CN113305037A - 一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，包括以下步骤：S1、工业摄像机实时采集轮辋图像，实时地将图像输入到边缘计算设备中；S2、对图像进行焊缝定位，判断其位置与预设减速线是否重合；S3、当所述第一检测结果为是时，转台匀减速到指定速度，在此过程中，实时采集图像进行焊缝定位，判断其位置与预设刹车线是否重合；S4、当所述第二检测结果为是时，转台停止旋转，对轮辋进行气密性检测，得到第三检测结果。本发明具备检测效率高，检测效果好，检测成本低，功耗低，可靠性高，适合工业现场应用的优点。

Description

一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法
技术领域
本发明涉及轮辋焊缝定位技术领域，具体为一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法。
背景技术
随着工业进步和技术发展，现如今无内胎轮辋在工业生产中成为主流，轮辋检测中的重要环节是轮辋焊缝定位，定位后通过加压进行气密性检测或者通过机器视觉进行缺陷检测。目前在轮辋焊缝定位方面，主要采取人工识别和无损检测的方式。然而，由于轮辋结构复杂，人工肉眼方式识别效率低、准确率低、成本高，工人劳动负荷较大，往往不能满足生产需求；无损检测有超声检测、渗透检测、红外检测等方式，但受限于检测方式的特点，检测速度慢并且结果误差大。
若直接从轮辋中心轴线方向采集图像，使用深度学习的方式，利用高性能服务器对图像目标进行定位，虽解决了人工干预带来的问题，能够识别出轮辋焊缝位置并计算出角度，然后驱动轮辋旋转指定角度，但高性能服务器也带来高成本和受限于复杂工业生产环境的可靠性，很难适应工业现场的要求。
因此，提高焊缝定位精度和速度，改善复杂环境下检测系统的鲁棒性成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，具备检测效率高，检测效果好，检测成本低，功耗低，可靠性高，适合工业现场应用的优点，解决了若直接从轮辋中心轴线方向采集图像，使用深度学习的方式，利用高性能服务器对图像目标进行定位，虽解决了人工干预带来的问题，能够识别出轮辋焊缝位置并计算出角度，然后驱动轮辋旋转指定角度，但高性能服务器也带来高成本和受限于复杂工业生产环境的可靠性，很难适应工业现场的要求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，包括以下步骤：
S1、部署边缘计算设备，边缘计算设备分别与显示器、PLC及摄像机通讯连接，PLC与伺服电机电性连接，伺服电机的顶端安装有旋转圆台，旋转圆台上放置有轮辋，摄像机实时采集轮辋图像，摄像机设定距离由实际工业场景计算设定；
S2、摄像机将采集到的图像输入到边缘计算设备中，经过预训练的目标检测模型进行焊缝定位，得到焊缝目标标注矩形框的中心点的横坐标xmid，
Figure BDA0003095104040000021
判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设减速线横坐标是否重合，得到第一检测结果，第一检测结果为是时，发送PLC匀减速指令，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设减速线横坐标相重合的计算过程为：预设减速线需要根据实地场景人为设定，其横坐标为xA；若xA-xmid＝0，第一检测结果为是，即重合；
S3、承载轮辋的圆台进行匀减速旋转，当圆台匀减速到指定速度时，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设刹车线横坐标是否重合，得到第二检测结果，第二检测结果为是时，发送PLC停止指令，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设刹车线横坐标相重合的计算过程为：预设刹车线需要根据实地场景人为设定，其横坐标为xB；若xB-xmid＝0，第二检测结果为是，即重合；
S4、承载轮辋的圆台停止旋转，气密性检测装置对轮辋进行气密性检测，如果轮辋不漏气，则轮辋进入下一环节；反之，回收装置对轮辋进行回收。
优选的，S2中预训练的目标检测模型，为基于Halcon深度学习目标检测的pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型，模型将识别出的焊缝用矩形框标注出，以轮辋图像的左上角为原点建立直角坐标系，矩形框的左上角和右下角坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)。利用矩形框的左上角和右下角坐标可以求出矩形框的宽度w，w＝x2-x1，然后利用矩形框的左上角横坐标和矩形框的宽度得到焊缝目标标注矩形框中心点横坐标xmid，
Figure BDA0003095104040000031
优选的，pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型是将训练样本输入到pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型的ResNet-50网络进行训练得到的，训练样本获取过程为通过摄像头采集视频，并进行视频抽帧，筛选出其中存在焊缝的轮辋图像，对筛选出的图像进行人工标记，使用Halcon标注工具Deep Learning Tool，对每张图像上存在的焊缝用尽可能小的矩形框标注出来，为保证检测的精确度和鲁棒性，采集的图像要包含多种类型的轮辋。
优选的，S2中焊缝目标标注矩形框中心点横坐标的计算过程为：轮辋图像输入到预训练目标检测模型中，模型将识别出的焊缝用矩形框标注出，以轮辋图像的左上角为原点建立直角坐标系，矩形框的左上角和右下角坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，利用矩形框的左上角和右下角坐标可以求出矩形框的宽度w，w＝x2-x1，然后利用矩形框的左上角横坐标和矩形框的宽度得到焊缝目标标注矩形框中心点横坐标xmid，
Figure BDA0003095104040000032
优选的，根据边缘计算设备进行焊缝定位得到的xmid值，与预设的减速线xA进行比较，若xmid≥xA，(t1时刻，焊缝定位的位置到达预设的减速线xA)，边缘计算设备发送匀减速旋转的信号给PLC，PLC驱动伺服电机控制旋转圆台进行匀减速到指定速度wB，t2时刻，PLC发送当前旋转圆台转速为30°/s的信号给边缘计算设备。
优选的，当旋转圆台转速到达指定速度wB时，旋转圆台以此速度继续进行匀速运动(保证轮辋每秒转过的角度足够小，降低因旋转圆台转速快产生的误差)，t3时刻，焊缝定位的位置到达预设的刹车线xB，边缘计算设备发送停止指令给PLC，PLC驱动伺服电机控制旋转圆台立刻停止。若t2-t1时间段内未完成减速，则需要增大xA和xB之间的距离，以确保轮辋能够在刹车线和减速线的范围内(xB-xA)完成减速，并进行正常刹车。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：具备体积小、成本低、可靠性高适合工业现场应用，可有效克服现有技术中存在的人工检测效率低，检测效果较差；大型服务器检测成本高，功耗高，可靠性差，不适合工业现场应用，且从轮辋中心轴线方向采集图像进行焊缝定位和径向方向不采用减速方法采集图像进行焊缝定位的误差大以及检测耗时的缺点。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明的结构连接关系示意图；
图3为本发明的角速度变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法的技术方案
一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，包括以下步骤：
S1、部署边缘计算设备，边缘计算设备分别与显示器、PLC及摄像机通讯连接，PLC与伺服电机电性连接，伺服电机的顶端安装有旋转圆台，旋转圆台上放置有轮辋，摄像机实时采集轮辋图像，摄像机设定距离由实际工业场景计算设定；
S2、摄像机将采集到的图像输入到边缘计算设备中，经过预训练的目标检测模型进行焊缝定位，根据边缘计算设备进行焊缝定位得到的xmid值，与预设的减速线xA进行比较，若xmid≥xA，(t1时刻，焊缝定位的位置到达预设的减速线xA)，边缘计算设备发送匀减速旋转的信号给PLC，PLC驱动伺服电机控制旋转圆台进行匀减速到指定速度wB，t2时刻，PLC发送当前旋转圆台转速为30°/s的信号给边缘计算设备，得到焊缝目标标注矩形框的中心点的横坐标xmid，
Figure BDA0003095104040000051
判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设减速线横坐标是否重合，得到第一检测结果，第一检测结果为是时，发送PLC匀减速指令，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设减速线横坐标相重合的计算过程为：预设减速线需要根据实地场景人为设定，其横坐标为xA；若xA-xmid＝0，第一检测结果为是，即重合，预训练的目标检测模型，为基于Halcon深度学习目标检测的pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型，模型将识别出的焊缝用矩形框标注出，以轮辋图像的左上角为原点建立直角坐标系，矩形框的左上角和右下角坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)。利用矩形框的左上角和右下角坐标可以求出矩形框的宽度w，w＝x2-x1，然后利用矩形框的左上角横坐标和矩形框的宽度得到焊缝目标标注矩形框中心点横坐标xmid，
Figure BDA0003095104040000061
pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型是将训练样本输入到pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型的ResNet-50网络进行训练得到的，训练样本获取过程为通过摄像头采集视频，并进行视频抽帧，筛选出其中存在焊缝的轮辋图像，对筛选出的图像进行人工标记，使用Halcon标注工具Deep Learning Tool，对每张图像上存在的焊缝用尽可能小的矩形框标注出来，为保证检测的精确度和鲁棒性，采集的图像要包含多种类型的轮辋，焊缝目标标注矩形框中心点横坐标的计算过程为：轮辋图像输入到预训练目标检测模型中，模型将识别出的焊缝用矩形框标注出，以轮辋图像的左上角为原点建立直角坐标系，矩形框的左上角和右下角坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)。利用矩形框的左上角和右下角坐标可以求出矩形框的宽度w，w＝x2-x1，然后利用矩形框的左上角横坐标和矩形框的宽度得到焊缝目标标注矩形框中心点横坐标xmid，
Figure BDA0003095104040000062
S3、承载轮辋的圆台进行匀减速旋转，当圆台匀减速到指定速度时，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设刹车线横坐标是否重合，得到第二检测结果，第二检测结果为是时，发送PLC停止指令，当旋转圆台转速到达指定速度wB时，旋转圆台以此速度继续进行匀速运动(保证轮辋每秒转过的角度足够小，降低因旋转圆台转速快产生的误差)，t3时刻，焊缝定位的位置到达预设的刹车线xB，边缘计算设备发送停止指令给PLC，PLC驱动伺服电机控制旋转圆台立刻停止。若t2-t1时间段内未完成减速，则需要增大xA和xB之间的距离，以确保轮辋能够在刹车线和减速线的范围内(xB-xA)完成减速，并进行正常刹车，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设刹车线横坐标相重合的计算过程为：预设刹车线需要根据实地场景人为设定，其横坐标为xB；若xB-xmid＝0，第二检测结果为是，即重合；
S4、承载轮辋的圆台停止旋转，气密性检测装置对轮辋进行气密性检测，如果轮辋不漏气，则轮辋进入下一环节；反之，回收装置对轮辋进行回收。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、部署边缘计算设备，边缘计算设备分别与显示器、PLC及摄像机通讯连接，PLC与伺服电机电性连接，伺服电机的顶端安装有旋转圆台，旋转圆台上放置有轮辋，摄像机实时采集轮辋图像，摄像机设定距离由实际工业场景计算设定；
S2、摄像机将采集到的图像输入到边缘计算设备中，经过预训练的目标检测模型进行焊缝定位，得到焊缝目标标注矩形框的中心点的横坐标xmid，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设减速线横坐标是否重合，得到第一检测结果，第一检测结果为是时，发送PLC匀减速指令，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设减速线横坐标相重合的计算过程为：预设减速线需要根据实地场景人为设定，其横坐标为xA；若xA-xmid＝0，第一检测结果为是，即重合；
S3、承载轮辋的圆台进行匀减速旋转，当圆台匀减速到指定速度时，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设刹车线横坐标是否重合，得到第二检测结果，第二检测结果为是时，发送PLC停止指令，判断目标标注矩形框的中心点的横坐标与预设刹车线横坐标相重合的计算过程为：预设刹车线需要根据实地场景人为设定，其横坐标为xB；若xB-xmid＝0，第二检测结果为是，即重合；
S4、承载轮辋的圆台停止旋转，气密性检测装置对轮辋进行气密性检测，如果轮辋不漏气，则轮辋进入下一环节；反之，回收装置对轮辋进行回收。
2.根据权利要求1所述的一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，其特征在于：S2中预训练的目标检测模型，为基于Halcon深度学习目标检测的pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型，模型将识别出的焊缝用矩形框标注出，以轮辋图像的左上角为原点建立直角坐标系，矩形框的左上角和右下角坐标分别为(x1,y1)，(x2,y2)，利用矩形框的左上角和右下角坐标可以求出矩形框的宽度w，w＝x2-x1，然后利用矩形框的左上角横坐标和矩形框的宽度得到焊缝目标标注矩形框中心点横坐标xmid，
Figure FDA0003095104030000021
3.根据权利要求2所述的一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，其特征在于：pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型是将训练样本输入到pretrained_dl_classifier_resnet50.hdl模型的ResNet-50网络进行训练得到的，训练样本获取过程为通过摄像头采集视频，并进行视频抽帧，筛选出其中存在焊缝的轮辋图像，对筛选出的图像进行人工标记，使用Halcon标注工具Deep Learning Tool，对每张图像上存在的焊缝用尽可能小的矩形框标注出来，为保证检测的精确度和鲁棒性，采集的图像要包含多种类型的轮辋。
4.根据权利要求1所述的一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，其特征在于：S2中焊缝目标标注矩形框中心点横坐标的计算过程为：轮辋图像输入到预训练目标检测模型中，模型将识别出的焊缝用矩形框标注出，以轮辋图像的左上角为原点建立直角坐标系，矩形框的左上角和右下角坐标分别为(x1,y1)，(x2,y2)。利用矩形框的左上角和右下角坐标可以求出矩形框的宽度w，w＝x2-x1，然后利用矩形框的左上角横坐标和矩形框的宽度得到焊缝目标标注矩形框中心点横坐标xmid，
Figure FDA0003095104030000022
5.根据权利要求1所述的一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，其特征在于：根据边缘计算设备进行焊缝定位得到的xmid值，与预设的减速线xA进行比较，若xmid≥xA，(t1时刻，焊缝定位的位置到达预设的减速线xA)，边缘计算设备发送匀减速旋转的信号给PLC，PLC驱动伺服电机控制旋转圆台进行匀减速到指定速度wB，t2时刻，PLC发送当前旋转圆台转速为30°/s的信号给边缘计算设备。
6.根据权利要求1所述的一种转台减速提高轮辋焊缝径向定位精度方法，其特征在于：当旋转圆台转速到达指定速度wB时，旋转圆台以此速度继续进行匀速运动(保证轮辋每秒转过的角度足够小，降低因旋转圆台转速快产生的误差)，t3时刻，焊缝定位的位置到达预设的刹车线xB，边缘计算设备发送停止指令给PLC，PLC驱动伺服电机控制旋转圆台立刻停止。若t2–t1时间段内未完成减速，则需要增大xA和xB之间的距离，以确保轮辋能够在刹车线和减速线的范围内(xB-xA)完成减速，并进行正常刹车。
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