CN111307659A - 一种不规则刚性物体密度快速测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不规则刚性物体密度快速测量系统，包括6台工业相机，所述系统组成包括物料排队机构、物料质量测量装置、物料表面图像采集系统和基于图像三维图像重建的物料密度测量系统，所述物料质量测量装置为一台能够输出测量数据的台秤，用来实现对被测物的质量进行测量，测量完毕由数据线传送给计算机，本发明所涉及方法是无接触测量方法的一种，利用从多个视角获取的数字图像进行三维重建，获得被测物体的表面三维模型，进而计算出其体积，再考虑从台秤获取的质量数据从而计算出被测物体的密度，相对现有的方法，所涉及装置结构更为简单，降低了此类物体密度测量的复杂度和时间，便于嵌入到现有的自动化生产线中。
Description
技术领域
本发明涉及工业技术领域，具体为一种不规则刚性物体密度快速测量系统。
背景技术
传统的测量表面不规则刚性物体密度常采用两步法：1)测量物体的质量；2)用排水体积法测量待测物体的体积；
此方法的特点是测量精度高，技术成熟，但存在需要把被测物体浸入水中，有可能损坏被测物或需要复杂的清理等后续工作问题，此外，此方法难以做到在工业生产过程中快速、自动化测量，随着技术发展，各种的密度测量方法不断提出，这些方法主要集中在解决传统方法中的第二步，即体积的测量问题上，针对表面不规则刚性物体的体积测量，目前有激光反射法、深度相机成像法等，属于非接触测量方法，相对于传统方法在避免浸入水中、不损坏被测物也不需要复杂的后需清理工作以及实现测量自动化等方面显示了巨大优势，但是依然不能满足现有技术中不能快速测量不规则刚性物体密度。
发明内容
本发明提供一种不规则刚性物体密度快速测量系统，可以有效解决上述背景技术中提出不能快速测量不规则刚性物体密度的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种不规则刚性物体密度快速测量系统，包括6台工业相机，所述系统组成包括物料排队机构、物料质量测量装置、物料表面图像采集系统和基于图像三维图像重建的物料密度测量系统；
所述物料质量测量装置为一台能够输出测量数据的台秤，用来实现对被测物的质量进行测量，测量完毕由数据线传送给计算机；
所述物料排队机构包括旋转机构和拨动板，所述旋转机构由电动机带动，拨动板附着在旋转机构上，用来实现把经过台秤称重后的物料送到物料表面图像采集系统入口；
所述排队机构按照一定频率旋转，从而不断地把物料从台秤上送出；
所述物料表面图像采集系统包括6台互相呈90°角安装的工业相机和半封闭的测量空间两部分；
所述基于图像三维重建的物料密度测量系统包括数据输入输出控制器、服务器和显示终端。
根据上述技术方案，所述6台工业相机型号，为自然光工业相机，且经过标定。
根据上述技术方案，所述6台工业相机的编号与半封闭的、表面构成6面立方体的测量空间的表面编号一致，即编号为1的半封闭空间表面安装1号相机，编号为2的半封闭空间表面安装2号相机，以此类推，半封闭测量空间6个表面开有相机孔用于安装相机，开孔位置在每个矩形面的对角线上。
根据上述技术方案，所述半封闭测量空间包含壳体、待测物落入孔、待测物落出孔、6个工业相机安装孔和机器视觉光源，测量空间壳体包括金属材质外壳和喷涂有增强光源漫反射率的半封闭测量空间内壁涂层。
根据上述技术方案，所述金属材质外壳为普通铝材和铝镁合金材质，厚度约为2mm。
根据上述技术方案，所述涂层为特殊喷涂材料，颜色为白色，涂层厚度约为0.2mm，均匀喷涂在内壁6个表面，漫反射率约为98％。
根据上述技术方案，所述半封闭测量空间壳体内部安装有机器视觉光源，为使空间内部光源光场照度均匀，在半封闭测量空间壳体内部共安装8条亮度可调LED白色条形光源，1面和3面各4条，每面的4条条形光源均紧贴排布在与其它面的交界线处，且4条条形光源端部首尾相接；
待测刚性不规则物体由落入孔进行测量空间，由落出孔出测量空间，机器视觉光源用于增强进入测量空间的被测物表面亮度，与涂层配合使得被测物表面无高光区域和高暗区域。
根据上述技术方案，所述数据输入输出控制器用来控制6台工业相机的图像采集并接收来自6台工业相机的图像数据，实时接收来自台秤的待测物的质量数据，并把这些数据送入服务器进行处理，服务器负责计算出当前被测不规则刚性物体的密度，并在显示终端进行相关结果显示。
根据上述技术方案，所述系统工作过程和处理流程：
工作过程中，旋转机构受控做间断性做圆周运动，旋转机构工作时可以带动拨动板以同角速度旋转；
测量待测物质量采集：待测物右端进入，在台秤上连续快速多次测量，测量数据经质量数据传输通道送给数据输入输出控制器，控制器检测到有待测物体在台秤上，接收多次测量的待测物质量数据，同时通过旋转机构控制信号控制旋转机构带动拨动板使待测物离开台秤，使待测物以自由落体方式经待测物落入孔进入半密闭测量空间；
待测物表面图像数据采集：待测物以自由落体运动在半密闭测量空间下落过程中，数据输入输出控制器控制6台工业相机同时拍摄图像，并把图像数据图像数据采集控制和图像数据传输通道暂存到数据输入输出控制器；
待测物密度计算：被测物的图像数据和质量数据采集完毕，数据输入输出控制器把本次采集数据送给服务器，服务器负责把多次测量的质量数据进行处理，以计算更准确质量值；服务器负责把从6台工业相机采集得到的图像数据进行三维重建算法处理，以得到待测物表面形状数据，进而结合相机标定参数计算其表面体积，基于计算得到的质量值和体积值，进一步计算其密度值。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，本发明所涉及方法是无接触测量方法的一种，主要思想是利用从多个视角获取的数字图像进行三维重建，获得被测物体的表面三维模型，进而计算出其体积，再考虑从台秤获取的质量数据从而计算出被测物体的密度，相对现有的方法，所涉及装置结构更为简单，降低了此类物体密度测量的复杂度和时间，测量系统的机器视觉光源系统的涂层材料、箱体结构经过特殊处理和设计，光场均匀，被拍摄物体经6部相机一次性成像效果更适合进一步的图像处理，便于嵌入到现有的自动化生产线中。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的测量系统结构组成示意图；
图2是本发明的半密闭测量空间底面(第3面)、顶面(1面)示意图；
图3是本发明的6台工业相机之间相对位置示意图；
图4是本发明的不规则刚性物体密度测量系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1-4所示，本发明提供技术方案，一种不规则刚性物体密度快速测量系统，包括6台工业相机，系统组成包括物料排队机构、物料质量测量装置、物料表面图像采集系统和基于图像三维图像重建的物料密度测量系统；
物料质量测量装置为一台能够输出测量数据的台秤，用来实现对被测物的质量进行测量，测量完毕由数据线传送给计算机；
物料排队机构包括旋转机构和拨动板，旋转机构由电动机带动，拨动板附着在旋转机构上，用来实现把经过台秤称重后的物料送到物料表面图像采集系统入口；
排队机构按照一定频率旋转，从而不断地把物料从台秤上送出；
物料表面图像采集系统包括6台互相呈90°角安装的工业相机和半封闭的测量空间两部分；
基于图像三维重建的物料密度测量系统包括数据输入输出控制器、服务器和显示终端。
根据上述技术方案，6台工业相机型号，为自然光工业相机，且经过标定。
根据上述技术方案，6台工业相机的编号与半封闭的、表面构成6面立方体的测量空间的表面编号一致，即编号为1的半封闭空间表面安装1号相机，编号为2的半封闭空间表面安装2号相机，以此类推；
6台工业相机之间的相对位置如图3所示，1号、2号、3号、4号相机在一个平面上，1号、5号、3号和6号相机在一个平面上，2号、5号、6号和4号相机在一个平面上，每个平面的4台相机所对应光心相互垂直，一旦1台相机位置确定，另外5台相机的位置也就确定，半封闭测量空间6个表面开有相机孔用于安装相机，开孔位置在每个矩形面的对角线上；
由于1面、3面开有待测物落入孔和待测物落出孔，第一个开孔位置可以从1面开始，具体位置要求为以在1面上一条对角线上、尽可能远离待测物落入孔、距离对角线所对应的一个直角尽可能近、不影响相机固定为宜。
根据上述技术方案，半封闭测量空间包含壳体、待测物落入孔、待测物落出孔、6个工业相机安装孔和机器视觉光源，测量空间壳体包括金属材质外壳和喷涂有增强光源漫反射率的半封闭测量空间内壁涂层。
根据上述技术方案，金属材质外壳为普通铝材和铝镁合金材质，厚度约为2mm。
根据上述技术方案，涂层为特殊喷涂材料，颜色为白色，涂层厚度约为0.2mm，均匀喷涂在内壁6个表面，漫反射率约为98％。
根据上述技术方案，半封闭测量空间壳体内部安装有机器视觉光源，为使空间内部光源光场照度均匀，在半封闭测量空间壳体内部共安装8条亮度可调LED白色条形光源，1面和3面各4条，每面的4条条形光源均紧贴排布在与其它面的交界线处，且4条条形光源端部首尾相接；
待测刚性不规则物体由落入孔进行测量空间，由落出孔出测量空间，机器视觉光源用于增强进入测量空间的被测物表面亮度，与涂层配合使得被测物表面无高光区域和高暗区域。
根据上述技术方案，数据输入输出控制器用来控制6台工业相机的图像采集并接收来自6台工业相机的图像数据，实时接收来自台秤的待测物的质量数据，并把这些数据送入服务器进行处理，服务器负责计算出当前被测不规则刚性物体的密度，并在显示终端进行相关结果显示。
根据上述技术方案，系统工作过程和处理流程：
工作过程中，旋转机构受控做间断性做圆周运动，旋转机构工作时可以带动拨动板以同角速度旋转，
测量待测物质量采集：待测物由附图1所示视角右端进入，在台秤上连续快速多次测量，测量数据经质量数据传输通道送给数据输入输出控制器，控制器检测到有待测物体在台秤上，接收多次测量的待测物质量数据，同时通过旋转机构控制信号控制旋转机构带动拨动板使待测物离开台秤，使待测物以自由落体方式经待测物落入孔进入半密闭测量空间；
待测物表面图像数据采集：待测物以自由落体运动在半密闭测量空间下落过程中，数据输入输出控制器控制6台工业相机同时拍摄图像，并把图像数据图像数据采集控制和图像数据传输通道暂存到数据输入输出控制器；
待测物密度计算：被测物的图像数据和质量数据采集完毕，数据输入输出控制器把本次采集数据送给服务器，服务器负责把多次测量的质量数据进行处理，以计算更准确质量值；服务器负责把从6台工业相机采集得到的图像数据进行三维重建算法处理，以得到待测物表面形状数据，进而结合相机标定参数计算其表面体积，基于计算得到的质量值和体积值，进一步计算其密度值。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便，本发明所涉及方法是无接触测量方法的一种，主要思想是利用从多个视角获取的数字图像进行三维重建，获得被测物体的表面三维模型，进而计算出其体积，再考虑从台秤获取的质量数据从而计算出被测物体的密度，相对现有的方法，所涉及装置结构更为简单，降低了此类物体密度测量的复杂度和时间，测量系统的机器视觉光源系统的涂层材料、箱体结构经过特殊处理和设计，光场均匀，被拍摄物体经6部相机一次性成像效果更适合进一步的图像处理，便于嵌入到现有的自动化生产线中。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (9)
1.一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于：包括6台工业相机，所述系统组成包括物料排队机构、物料质量测量装置、物料表面图像采集系统和基于图像三维图像重建的物料密度测量系统；
所述物料质量测量装置为一台能够输出测量数据的台秤，用来实现对被测物的质量进行测量，测量完毕由数据线传送给计算机；
所述物料排队机构包括旋转机构和拨动板，所述旋转机构由电动机带动，拨动板附着在旋转机构上，用来实现把经过台秤称重后的物料送到物料表面图像采集系统入口；
所述排队机构按照一定频率旋转，从而不断地把物料从台秤上送出；
所述物料表面图像采集系统包括6台互相呈90°角安装的工业相机和半封闭的测量空间两部分；
所述基于图像三维重建的物料密度测量系统包括数据输入输出控制器、服务器和显示终端。
2.根据权利要求1所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述6台工业相机型号，为自然光工业相机，且经过标定。
3.根据权利要求1所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述6台工业相机的编号与半封闭的、表面构成6面立方体的测量空间的表面编号一致，即编号为1的半封闭空间表面安装1号相机，编号为2的半封闭空间表面安装2号相机，以此类推，半封闭测量空间6个表面开有相机孔用于安装相机，开孔位置在每个矩形面的对角线上。
4.根据权利要求3所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述半封闭测量空间包含壳体、待测物落入孔、待测物落出孔、6个工业相机安装孔和机器视觉光源，测量空间壳体包括金属材质外壳和喷涂有增强光源漫反射率的半封闭测量空间内壁涂层。
5.根据权利要求4所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述金属材质外壳为普通铝材和铝镁合金材质，厚度约为2mm。
6.根据权利要求4所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述涂层为特殊喷涂材料，颜色为白色，涂层厚度约为0.2mm，均匀喷涂在内壁6个表面，漫反射率约为98％。
7.根据权利要求3所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述半封闭测量空间壳体内部安装有机器视觉光源，为使空间内部光源光场照度均匀，在半封闭测量空间壳体内部共安装8条亮度可调LED白色条形光源，1面和3面各4条，每面的4条条形光源均紧贴排布在与其它面的交界线处，且4条条形光源端部首尾相接；
待测刚性不规则物体由落入孔进行测量空间，由落出孔出测量空间，机器视觉光源用于增强进入测量空间的被测物表面亮度，与涂层配合使得被测物表面无高光区域和高暗区域。
8.根据权利要求1所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述数据输入输出控制器用来控制6台工业相机的图像采集并接收来自6台工业相机的图像数据，实时接收来自台秤的待测物的质量数据，并把这些数据送入服务器进行处理，服务器负责计算出当前被测不规则刚性物体的密度，并在显示终端进行相关结果显示。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种不规则刚性物体密度快速测量系统，其特征在于，所述系统工作过程和处理流程：
工作过程中，旋转机构受控做间断性做圆周运动，旋转机构工作时可以带动拨动板以同角速度旋转；
测量待测物质量采集：待测物右端进入，在台秤上连续快速多次测量，测量数据经质量数据传输通道送给数据输入输出控制器，控制器检测到有待测物体在台秤上，接收多次测量的待测物质量数据，同时通过旋转机构控制信号控制旋转机构带动拨动板使待测物离开台秤，使待测物以自由落体方式经待测物落入孔进入半密闭测量空间；
待测物表面图像数据采集：待测物以自由落体运动在半密闭测量空间下落过程中，数据输入输出控制器控制6台工业相机同时拍摄图像，并把图像数据图像数据采集控制和图像数据传输通道暂存到数据输入输出控制器；
待测物密度计算：被测物的图像数据和质量数据采集完毕，数据输入输出控制器把本次采集数据送给服务器，服务器负责把多次测量的质量数据进行处理，以计算更准确质量值；服务器负责把从6台工业相机采集得到的图像数据进行三维重建算法处理，以得到待测物表面形状数据，进而结合相机标定参数计算其表面体积，基于计算得到的质量值和体积值，进一步计算其密度值。
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