CN114609040A - 一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，包括：搬运模块：所述搬运模块用于实现搬运受检设备至检测区域；识别模块：所述识别模块用于实现对检测设备的产品型号读取以及分类，作为后期对产品配置信息查询的依据，通过二维码读取或图像识别的方式获得受检设备的型号以及配置信息；多维度扫描模块：所述多维度扫描模块用于实现检测过程中对产品多个维度图像的获取。本发明提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，通过产品识别模块、多维度相机扫描模块、机械臂定位控制模块、图像处理模块、数据库信息管理模块，实现对整个出厂检验项目的全面覆盖，对产品所有视觉能够覆盖的部位进行精确识别。

Description

一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统

技术领域

本发明涉及基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统X领域，尤其涉及一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统。

背景技术

随着经济社会和科学技术的高速发展，动车组产品对零部件质量入料检测工作的效率，检测结果的精确程度要求越来越高。在整个质检体系中，入料检验是对供应商完工后的产品进行全面的检查与试验，入料检验的内容包括产品性能、尺寸、外观以及不同产品型号的配置是否正确等。

只有零部件入料检验合格后，才允许对零部件进行生产、组装。

现有检验方式均是通过人工来判定是否能够出厂合格，不但耗费大量的检验时间，而且在产品型号繁多的情况下，容易造成混淆检测规则等失误，导致最终产品入料检验出错的情况。

因此，有必要提供一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，解决了目前动车组产品通过人工来判定是否能够出厂合格，容易出错的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，包括：

搬运模块：所述搬运模块用于实现搬运受检设备至检测区域；

识别模块：所述识别模块用于实现对检测设备的产品型号读取以及分类，作为后期对产品配置信息查询的依据，通过二维码读取或图像识别的方式获得受检设备的型号以及配置信息；

多维度扫描模块：所述多维度扫描模块用于实现检测过程中对产品多个维度图像的获取，收集每个检测面的2D/3D图像数据后上传分析服务器；

机械臂智能引导模块，所述机械臂智能引导模块用于实现对机械臂的智能控制，针对不同大小的受检产品定制不同检测点，机械臂自动运动至每个检测点进行扫描，并设置防碰撞功能；

图像处理模块，所述图像处理模块用于实现对所有采集的图像数据进行分析；

数据库信息管理模块，所述数据库信息管理模块收集不同产品型号的配置信息以及存放用于分析、对比的标准历史图数据，并且数据库中需存放所有受检过的产品信息，用于最终统计分析。

优选的，所述搬运模块采用可控的AGV小车来搬运设备，且具有二次开发功能。

优选的，所述AGV小车包括小车主体、滚轮机构，所述小车主体放置面的一侧对称设置后滑轨，所述滑轨上安装有可调定位件，所述小车主体放置面的另一侧滑动连接有可调板，所述小车主体的内部设置有调节机构，所述调节机构与所述滚轮机构上的驱动件传动连接，所述调节机构上连接有带动件，所述可调板的一侧通过连接件与所述带动件连接。

优选的，所述滚轮机构包括主轴和位于主轴两侧的滚轮，所述驱动件包括单向轴承和齿轮，所述单向轴承固定于所述主轴上，所述单向轴承的表面固定有齿轮。

优选的，所述调节机构包括两个固定耳，两个固定耳固定于所述小车主体的安装腔的内部且位于齿轮的两侧，两个所述固定耳之间固定连接有矩形滑臂，所述矩形滑臂的表面套设有矩形套，所述矩形套的底部设置有齿牙，所述矩形套通过齿牙与所述齿轮啮合。

优选的，所述矩形套的一端设置有凸缘，所述矩形滑臂的表面且且位于凸缘的一侧套设有弹性件。

优选的，所述可调板包括板体和螺纹轴，所述螺纹轴固定于所述板体外侧的下方。

优选的，所述小车主体上开设有条形孔，所述条形孔与安装腔连通，所述带动件包括带动臂，所述带动臂的上端通过条形孔延伸至小车主体外部，所述带动臂的位于小车主体外部的一端固定有螺纹杆，所述螺纹杆和螺纹轴通过连接件配合星型螺帽连接。

优选的，所述可调定位件包括定位板，所述定位板两侧均设置有滑套，所述滑套滑动连接于所述滑轨上，所述滑套的一侧固定有螺帽，所述螺帽内部螺纹连接有定位销。

优选的，所述滑轨上开设有定位孔。

与相关技术相比较，本发明提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统具有如下有益效果：

本发明提供一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，通过产品识别模块、多维度相机扫描模块、机械臂定位控制模块、图像处理模块、数据库信息管理模块，实现对整个出厂检验项目的全面覆盖，对产品所有视觉能够覆盖的部位进行精确识别。

附图说明

图1为本发明提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统的第一实施例的系统框图；

图2为本发明提供的软件设计框架图；

图3为本发明提供的产品扫描流程图；

图4为本发明提供的图像识别流程图；

图5为本发明提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统的第二实施例的结构示意图；

图6为图5所示的剖视图；

图7为图6所示的调节机构的结构示意图；

图8为图5所示的A部的放大图；

图9为图5所示的B部放大图；

图10为图5所示的滚轮机构的示意图；

图11为图9所示的不同大小的连接件的结构示意。

图中标号：

1、小车主体，

2、滚轮机构，21、主轴，22、滚轮，

3、可调定位件，31、定位板，32、滑套，33、螺帽，34、定位销，

4、滑轨，

5、可调板，51、板体，52、螺纹轴，

6、调节机构，61、固定耳，62、矩形滑臂，63、矩形套，64、齿牙，65、弹性件，66、凸缘，

7、带动件，71、带动臂，72、螺纹杆，

8、驱动件，81、单向轴承，82、齿轮，

9、条形孔，

10、安装腔，

11、连接件，

12、星型螺帽，

13、定位孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

第一实施例

请结合参阅图1、图2、图3和图4，其中，图1为本发明提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统的第一实施例的系统框图；图2为本发明提供的软件设计框架图；图3为本发明提供的产品扫描流程图；图4为本发明提供的图像识别流程图。基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，包括：

搬运模块：所述搬运模块用于实现搬运受检设备至检测区域；

识别模块：所述识别模块用于实现对检测设备的产品型号读取以及分类，作为后期对产品配置信息查询的依据，通过二维码读取或图像识别的方式获得受检设备的型号以及配置信息；

多维度扫描模块：所述多维度扫描模块用于实现检测过程中对产品多个维度图像的获取，收集每个检测面的2D/3D图像数据后上传分析服务器；

机械臂智能引导模块，所述机械臂智能引导模块用于实现对机械臂的智能控制，针对不同大小的受检产品定制不同检测点，机械臂自动运动至每个检测点进行扫描，并设置防碰撞功能；

图像处理模块，所述图像处理模块用于实现对所有采集的图像数据进行分析；

数据库信息管理模块，所述数据库信息管理模块收集不同产品型号的配置信息以及存放用于分析、对比的标准历史图数据，并且数据库中需存放所有受检过的产品信息，用于最终统计分析。

所述搬运模块采用可控的AGV小车来搬运设备，且具有二次开发功能，可通过编撰控制程序来配合机械臂的检测操作，旋转、升降受检设备，以便达到360度无死角的检测。后期根据需求，将小车的控制系统连线至检测控制端，来与小车互相配合以达到流畅连贯的检测动作。

识别模块主要通过二维码信息读取的方式来获取当前受检产品的基础信息，由于受检产品大小、标签贴放位置不同等，需将受检产品引导至固定位置，这样才能获取到受检产品信息，调用不同的检测策略。本方案中选用智能读码器，最大分辨率为1280*1024，具备GigeE接口传输协议，可实现告诉解码功能，针对成品出厂检测，本模块拥有很强的算法鲁棒性，可以有效的读取存在反光、低对比度等特殊情形的条码。图像采集端拥有连续补光灯，采用光源灯杯的集成设计，为采集提供均匀、稳定的补光环境。

机械臂控制模块是本系统对接触网支撑悬挂装置检测的核心装置，通过机械臂末端的视觉检测模块，实现对受检产品的3D建模、外观检测及相关配置是否正确数的测量。针对机械臂的智能引导，在机械臂顶端增加光电模块，用于机械臂防碰撞功能；

机械臂控制模块安装在检测台上，其包括固定底座、机械臂等。固定底座采用钢质结构，利用螺丝方式与检测台固定，检测台下面设有高度调节装置，可以根据检测台实际平整度进行调整，确保机械臂固定的水平精度。机械臂选用ABB六轴机械臂，臂展可达0.9米，重量54kg，末端载重可达5kg，防护等级达到IP67。

针对受检设备的3D成像，将机械臂末端的检测模块运行至与受检设备水平距离500mm-800mm处,给出触发信号，扫描当前的产品形态，正面拍摄完成后，再运动至其他面进行拍摄。

获取当前产品信息后可根据产品型号调用基础信息库，得到当前受检产品所有配置、标准对比图信息，需要采集当前受检产品来与历史图进行对比。产品放置于AGV小车上，摆放至固定区域位置后，由机械臂承载末端的扫描模块运行至事先施教完的拍摄位置对受检产品进行扫描；

本系统中选用高精度三维扫描仪，它是一种使用结构光投影重建物体三维表面、几何结构的设备。在结构光投影中，一个或多个图案被投影到场景上，这大大简化了从场景图像来获取三维曲面、几何图形的计算，得到的三维表面几何图像和纹理图通过以太网连接以多种格式的点云输出，首先3D扫描仪会通过面阵激光的方式投射到场景中，投射在场景的中激光会不停变换交错图案。每个模式的持续时间可在控件中设置，总投影时间为模式数(通常为17)×单模式曝光(毫秒)×2。数据采集后，扫描仪计算空间中的所有点，并通过以太网连接向用户发送数据。激光投射时间相对整幅图像处理时间较短，扫描点云等数据输出时间取决于扫描仪设置，还取决于以太网连接速度。

图像处理模块主要针对扫描数据的后期识别处理功能，图像处理模块选用4U工控机，工控计算机主要用于控制高清传感器采集逻辑，接收采集设备传来的图像数据，并进行图像识别分析处理，识别完成后在本地配置的数据库表中按行记录。具体配置信息不低于如下设置：

CPU：i7-7700 3.3GHz

内存：16G

显卡：独显GTX1060TI

系统：win7_64位

硬盘：固态硬盘256G，可插拔硬盘2T

机箱大小：4U

本系统的所有后端控制以及数据处理均依赖于软件设计，现将所有的控制及处理端分为几个软件模块来设计开发，完成整个受检产品的扫描、识别处理、数据管理的功能，包括了3D扫描仪采集控制软件设计、产品二维码信息读取、机械臂的运行控制、图像数据识别处理算法以及产品信息库管理，具体软件设计框架如附图2；

产品扫描控制主要实现3D模块进行触发、图像数据存储等操作，连接相机后对相机内部参数进行初始化操作，针对当前的扫描距离设定扫描激光功率、相机单次扫描的曝光时间等参数，初始化完成后等待机械臂发出的触发指令，收到指令后触发当前扫描模块对待测面进行扫描，扫描完成后立即通知机械臂可进行下一个点的拍摄指令。存储线程通过相机FRAME ID来获取扫描图像，获取后将所有点云图存储至本地，并发送当前扫描ID、存储路径至识别模块。

检测信息库管理主要由4个部分组成：记录信息查询、用户权限管理、数据汇总分析以及数据信息上传；

记录信息查询功能主要对历史数据管理，针对筛选项对数据进行查询显示；

产品记录信息包括产品型号，批次号，各扫描位置或图像对应编号，如出现大幅图像可以采用多次扫描图号来对产品进行拼接显示，双击上图单行记录即可调用对应图像并显示。另外，支持Word/Excel格式导出产品上传报表，word中可附加对应产品记录的图。

用户权限管理功能主要对系统操作人员的信息登记，以及对系统功能使用的权限分配，具备新增、修改用户信息功能；

数据统计分析功能是对全年度信息的汇总，通过曲线图方式显示。产品照片及检验记录向用户提供查询功能，用户可根据产品信息(型号、产品代号、批次号、图号等)、检验时间、检验人员等查询项查询相应的检验记录，根据检验记录对数据进行汇总并绘制成不同曲线，包括不同产品的检验通过率统计等。

与相关技术相比较，本发明提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统具有如下有益效果：

通过产品识别模块、多维度相机扫描模块、机械臂定位控制模块、图像处理模块、数据库信息管理模块，实现对整个出厂检验项目的全面覆盖，对产品所有视觉能够覆盖的部位进行精确识别，检测项包括螺栓松动、漆面划痕、装配是否错位等；

且采集端将所有图像数据上传至分析服务器中，图像处理模块调用数据进行解析，根据不同产品型号调用基础数据，针对所有型号的配置属性来进行全面“诊断”；

管理软件接收不同产品型号上传的图像数据，并按产品类型、出厂批次号等依据实行分类管理，能够个性化导入当前检验产品的配置信息，用于图像识别、检验的对比条件，整套系统实现采集、存储、管理、分析等一体化功能。

第二实施例

请结合参阅图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11，基于本申请的第一实施例提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，本申请的第二实施例提出另一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统。第二实施例仅仅是第一实施例优选的方式，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。

具体的，本申请的第二实施例提供的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统的不同之处在于，基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，所述AGV小车包括小车主体1、滚轮机构2，所述小车主体放置面的一侧对称设置后滑轨4，所述滑轨4上安装有可调定位件3，所述小车主体1放置面的另一侧滑动连接有可调板5，所述小车主体1的内部设置有调节机构6，所述调节机构6与所述滚轮机构2上的驱动件8传动连接，所述调节机构6上连接有带动件7，所述可调板5的一侧通过连接件11与所述带动件7连接。

小车主体1的放置面的另一侧对称设置有滑轨，可调板5底部的两侧均设置有与滑轨适配的滑套。

所述滚轮机构2包括主轴21和位于主轴21两侧的滚轮22，所述驱动件8包括单向轴承81和齿轮82，所述单向轴承81固定于所述主轴21上，所述单向轴承81的表面固定有齿轮82。

其中滚轮机构2位于小车主体1的中间，可以为从动轮也可以为驱动轮，设置电机等驱动机构与主轴21传动连接。

其中通过设置单向轴承81，当小车输送产品运行过程中，主轴21可以通过单向轴承81带动齿轮82转动，当主轴21反向转动时，不会带动齿轮22转动。

所述调节机构6包括两个固定耳61，两个固定耳61固定于所述小车主体1的安装腔10的内部且位于齿轮82的两侧，两个所述固定耳61之间固定连接有矩形滑臂62，所述矩形滑臂62的表面套设有矩形套63，所述矩形套63的底部设置有齿牙64，所述矩形套63通过齿牙64与所述齿轮82啮合。

通过设置矩形滑臂62配合矩形套63，可以对矩形套63的轴向进行限位，使其只能沿矩形滑臂62的表面滑动。

所述矩形套63的一端设置有凸缘66，所述矩形滑臂62的表面且且位于凸缘66的一侧套设有弹性件65。

通过设置凸缘66，可以更好的推动弹性件65。

所述可调板5包括板体51和螺纹轴，所述螺纹轴52固定于所述板体51外侧的下方。

所述小车主体1上开设有条形孔9，所述条形孔9与安装腔10连通，所述带动件7包括带动臂71，所述带动臂71的上端通过条形孔9延伸至小车主体1外部，所述带动臂71的位于小车主体1外部的一端固定有螺纹杆72，所述螺纹杆72和螺纹轴52通过连接件11配合星型螺帽12连接。

连接件11为L形块，且两侧均开设有装配孔，通过设置星型螺帽12便于拆卸和安装，连接件11设置多种型号，如附图10中，但不限于附图10中的三种长度类型，可以根据产品的大小具体设置。

所述可调定位件3，所述可调定位件3包括定位板31，所述定位板31两侧均设置有滑套32，所述滑套32滑动连接于所述滑轨4上，所述滑套32的一侧固定有螺帽33，所述螺帽33内部螺纹连接有定位销34。

定位销34的一端设置有端帽，且靠近端帽的一侧设置有螺纹，滑套32上开设有装配孔对应螺帽33的螺孔位置，其中一个滑套上设置有可调定位件3。

所述滑轨4上开设有定位孔13。

定位孔13开设有多个；

其中将产品放置在小车主体1的放置面上的中间，且一端与定位板31接触，根据产品的大小提前调节定位板31的位置，使其产品的一端与定位板31接触后，即位于放置面的中间，其中调节时，通过将定位销34拧下，然后调节定位板41的位置后，使装配孔对应定位孔13，然后将定位销34拧上即可，

当小车主体1带动产品移动时，此时滚轮22转动，带动主轴81转动，主轴81通过单向轴承81带动齿轮82转动，齿轮82通过齿牙64带动矩形套63移动并压缩弹性件65，同时通过带动件7带动可调板5移动配合定位板31将产品夹紧限位，使移动过程中产品更加的稳定；

其中当定位板31与产品接触时，此时最后侧的齿牙经过齿轮82，用于齿轮82一直转动，从而可以一直对齿轮齿牙限位，即对矩形套63限位；

当小车主体停止时，此时通过弹性件65的作用，推动矩形套63回移，由于为单向轴承，此时齿牙64带动齿轮82转动时，不会带动主轴21转动，即不会带动滚轮22转动，

此时定位板31对产品松开，即实现当小车行走时，可以对通过可调板5配合定位板31对产品限位，当小车不走时，此时可调板5不对产品限位，便于取出产品，同时提高产品在小车移动过程中产品放置的稳定性。

其中可以根据产品的不同大小，可以对应更换不同长度的连接件11，从而可以调节可调板5的起始的位置，且对应调节定位板31的起始的位置，从而可以适应对不大大小的产品使用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，包括：

搬运模块：所述搬运模块用于实现搬运受检设备至检测区域；

识别模块：所述识别模块用于实现对检测设备的产品型号读取以及分类，作为后期对产品配置信息查询的依据，通过二维码读取或图像识别的方式获得受检设备的型号以及配置信息；

多维度扫描模块：所述多维度扫描模块用于实现检测过程中对产品多个维度图像的获取，收集每个检测面的2D/3D图像数据后上传分析服务器；

机械臂智能引导模块，所述机械臂智能引导模块用于实现对机械臂的智能控制，针对不同大小的受检产品定制不同检测点，机械臂自动运动至每个检测点进行扫描，并设置防碰撞功能；

图像处理模块，所述图像处理模块用于实现对所有采集的图像数据进行分析；

数据库信息管理模块，所述数据库信息管理模块收集不同产品型号的配置信息以及存放用于分析、对比的标准历史图数据，并且数据库中需存放所有受检过的产品信息，用于最终统计分析。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述搬运模块采用可控的AGV小车来搬运设备，且具有二次开发功能。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述AGV小车包括小车主体、滚轮机构，所述小车主体放置面的一侧对称设置后滑轨，所述滑轨上安装有可调定位件，所述小车主体放置面的另一侧滑动连接有可调板，所述小车主体的内部设置有调节机构，所述调节机构与所述滚轮机构上的驱动件传动连接，所述调节机构上连接有带动件，所述可调板的一侧通过连接件与所述带动件连接。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述滚轮机构包括主轴和位于主轴两侧的滚轮，所述驱动件包括单向轴承和齿轮，所述单向轴承固定于所述主轴上，所述单向轴承的表面固定有齿轮。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述调节机构包括两个固定耳，两个固定耳固定于所述小车主体的安装腔的内部且位于齿轮的两侧，两个所述固定耳之间固定连接有矩形滑臂，所述矩形滑臂的表面套设有矩形套，所述矩形套的底部设置有齿牙，所述矩形套通过齿牙与所述齿轮啮合。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述矩形套的一端设置有凸缘，所述矩形滑臂的表面且且位于凸缘的一侧套设有弹性件。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述可调板包括板体和螺纹轴，所述螺纹轴固定于所述板体外侧的下方。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述小车主体上开设有条形孔，所述条形孔与安装腔连通，所述带动件包括带动臂，所述带动臂的上端通过条形孔延伸至小车主体外部，所述带动臂的位于小车主体外部的一端固定有螺纹杆，所述螺纹杆和螺纹轴通过连接件配合星型螺帽连接。

9.根据权利要求3所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述可调定位件包括定位板，所述定位板两侧均设置有滑套，所述滑套滑动连接于所述滑轨上，所述滑套的一侧固定有螺帽，所述螺帽内部螺纹连接有定位销。

10.根据权利要求9所述的基于机器视觉方式的动车组产品综合检测系统，其特征在于，所述滑轨上开设有定位孔。

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