CN107884416A - 基于机器视觉的立面检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的立面检测装置和检测方法，立面检测装置包括摄像头组件和立面移动系统，所述摄像头组件对检测立面内的设备进行拍摄检测，包括集成设有工业摄像头的防护壳体，所述立面移动系统包括分别位于检测立面四个边角位置的定滑轮以及分别与定滑轮组成四组牵引轮系的绳索和卷扬机，所述绳索一端固定在卷扬机上，另一端绕过定滑轮并与防护壳体最接近该定滑轮位置的拉环固定连接。本发明通过四组牵引轮系和桅杆伸缩完成检测装置的定位，提高了设备高处检测装置的灵敏性，实现了对立体面内任意位置的切换和检测自动化，减少了劳动力消耗，提高了检测准确性和工作效率。

Description

基于机器视觉的立面检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及检测机械自动化和机器视觉领域，具体涉及一种基于机器视觉的立面检测装置和检测方法。

背景技术

随着现代化生产的不断发展，锅炉已经在各生产领域发挥着重要的作用，锅炉在长期的使用过程中，会出现变形、过烧、磨损和泄漏问题，严重影响生产质量，为了保证锅炉使用安全，则需要通过科学合理的检测，确保锅炉使用的安全可靠性。

目前锅炉内部主要的检测方法有：目测、无损检测、超声波检测。目测对于一些有变形或变薄的管件无法观察到，且对于大型锅炉，高度相对较高，无法检测的部位，需要搭建脚手架，危害检测人员的安全；无损检测是在不破坏锅炉整体结构的情况下，通过磁粉原理，对锅炉进行检测，磁粉检测虽较为简便，但还需要对工件磁化情况进行检测，并且只能检查出水管渗漏现象，对过烧、变形现象无法检测到；超声波检测设备复杂，成本高。

目前锅炉最主要的检测方式还是人工检测，需要消耗很大的劳动力，且效率低，工作人员的生命安全更是无法保障。由于锅炉空间结构的特殊性，许多自动行走装置都无法实施，且装置大都比较笨拙，或依靠人力去推，对于较高位置的检测更是不便，对于立体面的检测更是没有。

基于机器视觉的锅炉管道检测领域尚未得到应用。因此有必要研究出一种操作灵活的基于机器视觉的立面检测装置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术对锅炉内部检测存在的上述缺陷，提供一种基于机器视觉的立面检测装置和检测方法。

本发明采用如下技术方案实现：

基于机器视觉的立面检测装置，包括摄像头组件100和立面移动系统；

所述摄像头组件100对检测立面内的设备进行拍摄检测，包括集成设有工业摄像头110的防护壳体103；

所述立面移动系统包括分别位于检测立面400四个边角位置的定滑轮以及分别与定滑轮组成四组牵引轮系的绳索和卷扬机，所述绳索一端固定在卷扬机上，另一端绕过定滑轮并与防护壳体103最接近该定滑轮的位置固定连接。

进一步的，所述防护壳体103内设有固定架106，所述固定架106上转动装配有转动盘108，所述工业摄像头110通过安装架104吊装在转动盘108下方，所述工业摄像头110所对的防护壳体侧面设置为透明视窗111，所述透明视窗111与检测立面400平行。

进一步的，所述转动盘108和固定架106之间设有弹簧阻尼器102，所述弹簧阻尼器102为转动盘108两侧对称连接固定架106的两组阻尼拉簧。

进一步的，所述摄像头组件100还包括设置在防护壳体103内的直射光源105。

进一步的，所述直射光源105为环形，固定套装在工业摄像头110上，其照射方向与工业摄像头110一致。

进一步的，所述安装架104的上还固定设有用于收纳摄像头组件线材的放置箱109。

在本发明的立面检测装置中，所述防护壳体103为方形壳体，对应所述透明视窗111的四个边角位置分别设置与绳索连接的拉环101。

本发明中的所述立面移动系统还包括两组分别安装在检测立面400两侧的桅杆，四组所述定滑轮分为两组，分别安装于两组桅杆的顶端和底端。

本发明还公开了一种采用上述立面检测装置的立面检测方法，通过四组牵引轮系两两采用收卷和放卷操作，并且位于检测立面对角设置的牵引轮系之间分别采用收卷和放卷操作，所有牵引轮系的收卷和放卷同步进行，使摄像头组件100在检测立面的任意位置之间移动。

本发明对高度较高的设备进行检修，将设备高度所在的立面作为检测立面，将立面移动系统和摄像头组件装配好，利用四组牵引轮系的协同配合可以随意切换摄像头组件移动到检测立面的任意检测位置。

在摄像头组件内部，将转动盘与固定架通过销轴转动安装，弹簧阻尼器一端固定在转动架上，另一端固定在转动盘顶部。防护罩在绳子不平衡拉力下倾斜时，转动盘可使工业摄像头在自身重力作用下保持竖直状态，不影响摄像头检测，在摄像头组件移动的过程中，两边弹簧阻尼器相互作用可防止摄像头左右摆。

本发明与现有技术相比有以下有益效果：

(1)移动灵活，可根据自己需要检测的立体面实时调整检测装置位置。

(2)采用机器视觉检测方式，检测效率高，范围大。

(3)该检测方式用于锅炉水管检测是首例，不损坏锅炉水管，对水管渗漏、过烧、积灰、变形等现象可以检测到。

(4)检测行走完全自动化，不需要人力检测，也不需要依靠人力移动摄像头组件，工作效率高，保障了检测人员的生命安全。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的立面检测装置的整体示意图。

图2为实施例中的摄像头组件内部正视图。

图3为实施例中的摄像头组件内部俯视图。

图4a、4b、4c、4d为本实施例中的立面检测装置在牵引轮系驱动下的移动状态示意图。

图中标号：

100-摄像头组件，101-拉环，102-弹簧阻尼器，103-防护壳体，104-安装架，105-直射光源，106-固定架，107-铰轴，108-转动盘，109-放置箱，110-工业摄像头，111-透明视窗，112-连接杆；

201-第一定滑轮，202-第二定滑轮，203-第三定滑轮，204-第四定滑轮，205-绳索，206-卷扬机；

301-第一桅杆，302-第二桅杆；

400-检测立面。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的立面检测装置为本发明的优选方案，具体包括摄像头组件100和立面移动系统，其中摄像头组件100用于对检测立面400范围内的设备状况进行拍摄检测，包括集成设有工业摄像头110的防护壳体103；立面移动系统用于固定摄像头组件100并且牵引驱动摄像头组件100在检测立面400内进行移动，包括分别位于检测立面400四个边角位置的定滑轮以及分别与定滑轮组成四组牵引轮系的绳索和卷扬机，绳索一端固定在卷扬机上，另一端绕过定滑轮并与防护壳体103最接近该定滑轮的位置固定连接。

结合参见图2和图3，本实施例的摄像头组件100具体还包括设置于防护壳体103内部的弹簧阻尼器102、安装架104、直射光源105、固定架106、铰轴107、转动盘108和放置箱109，其中固定架106横向固定设置在防护壳体103内部，在固定架106的中点通过铰轴107装配由可自由转动的转动盘108，转动盘108的下半部底端固定设有用于安装工业摄像头的安装架104，工业摄像头110通过螺栓固定在安装架104上。

工业摄像头110的拍摄方向垂直于转动盘108设置，以工业摄像头110的拍摄方向为前方，在正对工业摄像头110拍摄镜头的防护壳体103的侧面采用玻璃材质，设置成透明视窗111，在立面移动系统的连接下，透明视窗111应当保持于检测立面平行，工业摄像头110通过透明视窗111向前方的检测立面范围内的设备进行拍摄检测。

在摄像头组件100的防护壳体103在立面移动系统的牵引驱动时发生摆动，工业摄像头110在自身重力和转动盘的作用下能够摆动保持到竖直状态，使工业摄像头110始终能够保持一个恒定的拍摄机位。

为了减少防护壳体103在移动时的摆动对工业摄像头110的往复摆动的影响，本实施例在转动盘108和固定架106之间还设有弹簧阻尼器102，如图2中所示，该弹簧阻尼器102为两组拉簧，两组拉簧一端分别与转动盘108的上半部顶端连接，另一端对称连接在固定架106的两侧，两侧拉簧的拉力保持平衡，在两组弹簧阻尼器的作用下，即使工业摄像头110发生了摆动回位，也会迅速摆动到为竖直状态，弹簧阻尼器能够吸收工业摄像头110因为惯性导致的往复运动，避免工业摄像头110往复摆动。

本实施例在安装架104的上还固定设有用于收纳摄像头组件线材的放置箱109，用于保持防护壳体103内部的整洁。

为了避免因光线不足影响摄像头组件100的拍摄质量，本实施例在摄像头组件100的防护罩壳体103内还设有用于补光的直射光源105，直射光源105可采用普通的环形LED直射灯，固定套装在工业摄像头110的镜头上，直射光源105还通过连接杆112与放置箱109固定连接，保持直射光源105的稳定性，直射光源的照射方向与拍摄方向一致。

再参见图1，本实施例的立面移动系统在检测立面400的四个边角位置设置第一定滑轮201、第二定滑轮202、第三定滑轮203和第四定滑轮204，为了安装该四组定滑轮，本实施例还在检测立面400的两侧边安装第一桅杆301和第二桅杆302，两组桅杆升降的最高高度不低于检测立面的高度。将第一定滑轮201和第二定滑轮202分别安装在第一桅杆301的顶端和底端，将第三定滑轮203和第四定滑轮204分别安装在第二桅杆302的顶端和底端。

结合图2和图3所示，本实施例中的防护壳体103外形为方形壳体，其中正面为透明视窗111，位于透明视窗111的四个边角的棱边位置分别设置有连接牵引轮系绳索的拉环101，四条绳索的一端分别绕过四组定滑轮依次与最接近的拉环101栓接，另一端则分别与四组卷扬机206连接，形成四组单独控制的卷扬牵引轮系，通过卷扬机控制绳索张紧，将摄像头组件100固定在检测立面400的任意位置。

以下结合参见图4a、4b、4c、4d详细说明本实施例的检测装置由轮系牵引轮系控制实现移动检测的方法，图示中的“+”代表相应牵引轮系的卷扬机做收卷操作，“-”代表相应牵引轮系的卷扬机做放卷操作。

如图4a所示，位于检测立面400上侧的第一定滑轮201和第四定滑轮204所在的牵引轮系进行收卷操作，位于检测立面400下侧的第二定滑轮202和第三定滑轮203所在的牵引轮系进行放卷操作，此时摄像头组件100沿检测立面向上方移动。

如图4b所示，位于检测立面400左侧的第一定滑轮201和第二定滑轮202所在的牵引轮系进行收卷操作，位于检测立面400右侧的第三定滑轮203和第四定滑轮204所在的牵引轮系进行放卷操作，此时摄像头组件100沿检测立面向左侧移动。

如图4c所示，位于检测立面400下侧的第二定滑轮202和第三定滑轮203所在的牵引轮系进行收卷操作，位于检测立面400上侧的第一定滑轮201和第四定滑轮204所在的牵引轮系进行放卷操作，此时摄像头组件100沿检测立面向下方移动。

如图4c所示，位于检测立面400右侧的第三定滑轮203和第四定滑轮204所在的牵引轮系进行收卷操作，位于检测立面400左侧的第一定滑轮201和第二定滑轮202所在的牵引轮系进行放卷操作，此时摄像头组件100沿检测立面向右侧移动。

图4a、4b、4c、4d中的四种状态可以组合连续操作，实现检测立面任意位置的移动，在摄像头组件100移动的过程中，应当始终保持四条绳索的张紧状态，保持对摄像头组件100的可靠牵引。

以对锅炉管道进行检测为例，本实施例的实际检测操作如下：从上向下检测时，将第一定滑轮201和第二定滑轮202连接的卷扬机收卷，第三定滑轮203和第四定滑轮204连接的卷扬机放卷，将摄像头组件100移动到达最左端后，控制第一定滑轮201和第四定滑轮204连接的卷扬机收卷，第二定滑轮202和第三定滑轮203放卷，将摄像头组件100移动到达检测立面400的左上角。

打开光源105，工业摄像头110聚焦，当工业摄像头110焦距合适时，工业摄像头110开始工作，控制系统根据采集的图像进行机器视觉检测。此时，第三定滑轮203和第四定滑轮204连接的卷扬机收卷，第一定滑轮201和第二定滑轮202连接的卷扬机放卷，带动摄像头组件100水平向右运动。当摄像头组件100到达右上角后，摄像头停止采集图像。

四组卷扬机控制摄像头组件100竖直方向下移一段距离，工业摄像头110聚焦，合适后，工业摄像头110开始采集图像，此时，摄像头组件100在四组卷扬机协同配合下从右往左水平运动。摄像头组件100下移的这段距离使竖直上方已检测过的面积恰好不在摄像头范围内。

依次重复，使摄像头组件100呈S形移动从上往下拍摄整个检测立面400。

从下往上检测的操作步骤除下降一段距离改为上升一段距离，水平检测方向反过来外，其他操作步骤一致。

重复此运动，即可检测完整个检测立面400。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.基于机器视觉的立面检测装置，其特征在于：包括摄像头组件(100)和立面移动系统；

所述摄像头组件(100)对检测立面内的设备进行拍摄检测，包括集成设有工业摄像头(110)的防护壳体(103)；

所述立面移动系统包括分别位于检测立面(400)四个边角位置的定滑轮以及分别与定滑轮组成四组牵引轮系的绳索和卷扬机，所述绳索一端固定在卷扬机上，另一端绕过定滑轮并与防护壳体(103)最接近该定滑轮的位置固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的立面检测装置，所述防护壳体(103)内设有固定架(106)，所述固定架(106)上转动装配有转动盘(108)，所述工业摄像头(110)通过安装架(104)吊装在转动盘(108)下方，所述工业摄像头(110)所对的防护壳体侧面设置为透明视窗(111)，所述透明视窗(111)与检测立面(400)平行。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的立面检测装置，所述转动盘(108)和固定架(106)之间设有弹簧阻尼器(102)，所述弹簧阻尼器(102)为转动盘(108)两侧对称连接固定架(106)的两组阻尼拉簧。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的立面检测装置，所述摄像头组件(100)还包括设置在防护壳体(103)内的直射光源(105)。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的立面检测装置，所述直射光源(105)为环形，固定套装在工业摄像头(110)上，其照射方向与工业摄像头(110)一致。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的立面检测装置，所述安装架(104)的上还固定设有用于收纳摄像头组件线材的放置箱(109)。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的基于机器视觉的立面检测装置，所述防护壳体(103)为方形壳体，对应所述透明视窗(111)的四个边角位置分别设置与绳索连接的拉环(101)。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的立面检测装置，所述立面移动系统还包括两组分别安装在检测立面(400)两侧的桅杆，四组所述定滑轮分为两组，分别安装于两组桅杆的顶端和底端。

9.基于机器视觉的立面检测方法，其特征在于：采用权利要求8中所述的立面检测装置，四组牵引轮系两两采用收卷和放卷操作，并且位于检测立面对角设置的牵引轮系之间分别采用收卷和放卷操作，使摄像头组件(100)在检测立面的任意位置之间移动。