CN203196911U - 一种基于工业ccd的视觉识别分拣系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统，其包括工业CCD、内设图像采集卡的上位PC机、接收上位PC机传送来的控制参数并将该控制参数转化成控制信号的运动控制卡，以及用于接收运动控制卡传送来的控制信号并执行工件分拣操作的三轴运动平台，所述工业CCD的输出端与上位PC机中图像采集卡的输入端相连，上位PC机的输出端与运动控制卡的输入端相连，运动控制卡的输出端与三轴运动平台的输入端相连。本实用新型不仅实现了分拣系统的自动化、智能化，提高了分拣效率和准确性；而且投资维护成本低、可节省更多的空间和资源；因此，本实用新型具有极强的实用价值，可广泛推广应用。

Description

一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统，尤其涉及一种具备智能化、无人化管理的视觉识别分拣系统，属于视觉识别分拣技术领域。

背景技术

在现代机械制造中，多轴运动控制己经越来越普遍，使用机械凸轮和齿轮来实现机械运动轴之间的协调运动，不仅结构复杂、占用空间大，而且控制运动不灵活、调整精度有限。而用电子方式来实现机械运动轴之间协调同步，给机械设计制造带来了巨大的灵活性。以往只有通过复杂的机械设计和加工才能实现的运动过程，现在可以通过软件编程轻松实现。另外，使用电子手段控制运动，精度更高、动态性能更好，更重要的是大大减少了机械损耗，使维护变得方便而简单。

机器视觉识别就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉识别系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置：分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。将多轴运动控制与机器视觉识别结合将是今后在自动化研究领域的一项重要内容。

若装备了视觉识别设备的分拣系统，将会具有运动控制灵活高效等优点，可以广泛应用于食品药品生产、机械加工、芯片制造等领域；但目前，在分拣系统中还仍然采用机械分拣方式，并未将电子方式和机械运动轴之间协调同步，因此，本领域急需解决此问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统，以解决现有技术中采用机械凸轮和齿轮来实现机械运动轴之间的协调运动的分拣系统所存在的结构复杂、控制不灵活、调整精度有限、制造成本高、分拣效率低等缺陷问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统，包括工业CCD、内设图像采集卡的上位PC机、接收上位PC机传送来的控制参数并将该控制参数转化成控制信号的运动控制卡，以及用于接收运动控制卡传送来的控制信号并执行工件分拣操作的三轴运动平台，所述工业CCD的输出端与上位PC机中图像采集卡的输入端相连，上位PC机的输出端与运动控制卡的输入端相连，运动控制卡的输出端与三轴运动平台的输入端相连。

作为一种优选方案，所述工业CCD与上位PC机之间、上位PC机与运动控制卡之间，以及运动控制卡与三轴运动平台之间通过以太网连接线相连接。

作为一种优选方案，所述上位PC机上设置有对现场进行监控和操作的人机界面。

作为一种优选方案，所述工业CCD通过USB接口与上位PC机相连。

本实用新型中部分组件的作用如下：

工业CCD：用于采集物体的图像和相对位置并传给上位PC机。

上位PC机：用于管理与控制，便于人机操作，存储历史数据和位置信息；在上位机中开发人机界面，对现场进行监控，还可以查询历史记录和实现手工调度功能。

运动控制卡：用于接收上位PC机的位置指令控制三轴运动平台的运动。

三轴运动平台：用于接收运动控制卡的运动指令进行运动、分拣工件。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统，将机器视觉识别技术与多轴运动控制进行结合，实现了分拣系统的自动化、智能化，提高了分拣效率和准确性；而且投资维护成本低、可节省更多的空间和资源；因此，本实用新型具有极强的实用价值，可广泛推广应用。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统的组件结构示意图；

图中：1-工业CCD；2-上位PC机；3-运动控制卡；4-三轴运动平台；5-图像采集卡。

具体实施方案

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示：本实用新型提供的一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统，包括工业CCD1、内设图像采集卡5的上位PC机2、接收上位PC机2传送来的控制参数并将该控制参数转化成控制信号的运动控制卡3，以及用于接收运动控制卡3传送来的控制信号并执行工件分拣操作的三轴运动平台4。所述工业CCD1的输出端与上位PC机2中的图像采集卡5的输入端相连，以采集图像数据并传送图像数据，上位PC机2的输出端与运动控制卡3的输入端相连，运动控制卡3的输出端与三轴运动平台4的输入端相连。

具体来说：

所述工业CCD1与上位PC机2之间、上位PC机2与运动控制卡3之间，以及运动控制卡3与三轴运动平台4之间通过以太网连接线相连。

所述上位PC机2上设置有对现场进行监控和操作的人机界面。

所述工业CCD1通过USB接口与上位PC机2相连。

所述运动控制卡3可采用西门子DMC-21x3系列产品。

本实用新型的工作原理及流程如下：

本系统主要分成三部分：第一部分为图像采集和处理功能；第二部分是底层程序功能；第三部分为人机界面功能。

1.图像采集和处理功能

将工业CCD通过USB接口与上位PC机相连，使得采集的图像传到上位PC机进行处理。

1.1、相机标定

相机标定的方法有很多，按照是否有标定参照物可分为传统标定技术和自标定技术。根据标定参数的求取方法分为三类：非线性优化法、线性法(解析法)、两步法。

传统的相机标定需要使用尺寸己知的标定参照物(简称标定物)拍摄含有标定物的图像，对图像进行处理，获取角点坐标，然后采用数学方法求得位置参数。常用的方法有：直接线性法、透视投影矩阵法、Tsai两步法、张正友法等。

自标定方法不需要标定物，依靠多幅图像对应点的关系进行标定。

1.2、目标提取

目标提取就是从图像中提取出感兴趣的部分，即图像分割，它是图像理解的基础，也是从图像处理到图像分析的关键步骤。图像分割的方法有很多种，主要可以分为：阈值分割方法、边缘检测方法、区域提取方法、集合特定理论分割方法。

1.3、目标识别

目标识别是在上述分割处理后的图像基础上提取出目标的特征(颜色、形状、纹理等)，然后根据这些特征对图像中感兴趣的目标进行分类的过程。具体说，包括如下步骤：

首先通过对场景图像进行预处理，然后将预处理后的场景图像进行图像分割，图像分割后进行特征提取，再进行分类，最后得出分类结果。

在本实施例中，先提取分割图像中目标的周长、面积、圆度等几何、形状特征的方法，然后采用C一均值算法对这些特征进行分类。

2.底层程序功能：为运动控制卡对三轴运动平台的控制程序，主要包括两种运动直线插补和圆弧插补，以下举例说明：

1）直线插补

目的：分别使A、B、C轴以直线插补方式移动7000，3000，6000的距离。正常情况下，三个电机一起启动、停止。

指令                          说明

LMABC                         指定A、B、C轴为直线插补运动

LI7000,3000,6000              直线插补相对距离

LE                            直线插补结束

VS6000                        矢量速度

VA20000                       矢量加速度

VD20000                       矢量减速度

BGS                           开始运动

2）圆弧插补

目的：以圆弧插补方式移动A、B轴形成下图所示的运动轨迹。注意：矢量运动从位置(0,0)点开始，定义在任何矢量运动程序的开始处。

指令                          说明

VMAB                          选择A、B轴为圆弧插补运动

VP-4000,0                     直线线段运动

CR2000,270,-180               圆弧线段运动

VP0,4000                      直线线段运动

CR2000,90,-180                圆弧线段运动

VSl000                        矢量速度

VA50000                       矢量加速度

VD50000                       矢量减速度

VE                            矢量程序结束

BGS                           开始矢量运动

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3．人机界面功能：在上位PC机上完成，主要供操作管理人员使用，其功能有：

1）显示图像中物体的位置；

2）显示三轴运动平台的位置信息；

3）显示对运动控制卡的控制窗口；

4）记录历史数据。

该人机界面功能可以实现以下优点：

1）高度的智能化：将图像采集的数据进行处理，得到物体的形状、颜色以及位置信息，并将这些信息传到操作窗口进而控制三轴运动平台进行分拣作业。

2）安全的保护措施：先进的限位开关确保步进电机的安全可靠性，防止三轴运动平台的损坏，此外还有自检报警等保护措施。

3）高效率的分拣系统：本系统采用CCD进行识别，在上位PC机中进行处理，控制机械手进行分类、归纳，省去了大量的人力、物力资源，节省了时间，大大地提高了工作效率。

4）高速的数据传输：系统上位PC机的控制方式，实现了自上而下的工艺参数设置的高速数据传输功能。

综上所述，本实用新型采用现代化机器视觉技术与多轴运动控制技术的结合，实现了分拣系统的智能化管理，彻底改变了传统工作管理模式，提高了分拣效率和准确性；而且投资维护成本低、可节省更多的空间和资源；因此，本实用新型可满足当前及未来社会对分拣工作繁杂问题的需求，可广泛应用在食品药品生产、机械加工、芯片制造等领域，适用性强，具有极强的实用价值。

最后有必要在此说明的是：上述内容只用于对本实用新型的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，本领域的技术人员根据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于工业CCD的视觉识别分拣系统，其特征在于：包括工业CCD、内设图像采集卡的上位PC机、接收上位PC机传送来的控制参数并将该控制参数转化成控制信号的运动控制卡，以及用于接收运动控制卡传送来的控制信号并执行工件分拣操作的三轴运动平台，所述工业CCD的输出端与上位PC机中图像采集卡的输入端相连，上位PC机的输出端与运动控制卡的输入端相连，运动控制卡的输出端与三轴运动平台的输入端相连。

2.如权利要求1所述的基于工业CCD的视觉识别分拣系统，其特征在于：所述工业CCD与上位PC机之间、上位PC机与运动控制卡之间，以及运动控制卡与三轴运动平台之间通过以太网连接线相连接。

3.如权利要求1所述的基于工业CCD的视觉识别分拣系统，其特征在于：所述上位PC机上设置有对现场进行监控和操作的人机界面。

4.如权利要求1所述的基于工业CCD的视觉识别分拣系统，其特征在于：所述工业CCD通过USB接口与上位PC机相连。