CN107607537A - 一种雪糕棒质量在线视觉检测系统 - Google Patents

Abstract

雪糕棒质量缺陷包括几何尺寸偏差和表面色差两大类，目前的质量检测手段是人工目测，检测结果难以得到保障；针对这一现状发明了一种雪糕棒质量在线视觉检测系统，由雪糕棒传送系统、光源、镜头、摄像机、计算机即图像处理单元、分选系统组成，由4台摄像机分别实现雪糕棒正、反面成像、两端侧面成像；采用基本计数原理解决了多点检测结果融合，检测结果到分选点的数据记忆，利用多线程技术解决了多台摄像机同步、提高系统运行速度等问题；现场测试表明，该系统能够提供符合质量检测要求的雪糕棒图像，并根据质量检测结果精确控制分选系统准确分级雪糕棒，雪糕棒检测速度达到每秒钟15支。

Description

一种雪糕棒质量在线视觉检测系统

所属技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种雪糕棒质量在线视觉检测系统。

背景技术

雪糕棒（又称雪条棒）是以桦木等为原料，经过造材、剥皮、旋切、冲切、烘干、分选、等生产工艺而成。雪糕棒在加工过程中可能会出现几何尺寸的偏差，也会由于雪糕棒原材料原因导致加工出的雪糕棒表面存在大小不一、形态各异的区域色差。世界各国对于雪糕棒产品在几何尺寸偏差、表面色差方面有着不同的质量要求，根据文献检索，目前没有雪糕棒质量在线视觉检测系统的报道，雪糕棒生产企业主要依据目测对其进行质量检测，其质量难以得到保障。

多线程（Multithreading），是指从软件或者硬件上实现多个线程并发执行的技术。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程，进而提升整体处理性能。具有这种能力的系统包括对称多处理机、多核心处理器以及芯片级多处理（Chip-level multithreading）或同时多线程（Simultaneous multithreading）处理器。在一个程序中，这些独立运行的程序片段叫作“线程”（Thread），利用它编程的概念就叫作“多线程处理（Multithreading）”。具有多线程能力的计算机因有硬件支持而能够在同一时间执行多于一个线程（中国台湾译作“执行绪”），进而提升整体处理性能。

发明内容

本发明的目的是针对雪糕棒质量缺陷包括几何尺寸偏差和表面色差两大类，目前的质量检测手段是人工目测，检测结果难以得到保障的问题，设计了一种雪糕棒质量在线视觉检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

雪糕棒质量在线视觉检测系统由雪糕棒传送系统、雪糕棒成像系统、雪糕棒质量图像检测单元、雪糕棒质量分选系统等构成。

所述的传送系统是电机带动链条传送带在一定速度下依次将雪糕棒传送到摄像机下，便于雪糕棒逐一成像，主要由电机和变频器构成。

所述的图像采集模块负责将雪糕棒的正反面和两端侧面成像，图像采集模块1采集雪糕棒正面和左右侧面图像，图像模块2采集雪糕棒反面图像，一台工控机控制4台相机采集，图像由USB传输到PCIE总线上，由表面检测光源、弓弯检测光源、接近开关、镜头、摄像机构成。

所述的4台摄像机分别实现雪糕棒正、反面成像、两端侧面成像。

所述的质量图像检测单元负责对成像的雪糕棒进行缺陷检测和质量分级，由一台计算机和编写的软件组成。

所述的分选系统会根据质量检测与分级结果实现雪糕棒的准确分选，即将分级的雪糕棒传送到相应的接收箱内，由气泵、喷漆口、电磁阀及驱动电路、接收通道和接收箱构成。

所述的弓弯检测光源选择红光激光，颜色明显易检。

所述的表面检测光源的作用是使雪糕棒表面整体变亮，表面缺陷更加明显，选择线性白光光源。

所述的系统的两个成像位置数据的融合采用计数融合法。

所述的系统的多级分选方法选用减计数归零法，即当某个减计数器减为零时产生某个响应事件，为不同等级的雪糕棒设置满度值不同的计数器。

所述的系统的应用程序划分为6个线程；4个数据采集处理线程：分别负责控制4个相机采集雪糕棒正反面和左右侧面图像，综合信息得出每个面的分级结果并存入寄存器中；数据显示线程（负责从数据缓冲池中读取数据，显示雪糕棒的等级缺陷信息）；主线程（负责响应所有人机交互功能）。

本发明的有益效果是：

雪糕棒质量在线视觉检测系统能够提供符合质量检测要求的雪糕棒图像，并根据质量检测结果精确控制分选系统准确分级雪糕棒，雪糕棒检测速度达到每秒钟15支。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是雪糕棒质量检测整机系统结构图。

图2是雪糕棒质量在线视觉检测系统模型图。

图3是光源、相机、雪糕棒位置示意图。

图4是计数融合示意图。

图5是融合位置与各喷器口位置关系。

图6是计数器满刻度值与距离关系。

图7是实时采集、处理、显示多线程结构。

其中，1-储槽，2-扫棒装置，3-传送带，4-雪糕棒，5-相机，6-弓弯光源，7-表面光源，8-分选槽，9-翻转板，10-CCD相机，11-线性光源，12-激光光源，13-翻转，14-喷器口。

具体实施方式

如图1所示， 雪糕棒4质量在线视觉检测系统由雪糕棒4传送系统、雪糕棒4成像系统、雪糕棒4质量图像检测单元、雪糕棒4质量分选系统等构成。传送系统是电机带动链条传送带3在一定速度下依次将雪糕棒4传送到摄像机下，便于雪糕棒4逐一成像，主要由电机和变频器构成。图像采集模块负责将雪糕棒4的正反面和两端侧面成像，图像采集模块1采集雪糕棒4正面和左右侧面图像，图像模块2采集雪糕棒4反面图像，一台工控机控制4台相机5采集，图像由UＳB传输到PCIE总线上，由表面检测光源、弓弯检测光源、接近开关、镜头、摄像机构成。4台摄像机分别实现雪糕棒4正、反面成像、两端侧面成像。质量图像检测单元负责对成像的雪糕棒4进行缺陷检测和质量分级，由一台计算机和编写的软件组成。分选系统会根据质量检测与分级结果实现雪糕棒4的准确分选，即将分级的雪糕棒4传送到相应的接收箱内，由气泵、喷漆口、电磁阀及驱动电路、接收通道和接收箱构成。

如图2所示， 电机转动带动链条传送带3以一定速度将雪糕棒4送至成像位置。机器接通电源后，传送带3首先将待检雪糕棒4传送到第一个成像位置，接近开关感应到雪糕棒4的到来，启动成像系统的3个摄像机分别拍摄雪糕棒4正面和两端侧面图像并传送到计算机中，在计算机内通过编写的软件实现雪糕棒4缺陷的检测与分级；之后雪糕棒4继续传送经过翻转13机构翻转13，再通过传送带3传送到第二个成像位置，成像系统的摄像机拍摄雪糕棒4反面图像并传送到计算机中，在计算机内通过编写的软件实现雪糕棒4缺陷的检测与分级，将两次雪糕棒4分级结果进行数据融合，获得雪糕棒4的最终分级结果，通过驱动电路控制喷气口电磁阀的开闭状态，将分级的雪糕棒4吹入相应的接收箱内，达到雪糕棒4分级的目的，分级包括从优级到不合格共5个等级。雪糕棒4质量在线检测机器主要由以下部分组成。①储槽1：存放待测雪糕棒4，与链条相连。②扫棒装置2：清除链条上多余雪糕棒4，使链条每一节只有一根待测雪糕棒4。③链条：带动雪糕棒4运动，使雪糕棒4逐一传送。④分选槽8：存储检测完的雪糕棒4。

如图3所示，雪糕棒4前后侧面缺陷主要是‘弓弯’缺陷，利用相机5成像检测‘弓弯’缺陷时，由于链条传送带3机械结构的限制，相机5放置位置非常困难，且成本太高，因此利用一种间接测量法－激光三角法，将一个线性激光束投射到被测雪糕棒4表面，在雪糕棒4表面形成1投射亮线，从与投射方向不同的另一个方向观察该线，受到物体高度的调制，该亮线发生形变，通过对表面亮线偏移的计算可以得到雪糕棒4高度的数据，即将雪糕棒4弯曲度的变化反映到表面激光线的变化。表面检测光源的作用是使雪糕棒4表面整体变亮，表面缺陷更加明显。由于雪糕棒4的宽度较窄，表面检测光源选择线性白光光源。大部分光源存在着中间亮，两边暗的缺点，因此线性白光光源的长度应是雪糕棒4长度的两倍，尽可能的使雪糕棒4两端与中间表面光照更加均匀；且光强距照射物的距离越远，光强下降越明显，因此光源应尽量靠近雪糕棒4放置。为了使线性白光光源尽量与雪糕棒4接近，同时不能出现在摄像机视野内，光源应沿着BCD平面放置。雪糕棒4中心线到平面BCD的最小距离，即为光源的最佳照射位置，光源照射角度为∠BAC。

如图4所示，由于机器运动速度是可调的，每个图片的处理时间是不固定的，因此由上位机确定发送融合和分级信号的时间是不可靠的。为了保证每一根雪糕棒4经过每个相机5时只拍摄1张图片，且同一根雪糕棒4的4张图片能够精确对应；分级控制不受图片处理时间和传送带3速度的影响， 本文提出一种计数融合方法。计数融合法的基本原理是用雪糕棒4的个数来表示两点之间的距离，两个成像点的距离为H，两根雪糕棒4的中心距离固定为h，那么可以计算出两个成像点间隔的雪糕棒4个数。即式N=H/h；式中，H为两个成像点之间的距离，h为两根雪糕棒4中心距离，H为雪糕棒4个数。4个相机5处理结果的融合分为一级融合和二级融合，一级融合实现第一个成像位置的3个相机5信息融合，二级融合实现第一个位置与第二个位置信息的融合。使用光电传感器作为基本计数器，每经过一根雪糕棒4（传送带3运动h距离），光电传感器产生一个脉冲信号，控制相机5拍摄一张图片，计数器加1。每一支雪糕棒4经过第1个成像位置时，3个相机5同时成像，由缺陷检测软件检测3个面的缺陷等级，取最差等级信息按顺序保存到一级融合寄存器中。由公式可知，在第一个成像位置出现的雪糕棒4经过N个脉冲后，传送带3运动H＝h×N距离，该雪糕棒4恰好到达第二个成像位置。从一级融合寄存器中取到该雪糕棒4的一级融合信息与第二个成像位置当前雪糕棒4等级信息进行二次融合得到最终等级，将最终等级依次放入二级融合寄存器中，完成两个成像位置的4组信息的精确对应。

如图5、6所示，在第二个成像位置完成雪糕棒4的最终融合之后，不同等级的雪糕棒4要依据其等级送到相应的分级出口。由于第二个成像位置和不同等级分级出口的距离是不同的，即所计的雪糕棒4个数是不同的，利用减计数归零法，即当某个减计数器减为零时产生某个响应事件，为不同等级的雪糕棒4设置满度值不同的计数器。根据公式， 计算出每个等级的计数器满度值，U 级出口距第二个成像位置的距离为U，则U 级雪糕棒4对应计数器的满度值设置为每过一支雪糕棒4，计数器减1，当计数器减至零时，该雪糕棒4运动的距离为U，雪糕棒4恰好到达U 级出口的位置，响应电磁阀执行喷气动作。B级、C级、D级依据同样的原理完成多级的准确分选。

如图7所示，在一台计算机上同一时间要采集4个相机5的数据并进行运算有两种方法，一种是建立多个进程，另一种是在一个进程中开辟多个线程。多CPU系统中，使用多进程和多线程都能提高CPU利用率，根据需要，整个应用程序划分为6个线程；4个数据采集处理线程：分别负责控制4个相机5采集雪糕棒4正反面和左右侧面图像，综合信息得出每个面的分级结果并存入寄存器中；数据显示线程：负责从数据缓冲池中读取数据，显示雪糕棒4的等级缺陷信息；主线程：负责响应所有人机交互功能。在Windows操作系统中有多种创建线程的方法，通过参考、对比资料选用Win32API动态链接库方式创建多线程，该方法简单有效，性能稳定。考虑到每一次采集都需要4个相机5之间进行数据的传递和融合，线程间通信比较频繁，因此采用多线程方法开销小，线程通信方便，有利于提高系统的并行性。子线程创建成功后，需要4个线程间数据融合，因此线程间需要通信，主要采用了全局变量和Message消息响应两种通信方式。线程之间是并行运行的，因此需要对线程加以同步控制，同步控制的目的是确保每个采集处理线程在处理完成得出等级结果后才能进行数据融合，防止某个线程未处理完成，融合线程已经开始进行数据融合并且在数据融合时寄存器中的数据不能被下一个到来的存储信息改动。分别在每个采集处理线程中加入1个信号量， 用于融合线程判断是否达到融合的条件。当融合线程进行数据融合时，寄存器处于保护状态，其他线程不能对其进行修改。当融合完成之后信号量被释放，之前阻塞的线程才能对寄存器进行读写。采用信号量和同步控制的方法有效保证了线程间通信和数据融合的准确性。将数据融合放在某个子线程中而不是放在主线程中可以减少信号量的使用，减少子线程和主线程之间数据的传递，简化程序，提高程序的可靠性。

Claims (10)

1.一种雪糕棒质量在线视觉检测系统，由雪糕棒传送系统、雪糕棒成像系统、雪糕棒质量图像检测单元、雪糕棒质量分选系统等构成。

2.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的传送系统是电机带动链条传送带在一定速度下依次将雪糕棒传送到摄像机下，便于雪糕棒逐一成像，主要由电机和变频器构成。

3.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的图像采集模块负责将雪糕棒的正反面和两端侧面成像，图像采集模块1采集雪糕棒正面和左右侧面图像，图像模块2采集雪糕棒反面图像，一台工控机控制4台相机采集，图像由USB传输到PCIE总线上，由表面检测光源、弓弯检测光源、接近开关、镜头、摄像机构成。

4.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的4台摄像机分别实现雪糕棒正、反面成像、两端侧面成像。

5.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的质量图像检测单元负责对成像的雪糕棒进行缺陷检测和质量分级，由一台计算机和编写的软件组成。

6.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的分选系统会根据质量检测与分级结果实现雪糕棒的准确分选，即将分级的雪糕棒传送到相应的接收箱内，由气泵、喷漆口、电磁阀及驱动电路、接收通道和接收箱构成。

7.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的弓弯检测光源选择红光激光，颜色明显易检。

8.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的表面检测光源的作用是使雪糕棒表面整体变亮，表面缺陷更加明显，选择线性白光光源。

9.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的系统的两个成像位置数据的融合采用计数融合法。

10.根据权利要求1所述的雪糕棒质量在线视觉检测系统，其特征是所述的系统的多级分选方法选用减计数归零法，即当某个减计数器减为零时产生某个响应事件，为不同等级的雪糕棒设置满度值不同的计数器。