CN113552136A - 一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统，包括工业相机和自适应振动补偿装置，所述工业相机设置在自适应振动补偿装置上，所述工业相机设有2台，两台工业相机的拍摄夹角为90°，工业相机相机的镜头内设有滤光片，自适应振动补偿装置包括安装相机平台和运动控制器，该系统能够解决在锻件锻造过程中对各种不同规格的高温锻件进行尺寸和缺陷检测，使检测系统对高温锻件成像的质量与室温下成像效果几乎相同，提高了视觉检测的效率，准确度高，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统。
背景技术
在现代锻造业生产过程中，有些工件需要在高温状态下进行检测，传统的接触式人工检测精度低、劳动强度大、检测标准不统一。当前采用的非接触式检测主要有两种方式，第一种是激光扫描检测，此种检测方法成本非常高，并且操作比较复杂，很多企业无法承受高额的硬件成本；第二种是非接触式视觉检测，视觉检测方法具有速度快、精度高、成本低等优点，但是高温锻件不同于常温物体，在高温状态下，其自身相当于一个发光体，会产生强烈的光辐射和热辐射，使得普通的视觉传感器无法靠近高温锻件，另外由于高温锻件辐射的强光，普通视觉检测设备无法有效采集高质量的图像，无法满足企业的检测需求，而采用特殊视觉检测设备，成本会增加很多，不利于企业发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统，包括工业相机和自适应振动补偿装置，所述工业相机设置在自适应振动补偿装置上，所述工业相机设有2台，两台工业相机的拍摄夹角为90°，工业相机相机的镜头内设有滤光片，自适应振动补偿装置包括安装相机平台和运动控制器。
优选的，视觉检测过程是，
将合格标准的直径为L的耐磨球放在检测工位，此时工业相机对标准耐磨球进行图像采集，此时采集到的图像称为模板图像，首先对模板图像进行预处理降噪预处理，采用数字滤波和中值滤波的方法可以有效滤除噪声；
预处理完成之后要进行二值化处理，图像二值化处理就是将图像上点的灰度值为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果。将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即数字图像；
图像二值化处理之后进行边缘检测，得到标准耐磨球的形状数据，其中关键点是阈值的确定，采用带有滞后作用的阈值选择方法，这个方法使用不同的阈值去寻找边缘，首先使用一个阈值上限去寻找边线开始的地方，一旦找到了一个开始点，在图像上逐点跟踪边缘路径，当大于门槛下限时一直纪录边缘位置，直到数值小于下限之后才停止纪录，得到占有像素N，
此时可以求得该检测系统之下的像素尺寸当量K,表达式：K=L/N；
将待检测的将被检测耐磨球放置在检测工位，就可以得到像素数N1，从而可以计算出被测耐磨球的尺寸：L1=K*N1，包括球直径的最大值和最小值，通过公式算出球的圆度，并且检测出是否存在飞边情况。检测完成后，结果反馈给控制系统，合格产品系统会发出指令进入下一环节进行淬火，不合格产品进入另一环节用空气锤进行锻打精圆。
优选的，所述自适应振动补偿装置的工作方式如下：相机运动测量拟使用惯性测量单元，简称IMU，IMU包括加速度计、陀螺仪，利用IMU内部的陀螺仪可以快速检测相机在空间内绕X、Y和Z三个轴旋转的角速度，利用加速度计可以测量出相机沿X、Y和Z三个轴的轴向加速度，通过捷联惯性测量方法对角运动信息和线运动信息进行解算，获得检测系统所需的横荡、纵荡、升沉和横摇、纵摇、艏摇六自由度位姿参数，同时通过在线运动频谱分析方法得到最佳的滤波器参数，从而减少测量的运动误差。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该系统能够解决在锻件锻造过程中对各种不同规格的高温锻件进行尺寸和缺陷检测，使检测系统对高温锻件成像的质量与室温下成像效果几乎相同，提高了视觉检测的效率，准确度高，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为为自适应振动补偿装置平台结构示意图；
图3为捷联惯性测量方法；
图4为在线运动频谱分析方法；
图5为高温锻件视觉检测系统实现方法步骤工作流程；
图6为检测系统流程图。
图中：1自适应振动补偿装置，2工业相机，3镜头，4滤光片，11安装相机平台，12运动控制器。
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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统，包括工业相机2和自适应振动补偿装置1，所述工业相机2设置在自适应振动补偿装置1上，所述工业相机2设有2台，两台工业相机2的拍摄夹角为90°，工业相机2相机的镜头3内设有滤光片4，自适应振动补偿装置1包括安装相机平台11和运动控制器12，自适应振动补偿装置1可以使相机在震动的环境下能够保持和耐磨球的相对固定，从而保证了图像采集的稳定。此震动补偿装置属于一种六自由度stewart平台，11为该震动补偿装置安装相机平台，上面安装有IMU可以实时收集平台姿态数据，反馈给12运动控制器，然后控制平台保持和检测的耐磨球相对固定。
震动补偿实现方法如下：相机运动测量拟使用惯性测量单元（InertialMeasurement Unit ，IMU），IMU通常包括加速度计、陀螺仪，可以快速精确地得到相机的位置、姿态信息。利用IMU内部的陀螺仪可以快速检测相机在空间内绕X、Y和Z三个轴旋转的角速度，利用加速度计可以测量出相机沿X、Y和Z三个轴的轴向加速度，通过如图3所示的捷联惯性测量方法对角运动信息和线运动信息进行解算，获得检测系统所需的横荡、纵荡、升沉和横摇、纵摇、艏摇六自由度位姿参数。其中利用IMU测量相机的运动具有价格低廉、尺寸小、可靠性高等优点，因此具有广泛的应用空间。惯性测量传感器作为一种敏感元件，特别容易受到无用干扰源的影响，运算中需要将这些干扰源去掉。由于积分过程实际是一个低通滤波器，所以积分后的信号中出现了较多的低频信号噪声。对积分后的信号可以用一个高通滤波器进行滤波，以削弱数值积分在信号中产生的低频噪声。为了使得系统的频率响应满足要求，要尽可能保证信号在通带内没有纹波，所以可以选择巴特沃思（Butterworth）滤波器，如图4所示，同时通过在线运动频谱分析方法得到最佳的滤波器参数，从而减少测量的运动误差。
相机固定好之后，相机镜头前端装有滤光片，其作用是可以滤除一部分强光干扰。在进行视觉检测之前要进行相机标定，视觉测量模型的各项参数需要在测量前通过相机标定技术确定量值，我们采用平板标定法对相机内参数进行标定，标定过程中只需要用相机从不同的角度拍摄几张标定用的平面模板就可以试验。视觉检测过程是，先把合格标准的耐磨球放在检测工位，此时工业相机对标准耐磨球进行图像采集，此时采集到的图像我们称为模板图像，首先对模板图像进行预处理，因为工业相机在工作过程中会受到各种因素的影响，比如光照程度、传感器温度都会导致采集的图像中含有大量噪声，我们要对图像降噪预处理，采用数字滤波和中值滤波的方法可以有效滤除噪声。图像预处理完成之后要进行二值化处理，图像二值化处理就是将图像上点的灰度值为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果。将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即数字图像。
图像二值化处理之后进行边缘检测，得到标准耐磨球的形状数据。其中关键点是阈值的确定，阈值越低，能够检测出的边线越多，结果容易受图像噪声的影响，很容易从图像中提取出不相关的特征，相反，阈值越高，将会遗失细的或短的线段。我们采用带有滞后作用的阈值选择方法，这个方法使用不同的阈值去寻找边缘。首先使用一个阈值上限去寻找边线开始的地方。一旦找到了一个开始点，我们在图像上逐点跟踪边缘路径，当大于门槛下限时一直纪录边缘位置，直到数值小于下限之后才停止纪录。这种方法假设边缘是连续的界线，并且我们能够跟踪前面所看到的边缘的模糊部分，而不会将图像中的噪声点标记为边缘。
数字图像的基本组成单位是像素，相机和检测目标的距离已经确定，我们将标准球直径为L的耐磨球放在检测工位，采集图像，通过前述的图像处理方法可以获得耐磨球两个检测方向面对应的边缘之间占有的像素个数N，此时可以求得该检测系统之下的像素尺寸当量K,表达式如下：
K=L/N。
所以将被检测耐磨球放置在检测工位，就可以得到像素数N1，从而可以计算出被测耐磨球的尺寸：L1=K*N1。包括球直径的最大值和最小值，通过公式算出球的圆度，并且检测出是否存在飞边情况。检测完成后，结果反馈给控制系统，合格产品系统会发出指令进入下一环节进行淬火，不合格产品进入另一环节用空气锤进行锻打精圆。
高温锻件视觉检测系统实现方法步骤工作流程如图5所示，
将合格标准的直径为L的耐磨球放在检测工位，此时工业相机2对标准耐磨球进行图像采集，此时采集到的图像称为模板图像，首先对模板图像进行预处理降噪预处理，采用数字滤波和中值滤波的方法可以有效滤除噪声；
预处理完成之后要进行二值化处理，图像二值化处理就是将图像上点的灰度值为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果。将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即数字图像；
图像二值化处理之后进行边缘检测，得到标准耐磨球的形状数据，其中关键点是阈值的确定，采用带有滞后作用的阈值选择方法，这个方法使用不同的阈值去寻找边缘，首先使用一个阈值上限去寻找边线开始的地方，一旦找到了一个开始点，在图像上逐点跟踪边缘路径，当大于门槛下限时一直纪录边缘位置，直到数值小于下限之后才停止纪录，得到占有像素N，
此时可以求得该检测系统之下的像素尺寸当量K,表达式：K=L/N；
将待检测的将被检测耐磨球放置在检测工位，就可以得到像素数N1，从而可以计算出被测耐磨球的尺寸：L1=K*N1，包括球直径的最大值和最小值，通过公式算出球的圆度，并且检测出是否存在飞边情况。检测完成后，结果反馈给控制器，合格产品系统会发出指令进入下一环节进行淬火，不合格产品进入另一环节用空气锤进行锻打精圆。
检测系统顺序如图6所示，
标准工件进入检测工位上，工业相机采集数据输送到计算机，经过图像检测模块处理后将设定好的数据传送给控制器，控制器再将指令发送给计算机，合格产品系统会发出指令进入下一环节进行淬火，不合格产品进入另一环节用空气锤进行锻打精圆。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统，其特征是：包括工业相机（2）和自适应振动补偿装置（1），所述工业相机（2）设置在自适应振动补偿装置（1）上，所述工业相机（2）设有2台，两台工业相机（2）的拍摄夹角为90°，工业相机（2）相机的镜头（3）内设有滤光片（4），所述的自适应振动补偿装置（1）包括安装相机平台（11）和运动控制器（12）。
2.根据权利要求1所述的一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测装置，其特征是：视觉检测过程是，
将合格标准的直径为L的耐磨球放在检测工位，此时工业相机（2）对标准耐磨球进行图像采集，此时采集到的图像称为模板图像，首先对模板图像进行预处理降噪预处理，采用数字滤波和中值滤波的方法可以有效滤除噪声；
预处理完成之后要进行二值化处理，图像二值化处理就是将图像上点的灰度值为0或255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果。
3.将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阈值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即数字图像；
图像二值化处理之后进行边缘检测，得到标准耐磨球的形状数据，其中关键点是阈值的确定，采用带有滞后作用的阈值选择方法，这个方法使用不同的阈值去寻找边缘，首先使用一个阈值上限去寻找边线开始的地方，一旦找到了一个开始点，在图像上逐点跟踪边缘路径，当大于门槛下限时一直纪录边缘位置，直到数值小于下限之后才停止纪录，得到占有像素N，
此时可以求得该检测系统之下的像素尺寸当量K,表达式：K=L/N；
将待检测的将被检测耐磨球放置在检测工位，就可以得到像素数N1，从而可以计算出被测耐磨球的尺寸：L1=K*N1，包括球直径的最大值和最小值，通过公式算出球的圆度，并且检测出是否存在飞边情况。
4.检测完成后，结果反馈给控制系统，合格产品系统会发出指令进入下一环节进行淬火，不合格产品进入另一环节用空气锤进行锻打精圆。
5.根据权利要求1所述的一种具有隔振能力的高温锻件视觉检测系统，其特征是：所述自适应振动补偿装置（1）的工作方式如下：相机运动测量拟使用惯性测量单元，简称IMU，IMU包括加速度计、陀螺仪，利用IMU内部的陀螺仪可以快速检测相机在空间内绕X、Y和Z三个轴旋转的角速度，利用加速度计可以测量出相机沿X、Y和Z三个轴的轴向加速度，通过捷联惯性测量方法对角运动信息和线运动信息进行解算，获得检测系统所需的横荡、纵荡、升沉和横摇、纵摇、艏摇六自由度位姿参数，同时通过在线运动频谱分析方法得到最佳的滤波器参数，从而减少测量的运动误差。
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Address after: 511458 Nansha District seashore road, Guangzhou, Guangzhou, Guangdong Applicant after: Guangzhou Institute of advanced technology Applicant after: TONGLING YOUSE JINSHEN WEAR-RESISTANT MATERIAL Co.,Ltd. Address before: 511400 No. 1121 Haibin Road, Nansha District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant before: GUANGZHOU INSTITUTE OF ADVANCED TECHNOLOGY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Applicant before: TONGLING YOUSE JINSHEN WEAR-RESISTANT MATERIAL Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211026 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |