CN112747688A - 一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置及其应用 - Google Patents

一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置及其应用 Download PDF

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王翊州
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Abstract

本发明涉及一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置及其应用，装置包括支撑杆、安装杆、摄像头、位置检测探头和计算存储节点，支撑杆一端设置安装杆，支撑杆与安装杆组成T字型结构，安装杆上设置位置检测探头和计算存储节点，支撑杆上设置摄像头，摄像头和位置检测探头均连接计算存储节点，位置检测探头将产品位置信息实时传输给所述计算存储节点，计算存储节点根据位置信息进行判断，当产品进入所述摄像头视野中央时，摄像头完成一次拍照，并将产品外形图像保存在计算存储节点上。本发明有效提高了离散制造业生产产品的外观质量信息收集效率，减小生产环境对收集装置的干扰，提高了后续检测质量。

Description

一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置 及其应用
技术领域
本发明涉及一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置及其应用，属于质量检测技术领域。
背景技术
现代离散制造业产品外观质量检测流水线很大一部分仍是采用人眼检测的方式，即使使用摄像头采集数据计算机进行判断，整个系统也是一个开环系统，在图像采集过程中需要人工进行辅助定位，目前应用的一些定位技术，如编码器积分测得位移、激光定位等，存在误差累积或是生产环境存在振动干扰和信号干扰等，无法保证定位信号的准确性，影响产品外观图像抓取时的准确性，如中国专利文件CN109060810A公开的一种产品外观质量检测装置。
同时，制造业流水线边缘侧的计算存储节点选型千差万别，因此由底层不同而引起的架构的不同是无法避免的，而对它们逐个进行系统搭建既费时费力，又不利于应用的开发和运维，造成一系列的麻烦，从而不利于企业的扩大再生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，有效提高离散制造业生产产品的外观质量信息收集效率，减小生产环境对收集装置的干扰，提高了后续检测质量。
本发明还提供上述基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置的应用。
术语解释：
滤波算法：是指将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施，本发明使用的是平均滤波算法。
平均滤波算法，即传感器(本发明中指超声探头)以固定的采样周期采样N次，并对得到的N个数据取平均数，以此平均数作为传感器的输出值。平均滤波算法具有计算简单，算法复杂度低，时延小等特性，同时对高频干扰有良好的抑制效果。
本发明的技术方案如下：
一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，包括支撑杆、安装杆、摄像头、位置检测探头和计算存储节点，其中，
支撑杆一端设置安装杆，支撑杆与安装杆组成T字型结构，安装杆上设置位置检测探头和计算存储节点，支撑杆上设置摄像头，摄像头和位置检测探头均连接计算存储节点，所述位置检测探头将产品位置信息实时传输给所述计算存储节点，计算存储节点根据位置信息进行判断，当产品进入所述摄像头视野中央时，摄像头完成一次拍照，并将产品外形图像保存在计算存储节点上。
优选的，位置检测探头包括2个相同的带有温度补偿的超声测距模块，2个超声测距模块设置于安装杆两端，当检测产品沿检测产品流水线前进，2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离同时小于一个阈值时，计算存储节点根据位置返回的数据判断待检测的产品已到达摄像头视野中央适合拍照的位置，控制摄像头完成一次拍照，拍好的照片将被存储在本地的特定文件夹，同时还会通过requests库，发送至云服务器，交给云服务器进行识别等下一步操作；
若检测产品需要返回上一工序操作，检测产品流水线倒序运转，2个超声测距模块的超声探头检测到的距离虽然同时小于一个阈值，但其检测到产品的先后顺序不同，计算存储节点保持静默，摄像头无操作。
进一步优选的，2个超声测距模块之间的距离小于检测产品的宽度。
优选的，计算存储节点作为边缘节点，计算存储节点利用滤波算法，减小抖动以及其他外界因素的影响。
进一步优选的，利用容器技术，在所述的计算存储节点上根据任务类型以及任务量搭建不同种类以及数量的容器，在不同的容器内搭建所适用的操作系统以及环境；
在统一的计算存储节点的软件平台上，普适部署应用程序，定位、拍照以及上传使用一个容器1，多节点间的信息交互、任务监控以及调度使用一个容器2，容器1主要是负责计算存储节点作为边缘节点的本地工作，保证外观质检流水线任务的正常进行，容器2主要负责生产信息的传输，保证整个工厂内的生产信息畅通，保障智能生产的进行。另外，如再有需要的情况下，当计算存储节点的资源充足的情况下，可继续增设容器，以进行其他任务。
优选的，支撑杆设置于检测产品流水线一侧，摄像头抓取需要进行外形质量检测的产品的外形特征。
优选的，摄像头和位置检测探头均通过数据线连接计算存储节点，位置检测探头与计算存储节点通过串口或电平进行通信，如果使用串口通信，将位置检测探头与计算存储节点的串口相连；如果使用电平通信，将位置检测探头的发射端(Trig)和接收端(Echo)与计算存储节点的GPIO接口相连，两种通信方式使用的数据线为普通导线，摄像头与计算存储节点之间用相对的数据线相连，如使用USB摄像头即用USB线插在计算存储节点的USB接口上。
上述基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置的应用，操作步骤如下：
(1)检测开始，位置检测探头初始化，摄像头初始化；
(2)计算存储节点读取2个超声测距模块返回的超声测距模块至检测产品的距离信息，当2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离同时小于一个阈值时，计算存储节点根据位置返回的数据判断待检测的产品已到达摄像头视野中央适合拍照的位置，控制摄像头完成一次拍照，拍好的照片将被存储在本地的特定文件夹，同时通过requests库，将照片发送至云服务器，交给云服务器对产品外形特征进行采集识别，若2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离不满足设定或检测产品流水线倒序运转，则计算存储节点处于静默状态；
(3)生产线上还有待测产品时，继续步骤(2)，若生产线上无待测产品，则释放摄像头，检测结束。
本发明的有益效果在于：
1、本发明有效提高离散制造业生产产品的外观质量信息收集效率，通过位置检测探头检测精确拍摄位置，减小生产环境对收集装置的干扰，提高了后续检测质量。
2、本发明应用方便，可迅速应用于不同产品的外观质量检测。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明的结构示意图；
其中：1、检测产品流水线；2、支撑杆；3、安装杆；4、位置检测探头；5、超声探头；6、摄像头；7、计算存储节点；8、数据线。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1：
如图2所示，本实施例提供一种基于超声检测定位的空调外机外观质量信息收集装置，生产的空调外机在出厂前需要对其外形进行质量检测，如logo与机型是否匹配、位置是否正确、联机管与机型是否匹配且数量一致、外机旋风网与机型是否一致等。
装置包括支撑杆2、安装杆3、摄像头6、位置检测探头4和计算存储节点7，其中，
支撑杆2一端设置安装杆3，支撑杆2与安装杆3组成T字型结构，安装杆上设置位置检测探头4和计算存储节点7，支撑杆2上设置摄像头6，摄像头6和位置检测探头4均连接计算存储节点，所述位置检测探头将产品位置信息实时传输给所述计算存储节点，计算存储节点根据位置信息进行判断，当产品进入所述摄像头视野中央时，摄像头完成一次拍照，并将产品外形图像保存在计算存储节点上。
位置检测探头4包括2个相同的带有温度补偿的超声测距模块，2个超声测距模块设置于安装杆两端，当检测产品沿检测产品流水线前进，2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离同时小于一个阈值时，计算存储节点根据位置返回的数据判断待检测的产品已到达摄像头视野中央适合拍照的位置，控制摄像头完成一次拍照，拍好的照片将被存储在本地的特定文件夹，同时还会通过requests库，发送至云服务器，交给云服务器进行识别等下一步操作。
若检测产品需要返回上一工序操作，检测产品流水线倒序运转，2个超声测距模块的超声探头检测到的距离虽然同时小于一个阈值，但其检测到产品的先后顺序不同，计算存储节点保持静默，摄像头无操作。
2个超声测距模块之间的距离小于检测产品的宽度。
计算存储节点7作为边缘节点，计算存储节点利用滤波算法，减小抖动以及其他外界因素的影响。
利用容器技术，在所述的计算存储节点上根据任务类型以及任务量搭建不同种类以及数量的容器，在不同的容器内搭建所适用的操作系统以及环境；
在统一的计算存储节点的软件平台上，普适部署应用程序，定位、拍照以及上传使用一个容器1，多节点间的信息交互、任务监控以及调度使用一个容器2，容器1主要是负责计算存储节点作为边缘节点的本地工作，保证外观质检流水线任务的正常进行，容器2主要负责生产信息的传输，保证整个工厂内的生产信息畅通，保障智能生产的进行。另外，如再有需要的情况下，当计算存储节点的资源充足的情况下，可继续增设容器，以进行其他任务。
支撑杆2设置于检测产品流水线1一侧，摄像头6抓取需要进行外形质量检测的产品的外形特征。
摄像头6和位置检测探头4均通过数据线8连接计算存储节点，位置检测探头与计算存储节点通过串口或电平进行通信，如果使用串口通信，将位置检测探头与计算存储节点的串口相连；如果使用电平通信，将位置检测探头的发射端(Trig)和接收端(Echo)与计算存储节点的GPIO接口相连，两种通信方式使用的数据线为普通导线，摄像头与计算存储节点之间用相对的数据线相连，本方案使用15Pin的软排线连接摄像头与计算存储节点的摄像头接口。
实施例2：
一种基于超声检测定位的空调外机外观质量信息收集装置的应用，结构如实施例1所述，操作步骤如下：
(1)检测开始，位置检测探头初始化，摄像头初始化，待检测的空调外机随外形质量检测流水线移动；
(2)当待检测空调外机随流水线移动到位置检测探头下面时，超声探头5测得的距离将不是超声检测探头到流水线的距离，而是超声检测探头与空调外机的距离，计算存储节点读取2个超声测距模块返回的超声测距模块至空调外机的距离信息，当2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离同时小于一个阈值时，计算存储节点根据位置返回的数据判断待检测的产品已到达摄像头视野中央适合拍照的位置，控制摄像头完成一次拍照，拍好的照片将被存储在本地的特定文件夹，同时通过requests库，将照片发送至云服务器，交给云服务器对产品外形特征进行采集识别；
若2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离不满足设定或空调外机流水线倒序运转，则计算存储节点处于静默状态；
(3)生产线上还有待测产品时，继续步骤(2)，若生产线上无待测产品，则释放摄像头，检测结束，工作流程图如图1所示。
根据上述任务流程，使用python语言，编写适用于本方案的程序，控制各个执行机构进行工作。程序可划分为两个部分——检测程序与拍照上传程序。检测程序中，首先初始化位置检测探头4以及摄像头6，并进入循环检测是否有空调外机随流水线经过，当位置检测探头4检测到有外机通过时，程序通过函数os.system()函数调用拍照上传程序，当拍照上传程序执行完毕后，程序重新跳回检测程序并继续循环执行；拍照上传程序中，调用cv2.VideoCapture()函数通过摄像头6对图像进行抓取，使用cv2.imwrite()函数对图像进行保存，并根据文件存储目录和名称，使用requests库将文件发送给云服务器。
面向先进智能制造，使用容器技术(本方案中使用docker技术)，将平台计算和存储资源虚拟化、容器化，为本方案服务，编写了两个dockerfile，并以此建立相应的镜像，根据镜像建立相应的容器，而容器可在计算存储节点7上运行，并自动分割出相应的计算和存储资源可供使用，容器1作为计算存储节点7的任务完成系统，运行上述的检测程序和拍照上传程序，完成空调外机外观质量检测的任务，容器2作为专门负责通信的系统，与云中心进行实时的信息交互，上传任务完成情况，给云服务器进行任务调度和智能排产提供原始数据。为实现上述功能，容器1的dockerfile通过From指令使用raspberrypi os作为基础镜像，为保证检测程序和拍照上传程序的顺利运行，安装python3环境，安装opencv-python、Picamera等第三方库，通过CMD指令完成其对计算存储节点7各个接口的初始化；容器2的dockerfile通过From指令使用ubuntu作为基础镜像，安装python3环境，安装socket等第三方库，通过CMD指令开机自启动通信功能。容器间则通过bridge网络通过指定的开放端口，进行数据交互。

Claims (8)

1.一种基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，其特征在于，包括支撑杆、安装杆、摄像头、位置检测探头和计算存储节点，其中，
支撑杆一端设置安装杆，支撑杆与安装杆组成T字型结构，安装杆上设置位置检测探头和计算存储节点，支撑杆上设置摄像头，摄像头和位置检测探头均连接计算存储节点，所述位置检测探头将产品位置信息实时传输给所述计算存储节点，计算存储节点根据位置信息进行判断，当产品进入所述摄像头视野中央时，摄像头完成一次拍照，并将产品外形图像保存在计算存储节点上。
2.如权利要求1所述的基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，其特征在于，位置检测探头包括2个相同的带有温度补偿的超声测距模块，2个超声测距模块设置于安装杆两端。
3.如权利要求2所述的基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，其特征在于，2个超声测距模块之间的距离小于检测产品的宽度。
4.如权利要求2所述的基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，其特征在于，计算存储节点作为边缘节点，计算存储节点利用滤波算法，减小抖动以及其他外界因素的影响。
5.如权利要求4所述的基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，其特征在于，利用容器技术，在所述的计算存储节点上根据任务类型以及任务量搭建不同种类以及数量的容器，在不同的容器内搭建所适用的操作系统以及环境；
在统一的计算存储节点的软件平台上，普适部署应用程序，定位、拍照以及上传使用一个容器1，多节点间的信息交互、任务监控以及调度使用一个容器2。
6.如权利要求1所述的基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，其特征在于，支撑杆设置于检测产品流水线一侧，摄像头抓取需要进行外形质量检测的产品的外形特征。
7.如权利要求5所述的基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置，其特征在于，摄像头和位置检测探头均通过数据线连接计算存储节点，位置检测探头与计算存储节点通过串口或电平进行通信，摄像头与计算存储节点之间用相对的数据线相连。
8.一种如权利要求7所述的基于超声检测定位的离散制造业外观质量信息收集装置的应用，其特征在于，操作步骤如下：
(1)检测开始，位置检测探头初始化，摄像头初始化；
(2)计算存储节点读取2个超声测距模块返回的超声测距模块至检测产品的距离信息，当2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离同时小于一个阈值时，计算存储节点根据位置返回的数据判断待检测的产品已到达摄像头视野中央适合拍照的位置，控制摄像头完成一次拍照，拍好的照片将被存储在本地的特定文件夹，同时通过requests库，将照片发送至云服务器，交给云服务器对产品外形特征进行采集识别，若2个超声测距模块上的超声探头检测到的距离不满足设定或检测产品流水线倒序运转，则计算存储节点处于静默状态；
(3)生产线上还有待测产品时，继续步骤(2)，若生产线上无待测产品，则释放摄像头，检测结束。
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