CN112468782A - 一种多视角零件数据集采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多视角零件数据集采集装置，包括三棱柱框架、旋转零件托盘、光源组件、传动机构和相机组件；旋转零件托盘固定在三棱柱框架内部下端，用于摆放零件；光源组件固定在三棱柱框架上，用于对零件提供光源；传动机构一端安装在三棱柱框架上，能够上下滑动，另一端连接相机组件，传动机构用于调节相机到零件的距离；相机组件固定在传动机构末端，用于固定相机，并调整相机与零件的相对角度。本发明装置在采集零件的过程中可以控制摄像头高度、摄像头角度、光照距离、光照角度中的某一变量或多个变量来研究其它变量对采集到的数据集的识别精度的影响，确定采集数据集最优的摄像头位姿和最优光源条件。

Description

一种多视角零件数据集采集装置
技术领域
本发明属于图像采集技术领域，具体涉及一种零件数据集采集装置。
背景技术
机器视觉和深度学习经过多年的发展，在图像识别、目标检测、位姿估计、缺陷检测方面的应用越来越多。对于零件识别，图像采集往往是首要工作，所采集的数据集的质量对整个的识别检测效果有重要的影响。传统的人工图像数据采集往往效率低，采集到的图像数据集不够丰富，在识别算法中降低了精度。传统的人工图像数据集采集难以精确控制摄像头的位置、摄像头的角度、光源的角度、光源的距离、在寻找最优的拍照位姿和最佳的拍照光源得到高质量的数据方面有所缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多视角零件数据集采集装置，包括三棱柱框架、旋转零件托盘、光源组件、传动机构和相机组件；旋转零件托盘固定在三棱柱框架内部下端，用于摆放零件；光源组件固定在三棱柱框架上，用于对零件提供光源；传动机构一端安装在三棱柱框架上，能够上下滑动，另一端连接相机组件，传动机构用于调节相机到零件的距离；相机组件固定在传动机构末端，用于固定相机，并调整相机与零件的相对角度。本发明装置在采集零件的过程中可以控制摄像头高度、摄像头角度、光照距离、光照角度中的某一变量或多个变量来研究其它变量对采集到的数据集的识别精度的影响，确定采集数据集最优的摄像头位姿和最优光源条件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种多视角零件数据集采集装置，包括三棱柱框架、旋转零件托盘、光源组件、传动机构和相机组件；所述旋转零件托盘固定在三棱柱框架内部下端，用于摆放零件；所述光源组件固定在三棱柱框架上，用于对零件提供光源；所述传动机构一端安装在三棱柱框架上，能够上下滑动，另一端连接相机组件，传动机构用于调节相机到零件的距离；所述相机组件固定在传动机构末端，用于固定相机，并调整相机与零件的相对角度；
所述三棱柱框架包括立柱、连接件、底座和连接杆；所述底座为三棱柱框架的安装基座，通过连接件和立柱固定在一起；所述立柱有多根，均匀分为三组，三组立柱分布在正三角形三个顶点，与底座垂直固定在连接件上；每两组立柱之间用两组连接杆固定，一组连接杆固定立柱的上端，另一组连接杆固定立柱的下端，连接杆与立柱垂直；
所述旋转零件托盘包括第一电机座、第一步进电机、支撑台、圆形托盘、止推爪、止推轴承、环形零件、螺栓和凸台；所述支撑台在三棱柱框架内部并固定在三棱柱框架立柱的下端，所述圆形托盘在支撑台的上面；所述圆形托盘下表面和支撑台上表面分别设置凸台，所述止推轴承通过两个凸台固定，所述圆形托盘下表面与止推轴承上表面接触；所述环形零件通过多个均匀分布的螺栓固定安装在圆形托盘下表面；所述环形零件外表面与第一步进电机的传动轴通过皮带轮连接，第一步进电机工作时，通过第一步进电机的传动轴带动环形零件旋转，从而使圆形托盘转动；所述环形零件的内表面为内棘轮，与所述止推爪配合控制旋转角度；所述第一电机座固定在三棱柱框架立柱上，第一步进电机固定安装在第一电机座上；
所述光源组件包括第一滑块机构、杆件、铰链和条形光源；所述第一滑块机构通过T型螺母和螺栓固定在三棱柱框架立柱上，松开螺母能实现上下移动；所述杆件一端连接到第一滑块机构上，另一端通过铰链和条形光源连接，通过铰链转动能够调整条形光源在竖直方向相对于零件的角度和距离；
所述传动机构包括第二电机座、第二步进电机、第一同步轮、第二滑块机构、第一动滑轮、伸缩杆机构、第二动滑轮、可拆卸滑轨、第二同步轮；所述第二电机座固定安装在三棱柱框架立柱上端，所述第二步进电机安装在第二电机座上，所述第一同步轮安装在第二步进电机的传动轴上，第二步进电机转动时带动第一同步轮转动；所述可拆卸滑轨通过螺钉安装在三棱柱框架立柱上，第二滑块机构安装在可拆卸滑轨上实现上下移动；所述伸缩杆机构一端通过螺钉固定在第二滑块机构上，另一端和相机组件连接，当第二滑块机构移动时通过伸缩杆机构传递运动实现相机组件的移动；所述第一动滑轮、第二动滑轮和第二同步轮都安装在三棱柱框架立柱上，所述第一动滑轮与第一同步轮通过皮带连接，所述第二动滑轮与第二同步轮通过皮带连接，第一动滑轮、第一同步轮、第二动滑轮和第二同步轮共同作用带动第二滑块机构在可拆卸滑轨上移动；所述传动机构有多个，与立柱数量相同，在每个立柱上安装一个传动机构；
所述相机组件包括固定座、第三步进电机、旋转机构、连接侧板、舵机和相机固定件；所述固定座与传动机构的伸缩杆机构连接；所述第三步进电机固定在固定座上；所述旋转机构安装在第三步进电机下方，第三步进电机带动旋转机构转动；所述旋转机构和舵机通过连接侧板连接在一起，舵机负责调整相机相对于旋转零件托盘的角度，旋转机构负责相机绕竖直方向的转动；所述相机固定件固定在相机组件最下方，用于固定相机。
优选地，所述三棱柱框架为铝制。
优选地，所述立柱有六根，分为三组，每组两根。
本发明的一种多视角零件数据集采集装置，具有以下有益效果：
1、与现有技术相比，本发明的采集装置可实现全自动数据集采集来提高效率，节省数据集采集过程的成本。
2、本发明装置在图像采集过程中可严格控制摄像头高度、摄像头角度、光照强度、光照距离和光照角度等变量的变化梯度均匀合理。采集到的高质量图像来提供更多的零件信息，提升算法的识别的精度，有利于深度学习模型学习到更为完整的零件信息。
3、同时本发明采集装置在采集数据集的过程中可以控制摄像头高度、摄像头角度、光照距离、光照角度中的某一变量或多个变量来研究其他变量对采集到的数据集的识别精度的影响，确定采集数据集最优的摄像头位姿和最优光源条件。
附图说明
图1为本发明装置的正视图。
图2为本发明装置的侧视图。
图3为本发明装置的俯视图。
图4为本发明装置的轴测图。
图5为本发明三棱柱框架结构示意图。
图6为本发明旋转零件托盘结构示意图。
图7为本发明光源组件结构示意图。
图8为本发明传动机构结构示意图。
图9为本发明相机组件结构示意图。
图中：1三棱柱框架；2旋转零件托盘；3光源组件；4传动机构；5相机组件；1-1立柱；1-2连接件；1-3底座；1-4连接杆；2-1第一电机座；2-2第一步进电机；2-3支撑台；2-4圆形托盘；2-5止推爪；2-6止推轴承；2-7环形零件；3-1第一滑块机构；3-2杆件；3-3铰链；3-4条形光源；4-1第二电机座；4-2第二步进电机；4-3第一同步轮；4-4第二滑块机构；4-5第一动滑轮；4-6伸缩杆机构；4-7第二动滑轮；4-8可拆卸滑轨；4-10第二同步轮；5-1第三步进电机；5-2旋转机构；5-3连接侧板；5-4舵机；5-5相机固定件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
针对现有的图像采集技术存在的不足，本发明目的在于提出一种多视角零件数据集采集装置。不仅可以自动采集图像数据而且还可以调整零件图像采集过程中的摄像头角度、摄像头距离、光源角度、光源距离等变量，采集更高质量的图像，保证采集的图像能够提取到物体主要的特征信息。通过将零件固定在零件托盘上，零件托盘和光源组件配合来改变光源的强度、光源的角度和光源的距离。零件托盘的上方是由伸缩杆机构和相机组件组成的一套可控制摄像头角度、摄像头距离的装置。整个装置在拍摄时通过相机组件、光源组件、零件托盘调节摄像头距离、摄像头角度以及光照的强度、光照距离和光照角度可完成全自动、多方位的零件数据集采集。采集图像时，在三棱柱框架外覆盖一层全包裹柔光布，以实现场景屏蔽，避免其他的光线造成影响。此装置不仅效率高且可控影响变量，对于采集高质量图像数据集有很大的帮助。
如图1到图4所示，一种多视角零件数据集采集装置，包括三棱柱框架1、旋转零件托盘2、光源组件3、传动机构4和相机组件5；所述旋转零件托盘2固定在三棱柱框架1内部下端，用于摆放零件；所述光源组件3固定在三棱柱框架1上，用于对零件提供光源；所述传动机构4一端安装在三棱柱框架1上，能够上下滑动，另一端连接相机组件5，传动机构4用于调节相机到零件的距离；所述相机组件5固定在传动机构4末端，用于固定相机，并调整相机与零件的相对角度；
如图5所示，所述三棱柱框架1包括立柱1-1、连接件1-2、底座1-3和连接杆1-4；所述底座1-3为三棱柱框架1的安装基座，通过连接件1-2和立柱1-1固定在一起；所述立柱1-1有多根，均匀分为三组，三组立柱1-1分布在正三角形三个顶点，与底座1-3垂直固定在连接件1-2上；每两组立柱1-1之间用两组连接杆1-4固定，一组连接杆1-4固定立柱1-1的上端，另一组连接杆1-4固定立柱1-1的下端，连接杆1-4与立柱1-1垂直；
如图6所示，所述旋转零件托盘2包括第一电机座2-1、第一步进电机2-2、支撑台2-3、圆形托盘2-4、止推爪2-5、止推轴承2-6、环形零件2-7、螺栓和凸台；所述支撑台2-3在三棱柱框架1内部并固定在三棱柱框架1立柱1-1的下端，所述圆形托盘2-4在支撑台2-3的上面；所述圆形托盘2-4下表面和支撑台2-3上表面分别设置凸台，所述止推轴承2-6通过两个凸台固定，所述圆形托盘2-4下表面与止推轴承2-6上表面接触；所述环形零件2-7通过多个均匀分布的螺栓固定安装在圆形托盘2-4下表面；所述环形零件2-7外表面与第一步进电机2-2的传动轴通过皮带轮连接，第一步进电机2-2工作时，通过第一步进电机2-2的传动轴带动环形零件2-7旋转，从而使圆形托盘2-4转动；所述环形零件2-7的内表面为内棘轮，与所述止推爪2-5配合控制旋转角度，内棘轮机构加工精度高，有高精度分角，配合第一步进电机2-2和止推抓2-5在工作时控制旋转角度，改变水平方向的光源角度；所述第一电机座2-1固定在三棱柱框架1立柱1-1上，第一步进电机2-2固定安装在第一电机座2-1上；
如图7所示，所述光源组件3包括第一滑块机构3-1、杆件3-2、铰链3-3和条形光源3-4；所述第一滑块机构3-1通过T型螺母和螺栓固定在三棱柱框架1立柱1-1上，松开螺母能实现上下移动；所述杆件3-2一端连接到第一滑块机构3-1上，另一端通过铰链3-3和条形光源3-4连接，通过铰链3-3转动能够调整条形光源3-4在竖直方向相对于零件的角度和距离；
如图8所示，所述传动机构4包括第二电机座4-1、第二步进电机4-2、第一同步轮4-3、第二滑块机构4-4、第一动滑轮4-5、伸缩杆机构4-6、第二动滑轮4-7、可拆卸滑轨4-8、第二同步轮4-10；所述第二电4-1固定安装在三棱柱框架1立柱1-1上端，所述第二步进电机4-2安装在第二电机座4-1上，所述第一同步轮4-3安装在第二步进电机4-2的传动轴上，第二步进电机4-2转动时带动第一同步轮4-3转动；所述可拆卸滑轨4-8通过螺钉安装在三棱柱框架1立柱1-1上，第二滑块机构4-4安装在可拆卸滑轨4-8上实现上下移动；所述伸缩杆机构4-6一端通过螺钉固定在第二滑块机构4-4上，另一端和相机组件5连接，当第二滑块机构4-4移动时通过伸缩杆机构4-6传递运动实现相机组件5的移动；所述第一动滑轮4-5、第二动滑轮4-7和第二同步轮4-10都安装在三棱柱框架1立柱1-1上，所述第一动滑轮4-5与第一同步轮4-3通过皮带连接，所述第二动滑轮4-7与第二同步轮4-10通过皮带连接，第一动滑轮4-5、第一同步轮4-3、第二动滑轮4-7和第二同步轮4-10共同作用带动第二滑块机构4-4在可拆卸滑轨4-8上移动；所述传动机构4有多个，与立柱1-1数量相同，在每个立柱1-1上安装一个传动机构4；
如图9所示，所述相机组件5包括固定座、第三步进电机5-1、旋转机构5-2、连接侧板5-3、舵机5-4和相机固定件5-5；所述固定座与传动机构4的伸缩杆机构4-6连接；所述第三步进电机5-1固定在固定座上；所述旋转机构5-2安装在第三步进电机5-1下方，第三步进电机5-1带动旋转机构5-2转动；所述旋转机构5-2和舵机5-4通过连接侧板5-3连接在一起，舵机5-4负责调整相机相对于旋转零件托盘2的角度，旋转机构5-2负责相机绕竖直方向的转动；所述相机固定件5-5固定在相机组件5最下方，用于固定相机。工作时，旋转机构5-2、舵机5-4、伸缩杆件机构4-6相互配合，采集到更高质量的数据集。
优选地，所述三棱柱框架1为铝制。
优选地，所述立柱1-1有六根，分为三组，每组两根。
本发明为了控制摄像头有以下改进：采用伸缩杆和舵机配合控制摄像头，伸缩杆传动互相独立，伸缩杆分别由步进电机独立控制，摄像头运动的精度和反应速度能维持在比较高的性能。为解决零件托盘在旋转过程中的高精度要求有以下改进：使环形零件的直径远大于皮带轮的直径形成高传动比，配合步进电机不存在累积误差仅存在步进误差的特性，减小旋转过程中的误差；为控制零件在水平方向的光照角度，本发明设计了一个环形零件，通过螺栓和圆形托盘连接，环形零件的内圆设计了一个棘轮，该棘轮与安装在支撑台上的止动爪配合，完成零件托盘的高精度分角，实现水平方向的光源角度控制。
本发明装置可以通过如下方式采集图像，形成数据集：
1：实现全自动的图像数据集采集，通过计算机控制摄像头组件和光源组件相互配合，电机通过滑块带动伸缩杆运动配合舵机工作改变相机的位置，同时控制零件托盘的旋转和光源条件在不同方位采取高质量的照片。
2：研究摄像头位置对采集数据集质量的影响。本装置可以利用控制变量法研究图像数据集采集过程中不同的摄像头位姿，光源条件下数据集的质量高低。保证光源组件一定，通过控制伸缩杆和摄像头组件相互配合，改变摄像头的位置采集不同位置下的图像作为数据集，训练对比测试结果，分析摄像机在不同位姿下的识别精度，获取最优摄像机拍摄位姿。
3：研究光照条件对采集数据集质量的影响。保证摄像机组件一定，通过光源组件和零件托盘相互配合来调节光角度和距离，采集不同数据集，训练对比测试结果，分析不同的光照条件下的识别精度，获取最优的光照拍摄条件。

Claims (3)

1.一种多视角零件数据集采集装置，其特征在于，包括三棱柱框架、旋转零件托盘、光源组件、传动机构和相机组件；所述旋转零件托盘固定在三棱柱框架内部下端，用于摆放零件；所述光源组件固定在三棱柱框架上，用于对零件提供光源；所述传动机构一端安装在三棱柱框架上，能够上下滑动，另一端连接相机组件，传动机构用于调节相机到零件的距离；所述相机组件固定在传动机构末端，用于固定相机，并调整相机与零件的相对角度；
所述三棱柱框架包括立柱、连接件、底座和连接杆；所述底座为三棱柱框架的安装基座，通过连接件和立柱固定在一起；所述立柱有多根，均匀分为三组，三组立柱分布在正三角形三个顶点，与底座垂直固定在连接件上；每两组立柱之间用两组连接杆固定，一组连接杆固定立柱的上端，另一组连接杆固定立柱的下端，连接杆与立柱垂直；
所述旋转零件托盘包括第一电机座、第一步进电机、支撑台、圆形托盘、止推爪、止推轴承、环形零件、螺栓和凸台；所述支撑台在三棱柱框架内部并固定在三棱柱框架立柱的下端，所述圆形托盘在支撑台的上面；所述圆形托盘下表面和支撑台上表面分别设置凸台，所述止推轴承通过两个凸台固定，所述圆形托盘下表面与止推轴承上表面接触；所述环形零件通过多个均匀分布的螺栓固定安装在圆形托盘下表面；所述环形零件外表面与第一步进电机的传动轴通过皮带轮连接，第一步进电机工作时，通过第一步进电机的传动轴带动环形零件旋转，从而使圆形托盘转动；所述环形零件的内表面为内棘轮，与所述止推爪配合控制旋转角度；所述第一电机座固定在三棱柱框架立柱上，第一步进电机固定安装在第一电机座上；
所述光源组件包括第一滑块机构、杆件、铰链和条形光源；所述第一滑块机构通过T型螺母和螺栓固定在三棱柱框架立柱上，松开螺母能实现上下移动；所述杆件一端连接到第一滑块机构上，另一端通过铰链和条形光源连接，通过铰链转动能够调整条形光源在竖直方向相对于零件的角度和距离；
所述传动机构包括第二电机座、第二步进电机、第一同步轮、第二滑块机构、第一动滑轮、伸缩杆机构、第二动滑轮、可拆卸滑轨、第二同步轮；所述第二电机座固定安装在三棱柱框架立柱上端，所述第二步进电机安装在第二电机座上，所述第一同步轮安装在第二步进电机的传动轴上，第二步进电机转动时带动第一同步轮转动；所述可拆卸滑轨通过螺钉安装在三棱柱框架立柱上，第二滑块机构安装在可拆卸滑轨上实现上下移动；所述伸缩杆机构一端通过螺钉固定在第二滑块机构上，另一端和相机组件连接，当第二滑块机构移动时通过伸缩杆机构传递运动实现相机组件的移动；所述第一动滑轮、第二动滑轮和第二同步轮都安装在三棱柱框架立柱上，所述第一动滑轮与第一同步轮通过皮带连接，所述第二动滑轮与第二同步轮通过皮带连接，第一动滑轮、第一同步轮、第二动滑轮和第二同步轮共同作用带动第二滑块机构在可拆卸滑轨上移动；所述传动机构有多个，与立柱数量相同，在每个立柱上安装一个传动机构；
所述相机组件包括固定座、第三步进电机、旋转机构、连接侧板、舵机和相机固定件；所述固定座与传动机构的伸缩杆机构连接；所述第三步进电机固定在固定座上；所述旋转机构安装在第三步进电机下方，第三步进电机带动旋转机构转动；所述旋转机构和舵机通过连接侧板连接在一起，舵机负责调整相机相对于旋转零件托盘的角度，旋转机构负责相机绕竖直方向的转动；所述相机固定件固定在相机组件最下方，用于固定相机。
2.根据权利要求1所述的一种多视角零件数据集采集装置，其特征在于，所述三棱柱框架为铝制。
3.根据权利要求1所述的一种多视角零件数据集采集装置，其特征在于，所述立柱有六根，分为三组，每组两根。
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