CN109068051A - 一种工业相机自适应智能调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业相机自适应智能调节装置，该装置包括工业相机、光源、被检工件、工控机、前后移动装置、旋转装置、光源驱动器，所述工业相机对被检工件进行图像采集并将数据传回工控机。前后移动装置可以控制工业相机前后移动来调整相机的焦距，旋转装置对光源照射被检工件的角度进行调整，光源驱动器调整光源的亮度，控制被检工件图像采集时的曝光度，工控机对图像数据进行分析处理给出处理信号，并控制前后移动装置、转动装置和光源驱动器。本发明采用智能调节装置，在生产时可以实现实时调节，保持高检测精度，避免了因更换产品或者机器震动、环境变化而造成检测不合格而引起的停机，减少人工操作，智能化程度高，使用方便。

Description

一种工业相机自适应智能调节装置

技术领域

本发明属于利用光学手段和图像处理技术进行测试技术领域，具体涉及一种工业相机自适应智能调节装置。

背景技术

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的工业相机是机器视觉系统设计中的重要环节，工业相机不仅直接决定了所采集到的图像分辨率及图像质量，而且也与整个系统的运行模式直接相关。机器视觉系统随着工业自动化的发展被广泛地应用于工业检测中，工业检测可以应用于识别、表面质量、图像处理、图像采集等领域，还可以被安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断。

影响工业相机图像采集质量的有光源和焦距，光源包含亮度和角度。对某个产品图像进行采集时需要根据图像综合调节相机与产品的距离，以及光源的亮度和角度，调节的过程非常复杂，不仅对调节人员的专业度提出很高的要求，而且人工调节存在复杂、耗时、容易延误生产的问题。另外，考虑到机器震动、环境变化、不同批次的产品差异等因素，这些都会影响到检测精度。随着工业自动化向智能化的发展，以及为了满足生产线的多变性，工业相机有必要根据各种工况实现自适应调节。

现有技术中，公告号为CN103344563B、名称为“一种自适应调色调光机器视觉光源检测装置及方法”的专利文献披露了一种自适应调色调光机器视觉光源检测装置及方法。该装置包括调色调光光源、工业相机、工控机、调色调光闪光灯光源驱动器和检测工件。其工作原理是：工业相机通过调色调光闪光灯光源驱动器驱动调色调光光源曝光，从而摄取检测工件的图像，然后将图像数据传送给工控机；工控机在初始时由人工设置参数前提下，按照所设参数控制调色调光闪光灯光源驱动器来改变调色调光光源的颜色和照度。该发明实现了自适应调节光源颜色和照度，特别是对光源发光颜色的调节，可以为利用机器视觉采集图像进行检测的应用提供自适应调节的效果，为整个检测系统精确甄别瑕疵提供保障。但该系统没有涉及工业相机的调焦和光源的旋转，无法应用到工业检测领域。

发明内容

本发明提出的装置与方法是一种工业相机自适应智能调节装置，该装置有效的解决了现有工业相机存在的对调节人员专业度要求高，人工调节复杂耗时，容易延误生产，机器震动、环境变化等因素会影响检测精度，以及不同批次的产品差异会影响检测精度的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种工业相机自适应智能调节装置，该装置包括工业相机、光源、被检工件、工控机、前后移动装置、旋转装置、光源驱动器，所述光源照射被检工件，工业相机对被检工件进行图像采集，并将数据传回工控机，工业相机安装于前后移动装置之上，前后移动装置可以控制工业相机前后移动来调整相机的焦距，旋转装置对光源照射被检工件的角度进行调整，光源驱动器调整光源的亮度，控制被检工件图像采集时的曝光度，工控机对工业相机采集的图像数据进行分析处理，给出处理信号，并基于该处理信号控制前后移动装置、转动装置和光源驱动器。

进一步，上述工控机发出控制信号控制2个电机驱动器和光源驱动器，2个电机驱动器分别对应前后移动装置和旋转装置。

上述工控机对工业相机采集的图像数据进行分析处理包含以下步骤：

(1)工业相机根据预设参数对被检工件进行图像采集，并将数据传输给工控机；

(2)工控机对检测工件的彩色图像进行灰度转换，并进行灰度图像预处理，对图像进行滤波和对比度亮度调节；

(3)工控机通过人工选取特征区域对用户关心的检测区域和正常的背景区域进行选取；

(4)工控机通过增强模式用来在背景区域中突出检测区域以便进行瑕疵或特征识别，通过滤除模式在背景区域中隐藏检测区域以便防止瑕疵误判；

(5)工控机进行调焦距和调光预处理，以此来确定调焦距和调光计算过程中的限值和调节阀值；

(6)工控机进行焦距调节计算，由此得出焦距调节输出值，控制前后移动装置；

(7)工控机在焦距调节计算后进行调光计算，通过图像亮度计算从而控制光源驱动器和旋转装置，进行光源的调节；

(8)工业相机再次拍摄被检工件，将图像传输给工控机进行灰度转换和灰度图像处理，对图像进行滤波和对比度亮度调节，然后一方面将经过处理的灰度图像发送到计算机识别和检测进行机器视觉检测，另一方面通过调焦距和调光预处理，进而调焦距计算和调光计算，形成下一次焦距调节输出和光源调节输出；

(9)上述过程不断循环进行，形成工业相机自适应调节，以满足不同工况；

(10)结束。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1，本发明采用智能调节装置，在生产时可以实现实时调节，保持高检测精度，避免了因更换产品或者机器震动、环境变化而造成检测不合格而引起的停机，提高了生产效率，减少故障时间；

2，通过采用智能自适应调节减少人工操作，智能化程度高，使用方便；

3，通过采用算法进行数据处理，实现位置自动调整，大大减少了生产等待时间；

4，可以在生产现场进行自适应调节，有效避免了检测精度变差影响生产。

附图说明

图1为本发明描述的工业相机组成结构图。

图2为本发明描述的工业相机工作流程图。

图3为本发明描述的工控机算法流程图

图4为喷码智能检测方案实施图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

工业相机自适应智能调节装置由硬件和算法程序组成。工业相机自适应智能调节装置的组成如图1所示，包括工业相机、光源、被检工件、工控机、前后移动装置、转动装置、光源驱动器。工业相机结合光源对被检工件进行图像采集，并将数据传回工控机。工控机根据算法程序对采集的图像数据进行分析处理，并给出处理信号，控制前后移动装置、转动装置和光源驱动器。前后移动装置可以控制工业相机前后移动来调整相机的焦距。旋转装置对光源照射被检工件的角度进行调整。光源驱动器调整光源的亮度，控制被检工件图像采集时的曝光度。

本发明所提工业相机自适应智能调节工作流程如图2所示：

(1)工业相机根据预设参数对被检工件进行图像采集，并将数据传输给工控机。

(2)工控机对数据进行分析处理，根据算法计算，所拍图像没有问题，则继续检测下一个工件。

(3)工控机对数据进行分析处理，所拍图像检测有问题，则通过前后移动装置调整相机的焦距，重复步骤1、2、3，直到焦距调到最合适的位置。

(4)当焦距已调到合适位置，图像检测依然不合格，工控机通过光源驱动器控制光源的亮度，重复步骤1、2、4，直到达到合适的亮度后。

(5)当光照已达到合适亮度，所拍图像检测依然不合格，工控机通过旋转装置控制光源的照射角度，重复1、2、5，直到达到最合适的角度，然后再检测下一个工件。

本发明所提工控机分析处理算法流程如图3所示

(1)工业相机根据预设参数对被检工件进行图像采集，并将数据传输给工控机；

(2)工控机对检测工件的彩色图像进行灰度转换，并进行灰度图像预处理，对图像进行滤波和对比度亮度调节；

(3)工控机通过人工选取特征区域对用户关心的检测区域和正常的背景区域进行选取；

(4)工控机通过增强模式用来在背景区域中突出检测区域以便进行瑕疵或特征识别，通过滤除模式在背景区域中隐藏检测区域以便防止瑕疵误判；

(5)工控机进行调焦距和调光预处理，以此来确定调焦距和调光计算过程中的限值和调节阀值；

(6)工控机进行焦距调节计算，由此得出焦距调节输出值，控制前后移动装置；

(7)工控机在焦距调节计算后进行调光计算，通过图像亮度计算从而控制光源驱动器和旋转装置，进行光源的调节；

(8)工业相机再次拍摄被检工件，将图像传输给工控机进行灰度转换和灰度图像处理，对图像进行滤波和对比度亮度调节；然后一方面将经过处理的灰度图像发送到计算机识别和检测进行机器视觉检测，另一方面通过调焦距和调光预处理，进而调焦距计算和调光计算，形成下一次焦距调节输出和光源调节输出。

此过程不断循环进行，形成工业相机自适应调节，以满足不同工况。

为便于本领域的普通技术人员实施本发明，现提供一个具体在喷码智能检测领域应用的实施例，喷码智能检测方案的实施方案如图4所示，具体的工作过程如下：

1、喷码机将日期信息喷涂在产品上，并将日期数据发送到工控机；

2、喷涂后的待检产品经由传输装置输送到工业相机检测位置，此时触发器检测到产品，并将信号发送给工控机；

3、工控机收到触发器信号，在初始参数下，光源照射被检产品，工控机指示工业相机进行拍照并传回图像；

4、工控机对传回的图像进行分析处理，根据处理结果通过前后移动装置调整工业相机镜头的景深以及工业相机的焦距直到合适位置；通过旋转装置调整光源的照射角度，以达到目标区域内图像明暗度均匀、亮度适中、不过曝；通过光源驱动器调整光源的亮度值来去除背景图像上因传输运动产生的横条纹或纵条纹。然后工控机对图像进行分析处理，与系统发送过来的数据进行比较，判断是否合格；

5、不合格产品传输至剔除装置位置时，被剔除到不合格品区；

6、合格产品通过剔除装置时，剔除装置不工作，最终传输到合格品区。

以上具体实施方式的描述并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种工业相机自适应智能调节装置，其特征在于包括工业相机、光源、被检工件、工控机、前后移动装置、旋转装置、光源驱动器，所述光源照射被检工件，工业相机对被检工件进行图像采集，并将数据传回工控机，工业相机安装于前后移动装置之上，前后移动装置可以控制工业相机前后移动来调整相机的焦距，旋转装置对光源照射被检工件的角度进行调整，光源驱动器调整光源的亮度，控制被检工件图像采集时的曝光度，工控机对工业相机采集的图像数据进行分析处理，给出处理信号，并基于该处理信号控制前后移动装置、转动装置和光源驱动器。

2.根据权利要求1所述的工业相机自适应智能调节装置，其特征在于所述工控机发出控制信号控制2个电机驱动器和光源驱动器，2个电机驱动器分别对应前后移动装置和旋转装置。

3.根据权利要求1所述的工业相机自适应智能调节装置，其特征在于所述工控机对工业相机采集的图像数据进行分析处理包含以下步骤：

(1)工业相机根据预设参数对被检工件进行图像采集，并将数据传输给工控机；

(2)工控机对检测工件的彩色图像进行灰度转换，并进行灰度图像预处理，对图像进行滤波和对比度亮度调节；

(3)工控机通过人工选取特征区域对用户关心的检测区域和正常的背景区域进行选取；

(4)工控机通过增强模式用来在背景区域中突出检测区域以便进行瑕疵或特征识别，通过滤除模式在背景区域中隐藏检测区域以便防止瑕疵误判；

(5)工控机进行调焦距和调光预处理，以此来确定调焦距和调光计算过程中的限值和调节阀值；

(6)工控机进行焦距调节计算，由此得出焦距调节输出值，控制前后移动装置；

(7)工控机在焦距调节计算后进行调光计算，通过图像亮度计算从而控制光源驱动器和旋转装置，进行光源的调节；

(8)工业相机再次拍摄被检工件，将图像传输给工控机进行灰度转换和灰度图像处理，对图像进行滤波和对比度亮度调节，然后一方面将经过处理的灰度图像发送到计算机识别和检测进行机器视觉检测，另一方面通过调焦距和调光预处理，进而调焦距计算和调光计算，形成下一次焦距调节输出和光源调节输出；

(9)上述过程不断循环进行，形成工业相机自适应调节，以满足不同工况；

(10)结束。