CN201345056Y

CN201345056Y - 一种橡胶生产在线监测装置

Info

Publication number: CN201345056Y
Application number: CNU2009200017083U
Authority: CN
Inventors: 韦先霜; 周慧君; 吴波
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2019-01-07

Abstract

本实用新型公开了一种橡胶生产在线监测装置，该装置包括：图像捕获单元、A/D转换单元、控制与处理单元；其中，图像捕获单元，在控制与处理单元的控制下捕获位于传送带上的被监测橡胶产品的图像；A/D转换单元，用于在控制与处理单元的控制下对捕获到的图像进行A/D转换；控制与处理单元，用于对经A/D转换后的数据进行分析与处理，得到被监测橡胶产品的尺寸，将被监测的橡胶产品的尺寸与预设的产品尺寸进行比较，当不一致并超出公差范围时，判断被监测的橡胶产品是不合格产品。该装置可提高橡胶生产的精度和橡胶生产效率并节约生产成本。

Description

一种橡胶生产在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及光电技术应用领域，特别涉及一种橡胶生产在线监测装置。

背景技术

在橡胶生产过程中，由于带动挤塑机的电机转速、挤料均匀性、机械振动、孔模设计、安装位置、供电电压等方面的影响，会造成橡胶的尺寸不符合规格，甚至会产生橡胶脱料断裂的现象。目前，脱料断裂主要靠人工观察，按一定距离对生产的橡胶产品进行截片，采用游标卡尺或者光学投影仪等仪器测量截片后的橡胶产品的形状尺寸是否符合要求。

这种方法的缺点在于：1、准确性差，只能检测橡胶的截片的尺寸，但是无法检测截片上各处是否符合规格要求，另外，为了不影响橡胶的应用，一般截片都比较长，使漏判的机率增大，而且人工测量还会引入人为因素，影响测量结果，降低橡胶生产的精度；2、生产效率低，人工测量速度较慢，影响橡胶生产的效率；3、造成浪费，橡胶生产流水线较长，如果出现尺寸不符合要求时，再暂停电机或修改工艺参数，所有正在流水线上的橡胶都会被认为不合格，造成严重的浪费。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种橡胶生产在线监测装置，以提高橡胶生产的精度和橡胶生产效率并节约成本。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种橡胶生产在线监测装置，该装置包括：图像捕获单元、A/D转换单元、控制与处理单元；其中，

图像捕获单元，在控制与处理单元的控制下捕获位于传送带上的被监测橡胶产品的图像；

A/D转换单元，用于在控制与处理单元的控制下对捕获到的图像进行A/D转换；

控制与处理单元，用于对经A/D转换后的数据进行分析与处理，得到被监测橡胶产品的尺寸，将被监测的橡胶产品的尺寸与预设的产品尺寸进行比较，当不一致并超出公差范围时，判断被监测的橡胶产品是不合格产品。

由上述的技术方案可见，本实用新型提供了一种橡胶生产在线监测装置，该装置包括：图像捕获单元、A/D转换单元、控制与处理单元；其中，图像捕获单元，在控制与处理单元的控制下捕获位于传送带上的被监测橡胶产品的图像；A/D转换单元，用于对捕获到的图像进行A/D转换并传送给控制与处理单元；控制与处理单元进行分析与处理，以得到被监测的橡胶产品的尺寸，将被监测的橡胶产品尺寸与预设的橡胶产品的尺寸进行对比，判断被监测的橡胶产品是否为合格产品。因此，本实用新型所提供的橡胶生产在线监测装置避免了人工测量橡胶产品的尺寸，在控制与处理单元的控制下对被监测的橡胶产品进行实时的图像采集并对采集图像进行处理与分析，能够实时获取被监测的橡胶产品的尺寸并判断被监测的橡胶产品是否为合格产品，可提高橡胶生产的精度和橡胶生产效率并节约生产成本。

附图说明

图1为本实用新型所提供的橡胶生产在线监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的橡胶生产在线监测装置的第一较佳实施例的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的橡胶生产在线监测装置的第二较佳实施例的结构示意图；

图4为包含两个光学系统的橡胶生产在线监测装置的实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

图1为本实用新型所提供的橡胶生产在线监测装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：图像捕获单元101、A/D转换单元102、控制与处理单元103。

其中，图像捕获单元101，在控制与处理单元103的控制下捕获位于传送带上的被监测橡胶产品的图像；A/D转换单元102，用于在控制与处理单元103的控制下对捕获到的图像进行A/D转换；控制与处理单元103，用于对接收到的经A/D转换后的数据进行分析与处理，以得到被监测橡胶产品的尺寸，比较被监测的橡胶产品尺寸与预设的产品尺寸，判断被监测的橡胶产品是否为合格产品。

所述控制与处理单元103包括：接口模块1031、控制模块1032、图像处理与分析模块1033、尺寸预设模块1034、判断模块1035、数据存储与显示模块1036。

其中，控制模块1032，用于通过接口模块1031对图像捕获单元101、A/D转换单元102进行控制；图像处理与分析模块1033，用于在控制模块1032的控制下，对通过接口模块1031接收的经A/D转换后的数据进行分析与处理，提取橡胶产品的特征边缘得到被监测橡胶产品的尺寸；判断模块1035，用于根据被监测橡胶产品的尺寸，以及尺寸预设模块1034中预设的尺寸和公差，判断被监测的橡胶产品的尺寸是否在公差允许的范围内，如果被监测的橡胶产品的尺寸在公差允许的范围内，则判断被监测的橡胶产品为合格产品；数据存储与显示模块1036，用于存储并显示得到的被监测橡胶产品的尺寸与产品合格信息。

图2为本实用新型所提供的橡胶生产在线监测装置的第一较佳实施例的结构示意图，如图2所示，所述控制与处理单元103可进一步包括：报警处理模块1037。报警处理模块1037接收来自于判断模块1035的不合格产品信息，并进行报警。

图3为本实用新型所提供的橡胶生产在线监测装置的第二较佳实施例的结构示意图。在本实施例中，图像捕获单元为光学系统207，A/D转换单元为数据采集卡206，控制与处理单元为PC机205。其中，光学系统207在PC机205的控制下捕获位于传送带上的橡胶产品的图像；捕获的图像在PC机205的控制下经过数据采集卡206的A/D转换后，被传送给PC机205；PC机205对接收到的经A/D转换后的数据进行分析与处理，以得到需监测的橡胶产品的尺寸，并将该尺寸与预设的尺寸进行对比，判断所监测的橡胶产品是否合格并对不合格产品进行报警。

下面，对本实施例进行详细介绍。

如图3所示，光学系统207包括：电子耦合器件(CCD)相机201、镜头202、光源203、光源驱动204，其中，光源驱动204在PC机205的控制下驱动光源203发光，所发出的光被位于传送带上的被监测的橡胶产品漫反射后，经过镜头202聚焦到CCD相机201上，CCD相机201捕获位于传送带上的橡胶产品的图像。另外，CCD相机201与光源203需要支架进行固定(图未示出)。

在实际应用中，CCD相机201可为现有的线阵CCD相机，该线阵CCD相机包括：线阵CCD、采集电路和驱动电路。由于普通橡胶颜色具有单一性，且彩色相机对光的灵敏度与清晰度低于黑白相机，所以，较佳地，该线阵CCD相机为线阵CCD黑白相机。线阵CCD的分辨率按用户要求的精度确定，用户要求的精度越高则采用的线阵CCD的分辨率越高。线阵CCD的曝光时间是由流水线如传送带的运行速度来确定的，流水线的运行速度越快则采用的线阵CCD的曝光时间越短。本实施例采用的线阵CCD可以是能满足精度为正负0.2厘米、运行速度小于25米每分钟的流水线要求的产品。

在实际应用中，光源203可采用发光二极管(LED)、光纤卤素灯、萤光灯等，由于LED阵列具有光源稳定、使用寿命长、易安装等优点，因此采用LED阵列较佳。为与线阵CCD相机匹配，本实施例的光源203选择LED条形光源，采用低角度照射形成暗视场以便线阵CCD相机能采集到橡胶产品的视频信号。光源LED发光颜色的选择与被监测橡胶产品的颜色和反光性能有关，可通过实验对比确定，本实施例采用的光源203是红光LED条形阵列。

由于橡胶产品在硫化过程中会产生较高的温度，且光源距离待监测的橡胶产品较近会影响光源散热，而光源的温度直接影响LED的老化与光衰速度，所以良好的散热是保证LED光源正常工作与延长寿命的必要条件。一般LED光源的驱动采用稳压电源或稳流电源，在本实施例中，LED光源的驱动可间隔控制LED发光来保证光源散热，即在CCD相机201捕获图像时，光源驱动204已经在PC机205中控制模块1032的控制下提供电流使光源203稳定发光，而在CCD相机201不捕获图像时，光源驱动204在PC机205中控制模块1032的控制下不提供电流使光源203发光。为了准确控制LED发光时刻，由控制模块1032控制光源驱动204在光源203工作开始的前一段时间就驱动光源203，这段时间可略大于光源203中LED工作的开始时间，开始时间即光源203中LED有电流流过，到光源203中所有LED发光稳定之间的时间长度。光源驱动204通过PC机205中接口模块1031与控制模块1032进行通信，接口模块1031可以是并行通信模块或串行通信模块。另外，还可以通过现有技术中的空气对流等方法来给光源203降温散热，这种方法对于系统要求采样的频率不高时可以使用。由于橡胶产品本身的颜色和反光特性，光源203选择暗视场照明方式，从而使CCD相机201捕获到的图像的曲线的对比度足够大。

镜头202的选型与视场角、焦距、焦深、工作距离、分辨率等要求有关。本实施例采用的镜头202的相对孔径是1：2.8且可调，焦距是50mm且可微调，为了防止水汽和灰尘影响镜头的使用，镜头202可采用全封闭的结构，在镜头202前面设有镀膜玻璃来保护镜头。当相机201由支架固定位置后，镜头202固定在CCD相机201的前端，并调节镜头202的工作距离以使其对焦。

上述CCD相机201、镜头202、光源203、光源驱动204共同构成一个光学系统，当橡胶产品的形状不对称或需要采集多个方向上的结构或尺寸特征时，则需要在该监测点安装的监测装置的每个需要监测的方向上都放置一个光学系统。图4为包含两个光学系统的橡胶生产在线监测装置的实施例的结构示意图，如图4所述，该橡胶生产在线监测装置包括两个结构相同的光学系统，每个光学系统将捕获到的被监测的橡胶产品的图像传送给数据采集卡，以进行后续的处理。较佳地，可为每个光学系统编号，以便区分采集到的信号和需分析处理的橡胶产品的方向。

数据采集卡206在PC机205中控制模块1032的控制下对所捕获的图像进行A/D转换，数据采集卡206可通过PC机205中的接口模块1031与PC机205进行通信，接口模块1031可为USB接口。另外，数据采集卡206提供CCD驱动电压，用于驱动CCD相机201。

下面对本实施例中PC机205中的各个模块进行详细介绍。另外，在上文中已对本实施例中的接口模块1031和控制模块1032进行了介绍。

尺寸预设模块1034，用于在开始监测前预设橡胶产品的尺寸和公差，并将预设的尺寸和公差传送给判断模块1035。

在实际应用中，一般有三种预设尺寸和公差的方法，可以由用户在开始监测前直接由键盘输入橡胶产品的预设尺寸和公差，也可以由用户给定一个标准样品，橡胶生产在线监测装置对该标准样品采集图像数据，然后根据现有技术的方法提取边缘轮廓等特征并将计算的轮廓尺寸作为预设尺寸，再由用户通过键盘输入公差。第三种方法与前两种方法的区别之处在于第三种方法不是对橡胶的所有尺寸进行监测，而只是对其部分尺寸进行监测。由于大多数产品并不需要对所有尺寸进行严格控制，对多余参量进行监测会干扰监测结果，较佳地，可以只针对所需要的具体尺寸进行监测。本实施例可以由界面曲线上对应的特征边缘序号来具体定义每个需要监测的尺寸，具体步骤为：首先对标准样品采集图像数据，光强较大处对应着橡胶产品的外形凸起处，光强较小处对应着橡胶产品的外形凹处，而在橡胶产品的凸起和凹入的边缘处形成较陡峭的灰度波形，即特征边缘；其次根据现有技术的方法提取特征边缘并将所有特征边缘分成两组编号，两组分别是由凹变凸处的边缘和由凸变凹处的边缘，且由于是暗视场照射，所以背景可以当成凹处处理；最后根据编号，定义一个或多个轮廓尺寸的起点和终点，并计算出选择的轮廓尺寸大小；再由键盘输入公差，即完成尺寸的预设。为了日后同类产品方便地再现标准，可不用再次预设尺寸，可以在预设完尺寸后命名保存，以后可以直接选择所保存的名称以调出所预设的尺寸。

图像处理与分析模块1033，用于对通过接口模块1031所接收的数据进行分析与处理，并将经过分析与处理的数据传送给判断模块1035和数据存储与显示模块1036。

在本实施例中，对接收的数据进行分析与处理的具体方法为：将接收的数据存储到缓冲区中，根据现有技术的方法提取特征边缘并对特征边缘编号，从而得到被监测的橡胶产品的尺寸。

图像处理与分析的对象是一条线阵图像数据，而不是一个面阵图像数据，绝大多数图像边缘检测算法，如Robert算子、Sobel算子、高斯-拉普拉斯算子，都不适用于此处。且橡胶的主体色调为黑色，使得采集的边缘信息必须依据橡胶表面的反射光大小来获取。所以算法的实现很大程度上与光源有关，需要指出的是，不仅与光源的波长有关，还与光源放置的具体位置有关。

本实施例的图像处理采用了一种基于阈值分割的图像边缘检测算法得到区分橡胶产品的凸起和凹入部分。具体步骤为：先剔除CCD的边缘感光单元所收集的灰度像素，以集中处理位于视场中央处的目标和一部分背景，且每个像素的灰度值处于0～255的范围内；统计本次采集的全部像素的直方图，找出其中最大和最小的灰度值；利用目标像素点和背景像素点分布的概率密度函数，找出最佳阈值用于分割背景和橡胶像素，使目标像素点和背景像素点的错误分割概率之和最小，然后再对处理后的像素阵列进行图像分析。

有时噪声会引入伪边缘，伪边缘的特点是它距离前一个边缘或后一个边缘太小，本实施例的图像分析将数据进行半腐蚀，即将小于阈值的像素点剔除，而大于阈值的像素点保留，或将大于阈值的像素点剔除，而小于阈值的像素点保留，这样就可以方便分析出特征边缘的位置和方向。其中，阈值的确定与样品所占像素大小有关，可由经验得到。

判断模块1035，根据得到的被监测橡胶产品的尺寸、以及尺寸预设模块1034所传送的预设的橡胶产品的尺寸和公差，判断被监测的橡胶产品的尺寸是否在公差允许的范围内，当被监测的橡胶产品的尺寸在公差允许的范围内时，则判断被监测的橡胶产品为合格产品，并将产品的合格信息传送给数据存储与显示模块1036；同时，将不合格产品信息发送给报警处理模块1037。

如果被监测的橡胶产品为合格产品，则进入下一周期的监测。

数据存储与显示模块1036，存储并显示得到的被监测橡胶产品的尺寸与产品合格信息。

当成功获得所实时监测的橡胶产品的尺寸的数据后，还要自动对这些数据进行归类存储，以便日后用户调用这些数据进行分析。数据存储可以采用多种格式，如文本、表格等格式，但在本实施例中优先使用数据库对数据进行存储，其原因在于数据库具有强大的数据管理功能，能帮助用户对数据的记录进行分析、查找、删除等管理操作，有利于日后用户对生产参数进行优化分析等。为了让用户能够方便使用，本实施例的数据库增加了能复制满足要求的数据或将满足要求的数据记录到新的数据库中的功能，这样便于用户建档。另外，操作界面可以实时显示所采集的数据或曲线，或显示用户关注的结构尺寸等信息。

报警处理模块1037，用于对不合格产品进行报警处理。

如果所监测的橡胶产品为不合格产品，报警处理模块1037报警提醒用户或者给出相应的控制信号，如控制报警灯闪烁。在进行报警处理完毕后，可进入下一周期的监测。

监测的循环周期可以由用户设定，循环周期对应的也就是采样频率或监测频率。本实例中一次循环获得的一组线阵数据是由2048个从0到255之间的数据组成，每个数据的数值对应的是光强的大小。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种橡胶生产在线监测装置，其特征在于，该装置包括：图像捕获单元、A/D转换单元、控制与处理单元；其中，

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制与处理单元包括：接口模块、控制模块、图像处理与分析模块、数据存储与显示模块、判断模块、尺寸预设模块；其中，

控制模块，用于通过接口模块对图像捕获单元、A/D转换单元进行控制；

图像处理与分析模块，用于在控制模块的控制下，对通过接口模块接收的经A/D转换后的数据进行分析与处理，提取橡胶产品的特征边缘得到所述被监测橡胶产品的尺寸；

判断模块，用于根据所述得到的被监测橡胶产品的尺寸，以及尺寸预设模块中预设的尺寸和公差，判断被监测的橡胶产品的尺寸是否在公差允许的范围内，当被监测橡胶产品的尺寸不在公差允许的范围内时，则判断被监测的橡胶产品为不合格产品；

数据存储与显示模块，用于存储并显示所述得到的被监测橡胶产品的尺寸与产品合格信息。

3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：报警处理模块；

所述报警处理模块，用于接收所述判断模块传送的不合格产品信息并进行报警。

4、根据权利要求1、2、3所述的装置，其特征在于，所述图像捕获单元为一个以上的对传送带上同一个被监测橡胶产品多方向进行所述图像捕获的光学系统；所述A/D转换单元为数据采集卡；所述控制与处理单元为PC机。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光学系统包括：电子耦合器件CCD相机、镜头、光源、光源驱动；

光源驱动在PC机的控制下驱动光源发光，所发出的光被所述位于传送带上的被监测橡胶产品漫反射后，经过镜头聚焦到CCD相机上，CCD相机向所述A/D转换单元输出所述被监测橡胶产品的图像。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述CCD相机为包括线阵CCD黑白相机的线阵CCD相机。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光源为包括红光发光二极管LED条形阵列的LED，或光纤卤素灯，或萤光灯；

所述光源以暗视场方式照明。

8、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述接口模块为连接光源驱动与PC机的并行通信模块或串行通信模块；所述光源驱动在PC机的控制下，驱动光源间隔发光。

9、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述镜头采用全封闭的结构，镜头前设有镀膜玻璃。

10、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据采集卡提供CCD驱动电压，用于驱动CCD相机。

11、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述接口模块为连接数据采集卡与PC机的USB接口。