CN113074633B - 一种物料外形尺寸的自动检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物料外形尺寸的自动检测系统及其检测方法，其针对工厂挤压、拉伸、矫直等热处理加工环节后的物料外形尺寸进行扫描重构，获取物料的形变情况，测量物料的边缘距离和表面平整度等尺寸，实现在线不停机状态时的物料尺寸自动检测。本发明系统利用物料的有无监测传感器，自动完成单个物料的三维系统连续重构和启停下根物料的自动重构工作，同时对该重构模型进行基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数等计算。该发明对物料加工过程进行监督反馈，为后面物料的进一步加工和加工工序合理组合提供有效数据参考，该发明可提高加工过程的自动化程度，提升加工物料的品质。

Description

一种物料外形尺寸的自动检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及物料的外形尺寸自动检测技术领域，尤其涉及将一种物料外形尺寸的自动检测系统及其检测方法。

背景技术

随着我国自动化程度的不断提高，人们对工厂的自动化水平和产品的品质提出了越来越高的要求。在如冶金、有色金属等深加工行业伴随着科技和工艺的不断精细和完善，对设备的自动化程度和品质要求也是越来越高。工厂以前的粗狂管理和主要利用人工进行参数调节的加工工序已经不能满足日益提高的使用要求和工艺需求。

现针对热处理加工后的物料形变检测应用较少，多是针对冷料的检测过程，其主要集中在利用激光投射、反射等方法上，均用在一些特定场合、特定面、特定参数的测量过程中，如弯曲度、直线度等。但其方法未对物料整体进行在线式的重构，无法快速获取整个物料的三维信息，无法对物料的整个形变进行在线式分析。即使有个别针对冷料进行三维测量的设备，不具有位置随动单元，仅可针对小的物料进行离线式的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种物料外形尺寸的自动检测系统及其检测方法，解决传统技术需通过中人工检测进行物料外形尺寸参数精度确定，导致精度差、识别效率低等问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种物料外形尺寸的自动检测系统，包括中央处理器和与中央处理器连接的360度测量装置、速度检测单元、物料有无监测单元和物料运动单元；

所述360度测量装置依次设置多台，360度测量装置将线激光源和双目视觉系统相结合，可实时获取被测物料可视范围内的外形尺寸；

所述速度检测单元选用速度编码器，实时获取物料运动信息；

所述物料运动单元带动物料运动；

所述物料有无监测单元检测是否有物料，作为中央处理单元开始或停止工作的标志；

所述中央处理单元包括软件重构单元和基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数计算单元；软件重构单元利用多台360度测量装置对被测物料进行基本框架重构，同时结合物料运动单元和速度检测单元进行连续的多次数据采集，补充框架结构中的中间参数。

进一步的，所述系统还包括位置随动单元，中央处理单元通过360度测量装置获取的物料圆心与线激光源中心位置的距离和物料半径信息，初步获取物料的外形尺寸，对位置随动单元的位置进行矫正进而带动360度测量装置移动，使得360度测量装置中心保持在物料圆心垂直轴线上。

进一步的，所述系统还包括冷却装置和温度传感器，温度传感器监测现场温度，所述冷却装置对系统进行冷却，冷却装置可选风冷或水冷。

进一步的，所述360度测量装置共设置三台，三台均匀分布在物料圆周一圈。

上述系统的工作步骤如下：

步骤1：开启命令下达，系统上电；

步骤2：根据现场温度传感器的温度实际值和设定值，中央处理单元判断冷却装置是否为系统进行冷却；

步骤3：物料检测单元检测是否有物料存在，无物料时，继续等待物料，有物料时，中央处理单元根据第一个360度测量装置所获取的数据，初步获取物料外形尺寸；

步骤4：中央处理单元判断360度测量装置中心是否在物料过圆心的垂直几何中心线上，进而判断位置随动单元是否需要移动，若需要移动，计算移动的距离和方向，并使位置随动单元移动，执行下一步；若不需要移动，执行下一步。

步骤5：中央处理单元利用速度检测单元检测的物料运行速度，结合三台360度测量装置多次获取的数据，进行三维模型重构；

步骤6：中央处理单元利用重构的三维模型和三台360度测量装置数据，计算物料的基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数；

步骤7：保存计算结果；

步骤8：判断是否人为结束，若是，执行步骤10；若不是，执行步骤9；

步骤9：判断是否还仍有料，如果否，对本次运行的整个物料重构模型进行整体加载和计算，保存数据，执行步骤3；如果是，执行步骤5；

步骤10：运行结束，等待下次开启命令。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明将线激光源和双目视觉系统结合运用到物料检测过程中，针对冶金、有色金属等深加工行业中挤压、拉伸、矫直等热处理加工环节后的物料外形尺寸进行扫描重构，对物料加工过程的参数进行监督反馈，为后面的物料进一步加工和加工工序合理组合提供有效数据参考，该发明可提高加工过程的自动化程度，提升加工物料的品质，同时，减少人工参与的成分，减小人力成本和人员调节造成的误差损失。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意框图；

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明针对工厂挤压、拉伸、矫直等热处理加工环节后的物料外形尺寸进行扫描重构，获取物料的形变情况，测量物料的边缘距离和表面平整度等尺寸。如棒材，获取它的直径、弯曲度和表面光滑度等参数，实现在线不停机状态时的物料尺寸自动检测。即利用物料的有无监测传感器，自动完成单个物料的三维系统连续重构和启停下根物料的自动重构工作。同时对该重构模型进行基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数等计算。该发明对物料加工过程进行监督反馈，为后面物料的进一步加工和加工工序合理组合提供了有效数据参考，该发明可提高加工过程的自动化程度，提升加工物料的品质。

本发明主要利用激光和双目结合的测量单元，完成物料在运行过程中的外形尺寸重构，利用物料的有无监测传感器，自动完成单个物料的三维系统连续重构和启停下根物料的自动重构工作，同时对该重构模型进行基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数计算。计算过程运用了坐标转换的方法，利用不同视角解析模型尺寸和变形参数。同时系统加入随动单元，对于不同规格物料，进行测量系统随动，以减小测量误差；对于系统冷却结构，配备相应的冷却装置，对测量系统进行保护；对于安装位置，选择易于通风的部位。该系统主要由三套360度测量装置，位置随动单元，物料有无监测单元、速度检测单元、冷却装置、物料运动单元、软件重构单元以及基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数计算单元。

参见图1，本发明系统主要包含以下几个功能：

1.中央处理单元：该系统的核心部分为中央处理单元，它包含物料整体外形结构的软件重构单元以及基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数计算单元两部分。软件重构单元利用三台同时测量的360度测量装置，对一定尺寸的物料进行基本框架重构，同时结合物料运动单元和速度检测单元进行连续的多次数据采集，补充框架结构中的中间参数。三台360度测量装置的安装位置可以根据现场情况和实际需求确定，结构可选择三台单独的分立式，配备三台独立冷却装置结构，或者选择整体式的结构。

2.360度测量装置：该装置将线激光源和双目视觉系统相结合，通过控制可实时获取被测物料可视范围内的物料外形尺寸；360度测量装置单次获取的为一条线信息，连续多次可获取的为面信息，该面可为曲面和平面，由物料表面形状决定。

3.速度检测单元：利用速度编码器等速度检测传感器，实时获取物料运动信息，中央处理单元根据物料运动信息参数调节360度测量装置的数据捕获速度，以达到重构模型参数与物料实际位置相一致的目的。

4.位置随动单元：由于该检测过程利用线激光源和双目视觉系统相结合方式，在双目视觉系统中心位置和边缘位置进行了角度的换算，从而得到准确的距离信息，但该矫正过程仍然存在一定的误差，离中心位置越远，其误差越大；为了进一步消除该误差，本发明设计了测量装置的位置随动单元，通过360度测量装置检测物料中心位置和物料半径信息，初步获取物料的外形尺寸，对位置随动单元的位置进行矫正，使得360度测量装置中心保持在物料中心垂直轴线上。

5.物料有无监测单元：该单元是中央处理单元的物料模型重构和尺寸测量开始和停止的标志；它包含前后两个位置，当检测有物料时，中央处理单元开始重构模型和尺寸测量，一直循环该过程，直到物料监测单元监测无料为止，中央处理单元处理和保存该物料的数据，结束360度测量装置、模型重构和尺寸计算工作，直到下次物料监测单元监测到物料，重新开始以上过程。

6.冷却装置：由于该系统主要的应用场合是针对工厂挤压、拉伸、矫直等热处理加工环节后的物料进行外形尺寸扫描重构和计算，其被测物料具有高温的特性，所以需要冷却装置对系统进行冷却，在这里根据不同的物料大小、物料温度可选择不同的冷却方式，如风冷或水冷，也可选择不同的安装方式，系统内部多位置安装或是外部安装。

7.物料运动单元：为了构造具有小分辨率的重构模型，利用运动单元带动物料运动，从而借助相对固定的360度测量装置测量运动的不同时刻的连续的物料数据，完成和细化重构模型，也可以不考虑物料轻微抖动的问题，准确的计算单位距离物料形变情况。

参见图2，本发明系统的工作步骤主要包括：

步骤1：系统上电，系统等待，不断判断是否工作状态，可以选择开始自动运行按钮。

步骤2：选择自动开始按钮后，冷却装置开始准备工作，是否工作，根据现场三台温度传感器的温度实际值和设定值决定；冷却装置的结构与360度测量装置的结构相配合，安装在同一个360度环绕的机械安装架上。

步骤3：前面的物料检测单元检测是否有物料存在，无物料时，继续等待至物料存在；当检测到有物料时，中央处理单元根据第一台360度测量装置所获取的数据，计算物料外形尺寸。

步骤4：判断360度测量装置是否在物料的垂直几何中心线上，位置随动单元是否需要移动，若需要移动，计算移动的距离和方向，并使位置随动单元移动带动360度测量装置至物料中心位置，继续下步；若不需要移动，直接继续下步。

步骤5：利用中央处理单元和速度检测单元检测物料的运行速度，结合三台360度测量装置获取的多次数据，进行三维模型重构；该三台360度测量设备每秒获取的数据频率，与三台360度测量设备两两安装距离和速度有关，距离和速度的比值与该采样频率为正比例关系，该频率最大值受到测量装置硬件本身的限制。

步骤6：利用中央处理单元重构的三维模型，和三台360度测量设备的测量数据，计算物料的基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数等信息。

步骤7：保存计算结果。

步骤8：判断是否人为结束，若是，执行步骤10；若不是，执行步骤9。

步骤9：前面的物料检测单元判断是否有料，如果无料，对本次运行的整个物料重构模型进行整体加载和计算，保存数据，结束工作；执行步骤3；如果有料，执行步骤5。

步骤10：保存数据，运行结束，等待下次开启命令。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内的局部修改或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (1)

1.一种物料外形尺寸自动检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下工作步骤：

步骤 1：开启命令下达，系统上电；

步骤 2：根据现场温度传感器的温度实际值和设定值，中央处理单元判断冷却装置是否为系统进行冷却；

步骤 3：物料检测单元检测是否有物料存在，无物料时，继续等待物料，有物料时，中央处理单元根据第一个 360 度测量装置所获取的数据，初步获取物料外形尺寸；

步骤 4：中央处理单元判断 360 度测量装置中心是否在物料过圆心的垂直几何中心线上，进而判断位置随动单元是否需要移动，若需要移动，计算移动的距离和方向，并使位置随动单元移动，执行下一步；若不需要移动，执行下一步；

步骤 5：中央处理单元利用速度检测单元检测的物料运行速度，结合三台 360 度测量装置多次获取的数据，进行三维模型重构；

步骤 6：中央处理单元利用重构的三维模型和三台 360 度测量装置数据，计算物料的基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数；

步骤 7：保存计算结果；

步骤 8：判断是否人为结束，若是，执行步骤 10；若不是，执行步骤 9；

步骤 9：判断是否还仍有料，如果否，对本次运行的整个物料重构模型进行整体加载和计算，保存数据，执行步骤 3；如果是，执行步骤 5；

步骤 10：运行结束，等待下次开启命令；

上述检测方法所使用的检测系统包括中央处理器和与中央处理器连接的 360 度测量装置、速度检测单元、物料有无监测单元和物料运动单元；

所述 360 度测量装置依次设置多台，360 度测量装置将线激光源和双目视觉系统相结合，可实时获取被测物料可视范围内的外形尺寸；

所述速度检测单元选用速度编码器，实时获取物料运动信息；

所述物料运动单元带动物料运动；

所述物料有无监测单元检测是否有物料，作为中央处理单元开始或停止工作的标志；

所述中央处理单元包括软件重构单元和基本尺寸、形变尺寸和光滑度参数计算单元；软件重构单元利用多台 360 度测量装置对被测物料进行基本框架重构，同时结合物料运动单元和速度检测单元进行连续的多次数据采集，补充框架结构中的中间参数；

所述系统还包括位置随动单元，中央处理单元通过 360 度测量装置获取的物料圆心与线激光源中心位置的距离和物料半径信息，初步获取物料的外形尺寸，对位置随动单元的位置进行矫正进而带动 360 度测量装置移动，使得 360 度测量装置中心保持在物料圆心垂直轴线上；所述系统还包括冷却装置和温度传感器，温度传感器监测现场温度，所述冷却装置对系统进行冷却，冷却装置可选风冷或水冷；

所述 360 度测量装置共设置三台，三台均匀分布在物料圆周一圈。

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