CN112488093B - 一种零件识别数据集采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种零件识别数据集采集装置，包括升降式框架结构、光源控制机构、零件托盘和相机控制组件；升降式框架结构为长方体框架；光源控制机构安装在升降式框架结构的顶部，为零件提供照明；零件托盘安装在升降式框架结构内的下部，用于放置零件；相机控制组件安装在零件托盘上方，用于固定相机和改变相机与零件的相对位置；本发明的采集装置可以同时控制光照强度、光照角度、光照距离、摄像头角度、摄像头距离五个参数中的一个或者多个参数。变量控制严格，角度、强度、距离变化梯度均匀合理，数据集质量高，有利于提升零件识别算法训练过程的收敛速度，提升算法识别能力。

Description

一种零件识别数据集采集装置
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
随着深度学习技术的发展，该技术在自动化生产过程中的零件识别与位姿估计方面应用的越来越广泛。但是深度学习识别零件需求大量不同状态下的零件照片构成训练数据集，以完成对识别算法的训练。传统的数据集采集方法多依赖于人工完成，难以保持照片采集过程中的相机位置、相机角度、光源位置等变量的控制。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种零件识别数据集采集装置，包括升降式框架结构、光源控制机构、零件托盘和相机控制组件；升降式框架结构为长方体框架；光源控制机构安装在升降式框架结构的顶部，为零件提供照明；零件托盘安装在升降式框架结构内的下部，用于放置零件；相机控制组件安装在零件托盘上方，用于固定相机和改变相机与零件的相对位置；本发明的采集装置可以同时控制光照强度、光照角度、光照距离、摄像头角度、摄像头距离五个参数中的一个或者多个参数。变量控制严格，角度、强度、距离变化梯度均匀合理，数据集质量高，有利于提升零件识别算法训练过程的收敛速度，提升算法识别能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种零件识别数据集采集装置，包括升降式框架结构、光源控制机构、零件托盘和相机控制组件；所述升降式框架结构为长方体框架；所述光源控制机构安装在升降式框架结构的顶部，为零件提供照明；所述零件托盘安装在升降式框架结构内的下部，用于放置零件；所述相机控制组件安装在零件托盘上方，用于固定相机和改变相机与零件的相对位置；
所述升降式框架结构包括十二根直杆、四根长丝杠、第一步进电机和第二步进电机；所述十二根直杆构成一个长方体框架，定义长方体框架中与放置长方体框架的平面接触的面为底面，长方体框架中远离与放置长方体框架的平面接触的面为顶面；所述四根长丝杠平均分布在长方体框架相对的两个面上平行放置，每根长丝杠的两端分别通过法兰轴承固定在长方体框架底面直杆和顶面直杆上；所述四根长丝杠分为第一组和第二组，每组两根；所述第一步进电机通过皮带轮带动第一组中的一根长丝杠旋转，这根长丝杠用皮带轮和皮带与第一组内另一根长丝杠连接，使第一组内另一根长丝杠获得旋转动力；所述第二步进电机通过皮带轮带动第二组中的一根长丝杠旋转，这根长丝杠用皮带轮和皮带与第二组内另一根长丝杠连接，使第二组内另一根长丝杠获得旋转动力；
所述光源控制机构分为两组，每组包括条形光源、条形光源背面固定结构和条形光源框架固定结构；所述条形光源固定在条形光源背面固定结构上；所述条形光源背面固定结构和条形光源框架固定结构之间用铰链连接，能够调整条形光源照射角度；所述条形光源框架固定结构固定在长方体框架顶面直杆上；两组光源控制机构分别安装在顶面相对的两根直杆上；
所述零件托盘包括主支撑台、圆形托盘、四个带法兰的丝杠螺母、第三步进电机、止推轴承、环状零件、凸台和止动爪；所述主支撑台为十字交叉形，在十字的四个角上分别安装有带法兰的丝杠螺母，四个带法兰的丝杠螺母分别套接在四根长丝杠的下端，长丝杠转动，通过带法兰的丝杠螺母带动主支撑台上下移动；所述圆形托盘在主支撑台上方，圆形托盘和主支撑台通过两个凸台固定在止推轴承两端；所述环状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；所述环状零件外表面与第三步进电机的传动轴通过皮带轮连接，第三步进电机工作时，通过第三步进电机的传动轴带动环状零件旋转，从而使圆形托盘转动；所述环状零件的内表面为内棘轮，与所述止动爪配合控制旋转角度；
所述相机控制组件包括横杆、三根直线滑轨、第四步进电机、第五步进电机、第六步进电机、短丝杠、丝杠螺母、滑块和相机固定座；所述相机控制组件为门型结构，所述三根直线滑轨中的两根放置在门型结构的两侧，形成两根竖向滑轨，两根竖向滑轨的下端分别固定在主支撑台相对的两个角上，两根竖向滑轨的上端用横杆固定连接；所述三根直线滑轨中的另一根的两端通过连接件和滑块分别安装在两根竖向滑轨上横杆下方，形成横向滑轨；所述相机固定座通过连接件和滑块安装在横向滑轨上，与第四步进电机通过皮带连接，在第四步进电机的驱动下相机固定座能够沿着横向滑轨水平移动；所述短丝杠通过设置在横向滑轨一端的丝杠螺母与横向滑轨连接，短丝杠与横向滑轨垂直，短丝杠下端与第五步进电机转轴连接，第五步进电机转动，带动短丝杠旋转，从而使横向滑轨沿着竖向滑轨上下移动；所述第六步进电机安装在相机固定座的后端，第六步进电机转动，能使安装在相机固定座上的相机以第六步进电机的转轴延长线为中心轴旋转。
优选地，所述直杆和横杆均为铝型材。
本发明的一种零件识别数据集采集装置，具有以下有益效果：
1、与现有的手动调整光照效果以及摄像机位置的零件识别数据集采集方法相比，本发明的采集装置可以同时控制光照强度、光照角度、光照距离、摄像头角度、摄像头距离五个参数中的一个或者多个参数。
2、使用本发明采集装置采集的数据集，变量控制严格，角度、强度、距离变化梯度均匀合理，数据集质量高，有利于提升零件识别算法训练过程的收敛速度，提升算法识别能力。
3、本采集装置可控制参数多，也可以完成控制变量下的对比实验，以进行各因素对数据集质量影响程度的研究。
附图说明
图1为本发明装置的正视图。
图2为本发明装置的俯视图。
图3为本发明装置的侧视图。
图4为本发明装置的轴测图。
图5为本发明装置的升降式框架结构示意图。
图6为本发明装置的光源控制机构结构示意图。
图7为本发明装置的零件托盘结构示意图。
图8为本发明装置的相机控制组件结构示意图。
图中：1-升降式框架结构；2-光源控制机构；3-零件托盘；4-相机控制组件；11-直杆；12-皮带；13-长丝杠；14-第一步进电机；21-条形光源；22-条形光源背面固定结构；23-条形光源框架固定结构；31-主支撑台；32-圆形托盘；33-带法兰的丝杠螺母；34-第三步进电机；35-止推轴承；36-环状零件；37-止动爪；41-横杆；42-直线滑轨；43-第四步进电机；44-皮带；45-短丝杠；46-连接件；47-丝杠螺母；48-滑块；49-相机固定座。
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。
本发明的目的在于提供一种可以控制零件照片采集过程中的各个主要因素，采集高质量的用于训练零件识别算法数据集的自动化数据集采集装置。通过将零件固定于可升降托盘上，与可调节角度的光源配合，完成零件照片采集过程中对不同光照强度、距离、角度的控制要求。可升降托盘上布置的一套提供摄像头在托盘轴向和高度方向运动的导轨机构以及摄像头安装座的旋转机构，实现了摄像头相对于工件的不同角度和距离的控制。使装置可以精确的控制光照强度、光照角度、光照距离、摄像机角度、摄像机距离等因素，采集高质量的照片，构建应用于深度学习零件识别的数据集。
一种零件识别数据集采集装置，包括升降式框架结构1、光源控制机构2、零件托盘3和相机控制组件4；所述升降式框架1结构为长方体框架；所述光源控制机构2安装在升降式框架结构1的顶部，为零件提供照明；所述零件托盘3安装在升降式框架结构1内的下部，用于放置零件；所述相机控制组件4安装在零件托盘3上方，用于固定相机和改变相机与零件的相对位置；
所述升降式框架结构1包括十二根直杆11、四根长丝杠13、第一步进电机14和第二步进电机；所述十二根直杆11构成一个长方体框架，定义长方体框架中与放置长方体框架的平面接触的面为底面，长方体框架中远离与放置长方体框架的平面接触的面为顶面；所述四根长丝杠13平均分布在长方体框架相对的两个面上平行放置，每根长丝杠13的两端分别通过法兰轴承固定在长方体框架底面直杆11和顶面直杆11上；所述四根长丝杠13分为第一组和第二组，每组两根；所述第一步进电机14通过皮带轮带动第一组中的一根长丝杠13旋转，这根长丝杠13用皮带轮和皮带与第一组内另一根长丝杠13连接，使第一组内另一根长丝杠13获得旋转动力；所述第二步进电机通过皮带轮带动第二组中的一根长丝杠13旋转，这根长丝杠13用皮带轮和皮带与第二组内另一根长丝杠13连接，使第二组内另一根长丝杠13获得旋转动力；
所述光源控制机构2分为两组，每组包括条形光源21、条形光源背面固定结构22和条形光源框架固定结构23；所述条形光源21固定在条形光源背面固定结构22上；所述条形光源背面固定结构22和条形光源框架固定结构23之间用铰链连接，能够调整条形光源21照射角度；所述条形光源框架固定结构23固定在长方体框架顶面直杆11上；两组光源控制机构2分别安装在顶面相对的两根直杆11上；
所述零件托盘3包括主支撑台31、圆形托盘32、四个带法兰的丝杠螺母33、第三步进电机34、止推轴承35、环状零件36、凸台和止动爪37；所述主支撑台31为十字交叉形，在十字的四个角上分别安装有带法兰的丝杠螺母33，四个带法兰的丝杠螺母33分别套接在四根长丝杠13的下端，长丝杠13转动，通过带法兰的丝杠螺母33带动主支撑台31上下移动；所述圆形托盘32在主支撑台31上方，圆形托盘32和主支撑台31通过两个凸台固定在止推轴承37两端；所述环状零件36通过多个均匀分布的螺栓固定安装在圆形托盘32下表面；所述环状零件36外表面与第三步进电机34的传动轴通过皮带轮连接，第三步进电机34工作时，通过第三步进电机34的传动轴带动环状零件36旋转，从而使圆形托盘32转动；所述环状零件36的内表面为内棘轮，与所述止动爪37配合控制旋转角度；
所述相机控制组件4包括横杆41、三根直线滑轨42、第四步进电机43、第五步进电机、第六步进电机、短丝杠45、丝杠螺母47、滑块48和相机固定座49；所述相机控制组件4为门型结构，所述三根直线滑轨42中的两根放置在门型结构的两侧，形成两根竖向滑轨，两根竖向滑轨的下端分别固定在主支撑台31相对的两个角上，两根竖向滑轨的上端用横杆41固定连接；所述三根直线滑轨32中的另一根的两端通过连接件和滑块分别安装在两根竖向滑轨上横杆41下方，形成横向滑轨；所述相机固定座49通过连接件和滑块安装在横向滑轨上，与第四步进电机43通过皮带连接，在第四步进电机43的驱动下相机固定座49能够沿着横向滑轨水平移动；所述短丝杠45通过设置在横向滑轨一端的丝杠螺母47与横向滑轨连接，短丝杠45与横向滑轨垂直，短丝杠45下端与第五步进电机转轴连接，第五步进电机转动，带动短丝杠45旋转，从而使横向滑轨沿着竖向滑轨上下移动；所述第六步进电机安装在相机固定座49的后端，第六步进电机转动，能使安装在相机固定座49上的相机以第六步进电机的转轴延长线为中心轴旋转。
优选地，所述直杆11和横杆41均为铝型材。
为解决大直径圆形托盘旋转过程中的高精度要求，本采集装置进行了两项改进：零件托盘中的环状零件直径远大于步进电机上的皮带轮直径，高传动比的皮带轮，搭配步进电机不存在累计误差的特性，有利于减小步进电机误差在圆形托盘上的体现；在与圆形托盘连接的环状零件的内缘为一内棘轮，该内棘轮与安装在主支撑台上的止动爪配合，完成零件托盘的高精度定分角。
本发明装置的使用场景如下：
1.验证光照对数据集质量的影响
保持相机控制组件固定，仅运动零件托盘和光源控制机构。以完成限定摄像机角度和距离，比对不同光线条件对数据集质量的影响。
2.验证摄像机位置对数据集质量的影响
保持升降式框架结构固定，运动相机控制组件和零件托盘。通过调整相机固定座在横纵导轨上的位置、相机固定座本身的角度和经由零件托盘旋转零件，以完成光照条件固定下，不同摄像机位置对数据集质量的影响。
3.自动化采集数据集
通过计算机控制相机控制组件、零件托盘和光源控制机构，设置合理的角度和距离变化梯度，即可以完成自动化的零件采集工作。

Claims (2)

1.一种零件识别数据集采集装置，其特征在于，包括升降式框架结构、光源控制机构、零件托盘和相机控制组件；所述升降式框架结构为长方体框架；所述光源控制机构安装在升降式框架结构的顶部，为零件提供照明；所述零件托盘安装在升降式框架结构内的下部，用于放置零件；所述相机控制组件安装在零件托盘上方，用于固定相机和改变相机与零件的相对位置；
所述升降式框架结构包括十二根直杆、四根长丝杠、第一步进电机和第二步进电机；所述十二根直杆构成一个长方体框架，定义长方体框架中与放置长方体框架的平面接触的面为底面，长方体框架中远离与放置长方体框架的平面接触的面为顶面；所述四根长丝杠平均分布在长方体框架相对的两个面上平行放置，每根长丝杠的两端分别通过法兰轴承固定在长方体框架底面直杆和顶面直杆上；所述四根长丝杠分为第一组和第二组，每组两根；所述第一步进电机通过皮带轮带动第一组中的一根长丝杠旋转，这根长丝杠用皮带轮和皮带与第一组内另一根长丝杠连接，使第一组内另一根长丝杠获得旋转动力；所述第二步进电机通过皮带轮带动第二组中的一根长丝杠旋转，这根长丝杠用皮带轮和皮带与第二组内另一根长丝杠连接，使第二组内另一根长丝杠获得旋转动力；
所述光源控制机构分为两组，每组包括条形光源、条形光源背面固定结构和条形光源框架固定结构；所述条形光源固定在条形光源背面固定结构上；所述条形光源背面固定结构和条形光源框架固定结构之间用铰链连接，能够调整条形光源照射角度；所述条形光源框架固定结构固定在长方体框架顶面直杆上；两组光源控制机构分别安装在顶面相对的两根直杆上；
所述零件托盘包括主支撑台、圆形托盘、四个带法兰的丝杠螺母、第三步进电机、止推轴承、环状零件、凸台和止动爪；所述主支撑台为十字交叉形，在十字的四个角上分别安装有带法兰的丝杠螺母，四个带法兰的丝杠螺母分别套接在四根长丝杠的下端，长丝杠转动，通过带法兰的丝杠螺母带动主支撑台上下移动；所述圆形托盘在主支撑台上方，圆形托盘和主支撑台通过两个凸台固定在止推轴承两端；所述环状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；所述环状零件外表面与第三步进电机的传动轴通过皮带轮连接，第三步进电机工作时，通过第三步进电机的传动轴带动环状零件旋转，从而使圆形托盘转动；所述环状零件的内表面为内棘轮，与所述止动爪配合控制旋转角度；
所述相机控制组件包括横杆、三根直线滑轨、第四步进电机、第五步进电机、第六步进电机、短丝杠、丝杠螺母、滑块和相机固定座；所述相机控制组件为门型结构，所述三根直线滑轨中的两根放置在门型结构的两侧，形成两根竖向滑轨，两根竖向滑轨的下端分别固定在主支撑台相对的两个角上，两根竖向滑轨的上端用横杆固定连接；所述三根直线滑轨中的另一根的两端通过连接件和滑块分别安装在两根竖向滑轨上横杆下方，形成横向滑轨；所述相机固定座通过连接件和滑块安装在横向滑轨上，与第四步进电机通过皮带连接，在第四步进电机的驱动下相机固定座能够沿着横向滑轨水平移动；所述短丝杠通过设置在横向滑轨一端的丝杠螺母与横向滑轨连接，短丝杠与横向滑轨垂直，短丝杠下端与第五步进电机转轴连接，第五步进电机转动，带动短丝杠旋转，从而使横向滑轨沿着竖向滑轨上下移动；所述第六步进电机安装在相机固定座的后端，第六步进电机转动，能使安装在相机固定座上的相机以第六步进电机的转轴延长线为中心轴旋转。
2.根据权利要求1所述的一种零件识别数据集采集装置，其特征在于，所述直杆和横杆均为铝型材。
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基于光纤位移传感器的曲面零件随动系统;彭亚楠 等;《新乡学院学报》;20160331;第33卷(第3期);37-41 *
微型零件半固态反挤压数据采集装置的设计;王俊园 等;《模具工业》;20121231;第38卷(第5期);6-9 *
铝合金整体壁板时效成形模具型面构造;甘忠 等;《机械工程学报》;20120831;第48卷(第16期);74-79 *

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