong Inventor after: Tan Li Inventor after: Han Zhiwei Inventor after: Jian Kai Xi Inventor after: Guo Xingjun Inventor after: Zhang Jingtong Inventor before: Han Zhiwei Inventor before: Tan Li Inventor before: Yan Feidong Inventor before: Jian Kai Xi Inventor before: Guo Xingjun Inventor before: Zhang Jingtong |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230724 Address after: Shandong Electric and Electrical Industrial Park, Suncun Development Zone, Jinan City, Shandong Province, 250022 Patentee after: SHANDONG POWER TRANSMISSION AND TRANSFORMATION EQUIPMENT Co.,Ltd. Patentee after: Shandong Future Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: Shandong Electric and Electrical Industrial Park, Suncun Development Zone, Jinan City, Shandong Province, 250022 Patentee before: SHANDONG POWER TRANSMISSION AND TRANSFORMATION EQUIPMENT Co.,Ltd. |