CN113418865B - 工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统，包括依次连接的推入式入料机构、红外测距机构、全方位线扫采集机构和出料机构；所述全方位线扫采集机构包括双开口通道和错位安装在所述双开口通道内的4组线扫采集系统，所述双开口通道的底部具有检测口；其中3组线扫采集系统分别包括线扫相机和伺服电机，所述伺服电机控制所述线扫相机移动，所述3组线扫采集系统分别安装在所述双开口通道内的顶壁和两个侧壁，所述红外测距机构分别对应所述3组线扫采集系统设置，所述伺服电机分别根据红外测距机构的数据控制所述线扫相机移动，另一组线扫采集系统安装在所述双开口通道的检测口内；扫描采集前，所述线扫相机预先设定感兴趣区域(ROI)。

Description

工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统

技术领域

本发明涉及森工行业锯材加工的检测领域，尤其涉及工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统。

背景技术

机器视觉应用在各种产业的生产制造及质量检测已有多年，利用机器视觉可以提升检测精度或加速生产速度，因此这一技术已逐渐变成许多生产检测设备必备的一环。目前，市面上的影像检测系统大多采用面阵扫描(Area-scan)的方式，但随着产品尺寸的加大(例如LCD面板)、提高产能及精度等要求不断的提高，面扫相机的分辨率及取像速度无法满足这些要求。为解决这些问题，线扫相机(Line-scan)应运而生，成为高速、高精度及大尺寸幅面工件检测的首选方案。无论是检查图像的边角，还是评估表面劣化，线扫描相机都是表面质量检测的绝佳选择。然而，线扫系统高质量的图像不可避免地带来了图像数据规模的急剧膨胀，尤其是在工件尺寸较大、采样分辨率要求较高时，单幅图像的大小经常接近或超过1百兆，而高速扫描的特性又迫使线扫视觉系统需要在很短的时间采集并处理大量的图像，海量的数据规模无论对于图像处理算法，还是硬件的采集和传输都造成了巨大的压力。以锯材工件表面为例，若想利用线扫视觉系统对锯材四个表面全方位同时进行处理，系统的软硬件开销非常巨大。

目前，对于全方位线扫视觉系统，主要有两种解决方案，其一是只用一个线扫相机，每次只扫描工件的一个平面，然后借助于一个翻转及导轨滑块机构，或者翻转相机或者翻转工件，逐个对工件表面进行扫描。这种方案由于只扫描一个表面，相比于全方位扫描，数据的规模要小得多，但由于要反复翻转并逐面进行扫描，生产效率和自动化水平较低。另一种方案，采用提高视觉系统的硬件性能来满足全方位线扫描的需求，如提高线扫相机的扫描频率，采用具有高速协议的高速线扫相机等。然而，这些高精密的器件无疑推高了整个系统的成本，以一套四面全方位商用锯材线扫视觉系统为例，价格往往动辄上百万。另一方面，目前常见的线扫描视觉系统只是针对同一规格的工件，当工件尺寸发生变化时，需要反复调整机构以适应工件的尺寸，系统的适应性较差。因此，如何将常规的线扫系统硬件有效集成，并设计满足全方位、工件规格自适应的软硬件装置，对于降低自动化生产线的成本、调高系统自动化程度意义重大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提出工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统，其包括依次连接的推入式入料机构、红外测距机构、全方位线扫采集机构和出料机构；所述全方位线扫采集机构包括双开口通道和错位安装在所述双开口通道内的4组线扫采集系统，所述双开口通道的底部具有检测口；其中3组线扫采集系统分别包括线扫相机伺服电机，所述伺服电机控制所述线扫相机移动，所述3组线扫采集系统分别安装在所述双开口通道内的顶壁和两个侧壁，所述红外测距机构分别对应所述3组线扫采集系统设置，所述伺服电机分别根据红外测距机构的数据控制所述线扫相机移动，另一组线扫采集系统包括线扫相机，所述线扫相机安装在所述双开口通道的检测口内；扫描采集前，所述线扫相机预先设定感兴趣区域(ROI)。

在另一较佳实施例中，每个相机的两侧对称安装条状LED光源。

在另一较佳实施例中，所述检测口上设有玻璃，底壁的相机的LED光源亮度相比其他相机的LED光源亮度增强。

在另一较佳实施例中，所述检测口位于所述推入式入料机构的输出端和所述出料机构的输出端之间。

在另一较佳实施例中，相邻两组线扫采集系统的错位安装距离为10cm。

在另一较佳实施例中，其中一部分的线扫相机分别通过交换机连接主机，另一部分的线扫相机分别通过USB接口连接主机。

在另一较佳实施例中，所述线扫相机扫描的频率与所述推入式入料机构的输送频率相同。

在另一较佳实施例中，所述双开口通道包括可相互拼接的4组通道单元，所述4组线扫采集系统分别安装在所述4组通道单元内。

本发明的有益效果是：

1、本发明的工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统，围绕锯材的四个表面，采用错位式安装方式分别布置4套线扫集成采集系统，依靠ROI和多线程技术优化图像采集处理速度；选择USB转485网络接口辅助千兆交换机传输方式，保证普通网口线扫相机的四通道数据传输；将红外测距融入检测装置闭环伺服使线扫焦距适应工件尺寸的问题，避免了反复手动调整机构，提高了视觉检测系统对于工件规格的自适应性；同时，整套装置采用三段式系统集成化接入方案，可直接移植入现有的生产线当中，增强了该装置在自动化生产线上的可移植性。

2、四台线扫相机集成于一个装置之中，布局紧凑，尺寸小，无需翻转机构，一次完成锯材扫描。

3、整套装置采用三段式系统集成化接入方案，不会受到入料和出料运动的影响，可直接移植入现有的生产线当中，增强了该装置在自动化生产线上的可移植性。

4、采用了适于锯材的图像优化处理及网络通讯方法，保证了四通道图像数据的处理和传输。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统不局限于实施例。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的俯视结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例的侧视结构示意图。

图3是本发明一较佳实施例使用中的侧视结构示意图。

图4是本发明一较佳实施例的图像采集数据通信原理框图。

具体实施方式

实施例参见图1至图3所示，本发明的工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统，是围绕一锯材工件100的四个表面分别布置4个普通线扫相机，分别定义为上线扫1、下线扫2、左线扫3和右线扫4。每个相机配备两条对称安装的、沿运动方向的条状LED光源照明5，对称安装的目的是保证双侧打光均匀，二者整体构成一个方向的视觉采集系统。

每个方向的视觉采集系统采用错位式安装，如图所示，即每个相机分别正对工件的上、下、左、右安装，安装间隔为10cm。错位式安装的目的是可以避免光线干扰，并留出足够的测量及检测时间。其中，下扫描相机的安装较为特殊，为避免工件对于相机采集线路的遮挡，在检测装置的底部打开一个孔洞，孔洞上安装一个薄玻璃，这样工件的下表面可以被下线扫2采集到，但光线透过薄玻璃会有一定衰减，为保证工件四个表面受光量基本一致，下线扫2的光源比其他光源亮度调高30％。

考虑到锯材工件规格特点，本实施例提出一种三段式视觉检测系统集成化接入方案。将错位式、全方向视觉采集系统成组安装于一个装置之中，该装置前端接入推送式入料机构6，后端连接出料机构7。这种一推一送的三段式系统集成化接入方案，使得该装置可以仅仅作为一个独立的视觉检测系统连接生产线的输入和输出，不会受到入料和出料运动的影响。这样的结构便于该装置作为一个独立的整体，可以直接移植入现有的生产线当中，增强了该装置在自动化生产线上的可移植性。更进一步地，由于该装置是按照方向进行组合配置的，每个方向亦可以独立形成一个模块，可以根据实际加工的需求自由组合和配置，增强了该装置在自动化生产线上的可扩展性和可伸缩性。

由于自动变焦线扫相机及镜头价格非常昂贵，如果采用普通定焦线扫相机及镜头，当工件尺寸发生变化时，需要反复手动调整机构以使相机焦距适应工件的尺寸，系统的适应性较差。为此，本实施例提出一种融合红外测距及闭环伺服的自适应的锯材集成化线扫视觉检测系统。

在上线扫1、左线扫3和右线扫4的机架上各安装一个伺服电机，用于形成适于工件规格的自适应伺服运动。

在本实施例的全方位线扫采集机构的前端，分别于正对上表面和侧表面两个方向加入红外测距传感器10和11，传感器安装位置需保证传送锯材至检测装置前，伺服机构已完成相应的伺服动作，工件的上表面和侧表面与红外测距传感器的实时测定距离分别为d_UP、d_SIDE。

打开线扫相机及光源，调整上扫描和侧扫描相机与工件的距离，确定线扫图像采集清晰的位置，记录此时红外测距传感器的数值为d_UP_SET、d_SIDE_SET。当工件尺寸发生变化后，如果(d_UP-d_UP_SET)＜d1，(d1是保证相机不失焦的距离)，则闭环伺服不运动，否则，闭环相机补偿d_UP直至满足d_UP_SET。侧扫描补偿原理类似，如果(d_SIDE-d_SIDE_SET)＜d2，(d2是保证相机不失焦的距离)，则闭环伺服不运动，否则，闭环相机补偿d_SIDE直至满足d_SIDE_SET。

这样，在安装本实施例的集成化线扫视觉检测系统之前，只需一次校准线扫相机的图像，以后无论工件规格如何变化，均可利用闭环伺服机构进行补偿，避免了反复手动调整机构以使线扫焦距适应工件尺寸的问题，提高了视觉检测系统对于工件规格的自适应性。

本实施例需要针对锯材的四个表面同时进行处理，系统软硬件开销较大，必须采用合适的采集、处理及传输方案才能满足大数据量图像分析处理的要求。

相比于其他工件，锯材的尺寸形状一般呈长矩形，即长度非常长，宽度和高度的尺寸相近，且远逊于长度。针对锯材这种特殊的形状特点，可以采用相应的表面处理方式。

将锯材的长度设置为机构运动的方向，线扫图像主要依靠锯材在长度方向上的运动来逐行拼接，因此需要设定相机扫描的频率与输送机构的输送频率一致，以免图像出现压缩或伸长等失真现象。在锯材的宽度和高度方向上，由于并不需要使用到线扫相机的所有分辨率资源，即预先屏蔽掉不需要的扫描区域，只保留适合锯材宽度和高度的扫描区域，因此可以充分利用锯材的构型特点，通过提前在相机内部手动设置ROI(Region ofInterest)来压缩图像扫描数据量，这一技巧不仅可以灵活地根据锯材实际尺寸调整，更重要的是一般可将图像的数据压缩几十倍，节省了后续图像处理的计算开销。

本系统虽然采用了错位空间的布局，但由于锯材输送速度较快，在实际进行四个方向采集时，基本等同于同时采集，因此可以充分利用多核处理器资源，为每个方向的线扫采集分配独立的线程，并发处理采集和拼接。

为降低装置的成本，本实施例使用的线扫相机采用的是最基本的网口通讯线形式，结合普通千兆以太网交换机，通过配置，保证了全方位线扫的需求。

将多个相机连接到千兆以太网交换机后，再将交换机与电脑主机NIC用屏蔽线相连，能够成功稳定地同时检索到相机。然而，普通的网线通讯传输数据量有限，经过实测，如果将4个相机同时连接到一个千兆以太网交换机上，将出现数据传输不及时所引起的卡顿现象。

为此，参见图4所示，本实施例采用1台千兆以太网交换机8，连接3个线扫相机，此3个相机基本已经把网络通讯带宽用尽，如果再连接一个线扫相机，就会出现数据阻塞现象，为此，采用一个USB转485网络接口的接口转换仪器，将相机的数据直接通过USB传入主机9。

这样，系统的网络环境配置包括两组，其中一组通过主机自带的485接口连接交换机，所述交换机连接其中3台线扫相机，另一组为主机USB转485接口连接交另一台线扫相机。通过这种网络分配方式，可以同时检索到4个相机进行实时采集，并正常进行传输。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统，其特征在于：其包括依次连接的推入式入料机构、红外测距机构、全方位线扫采集机构和出料机构；所述全方位线扫采集机构包括双开口通道和错位安装在所述双开口通道内的4组线扫采集系统，所述双开口通道的底部具有检测口；其中3组线扫采集系统分别包括线扫相机和伺服电机，所述伺服电机控制所述线扫相机移动，所述3组线扫采集系统分别安装在所述双开口通道内的顶壁和两个侧壁，所述红外测距机构分别对应所述3组线扫采集系统设置，所述伺服电机分别根据红外测距机构的数据控制所述线扫相机移动，另一组线扫采集系统包括线扫相机，所述线扫相机安装在所述双开口通道的检测口内；扫描采集前，所述线扫相机预先设定感兴趣区域(ROI)；其中一部分的线扫相机分别通过交换机连接主机，另一部分的线扫相机分别通过USB接口连接主机；

每个相机的两侧对称安装条状LED光源；所述检测口上设有玻璃，底壁的相机的LED光源相比其他相机的LED光源亮度增强；

所述检测口位于所述推入式入料机构的输出端和所述出料机构的输出端之间；

相邻两组线扫采集系统的相机的错位安装距离为10cm；

所述线扫相机扫描的频率与所述推入式入料机构的输送频率相同。

2.根据权利要求1所述的工件规格自适应的全方位、集成化线扫视觉检测系统，其特征在于：所述双开口通道包括可相互拼接的4组通道单元，所述4组线扫采集系统分别安装在所述4组通道单元内。