CN205607332U - 基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，包括照明单元、触发单元、图像采集单元、图像处理单元、信息输出单元、预警提示单元和纠正单元；所述照明单元设置在可将桥式起重机桥架跨度照亮的位置，所述图像采集单元设置在可拍摄桥式起重机桥架跨度的位置；所述图像采集单元接收触发单元输出的触发信号，所述图像采集单元的信号输出端与所述图像处理单元的信号输入端连接，所述图像处理单元的信号输出端分别与所述信息输出单元、预警提示单元及纠正单元连接。本实用新型直接模拟了人类双眼处理景物的方式，具有精度高、效率高、自动化程度高、适应性强、造价低等优点。

Description

基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置

技术领域

本实用新型涉及测量装置领域，更具体地说，涉及一种基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置。

背景技术

机器视觉是以图像处理理论为核心，是人工智能范畴的一个领域，广泛地用于各种无损测量技术中。机器视觉技术伴随着信息技术、现场总线技术的发展，技术日臻成熟，已是现代加工制造业不可或缺的产品，广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。同时机器视觉也是高危场合和探测不可视物理时的最佳选择，广泛用在工、农、交通、军事、医学等行业。

桥式起重机是工业现场很重要的起吊设备，但是桥式起重机在运行时常常出现夹轨现象，由于这种夹轨运行使年轮和轨道磨损严重，有的单位每年都要更换车轮。严重的夹轨运行还会引起厂房的频繁地震动，在工作现场产生很大的噪声。桥式起重机出现夹轨运行有的因为桥架端梁产生变形等原因造成的，使桥架的跨度超差；但也有相当数量的起重机是因为运行轨道的跨度不符合标准而造成运行夹轨的。因此,起重机的跨度与轨道的跨度均应有正确的测量方法,使测量的误差为最小。

测量桥架跨度目前普遍采用拉钢尺的方法。这种方法简单方便,适用于在生产和修理时随时测量和调整跨度,所以被广泛使用。但是对于跨度较大(34.5m以上)，已超出钢卷尺修正值范围，没有修正值可以查询，就无法修正测得数值。测量人员测量时，用50m钢卷尺测量两轨道中心轨距，同时借助弹簧秤拉紧钢卷尺，多次测量数值进行加和处理，由于测量人员体能所限，无法完成整跨度测量过程，其产生测量误差。测量过程中测量人员需站至轨道两侧，测量人员造成较大安全隐患。同时，采用常规测量法，需将整跨起重机滑线电源拉闸，致使整垮起重机无法作业，且用时较长，对现场的生产运行造成严重影响。

上述测量也需采用经纬仪测量，但对现场环境要求较高，由于被测跨受相邻跨起重机作业产生震动影响，仍然无法满足现场实际测量要求。

因此，上述两种方法无法测得准确数值，因此不能有效的调整和维护起重机大车轨距，造成起重机大车轮啃轨严重。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，包括照明单元、触发单元、图像采集单元、图像处理单元、信息输出单元、预警提示单元和纠正单元；所述照明单元设置在可将桥式起重机桥架跨度照亮的位置，所述图像采集单元设置在可拍摄桥式起重机桥架跨度的位置；所述图像采集单元接收触发单元输出的触发信号，所述图像采集单元的信号输出端与所述图像处理单元的信号输入端连接，所述图像处理单元的信号输出端分别与所述信息输出单元、预警提示单元及纠正单元连接。

在上述方案中，所述图像采集单元包括图像采集卡、两部CCD相机及与所述CCD相机匹配的镜头，所述图像采集卡接收所述触发单元输出的触发信号、控制所述CCD相机曝光采集图像及将图像输送给图像处理单元。

在上述方案中，所述照明单元是DLP投影仪产生的结构光光源。

在上述方案中，所述预警提示单元包括灯具驱动电路和预警提示灯，所述灯具驱动电路的信号输入端与所述图像处理单元的信号输出端连接，所述灯具驱动电路的信号输出端与所述预警提示灯连接。

在上述方案中，所述触发单元为光电传感器。

在上述方案中，所述图像处理单元为计算机。

实施本实用新型基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，具有以下有益效果：

1、本实用新型基于双目立体视觉尺寸测量，直接模拟了人类双眼处理景物的方式，具有精度高、效率高、自动化程度高、适应性强、造价低等优点，无需接触头辅助，能实现对桥式起重机的桥架跨度进行无表面接触的高精度测量，既可用于对桥架的离线检测，也用于对各种实时、在线的生产现场进行精密测量。

2、本实用新型克服了传统钢卷尺测量方法的测量效率低的缺陷，节约宝贵的人力资源，消除传统测量过程中测量人员的安全隐患，且本实用新型采用非接触测量，无需特殊硬件的支持，测量所需时间短，不会对现场的生产运行造成严重的影响。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置的结构示意图。

图2为待测桥式起重机桥架跨度示意图。

图3为本实用新型基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置的测量示意图。

图4为双目立体视觉的工作原理图。

图中：照明单元1；图像采集单元2；图像处理单元3；信息输出单元4；预警提示单元5；纠正单元6；桥式起重机桥架7；触发单元8；CCD相机2.1；图像采集卡2.2；镜头2.3；灯具驱动电路5.1；预警提示灯5.2。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型一种基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，包括照明单元1、触发单元8、图像采集单元2、图像处理单元3、信息输出单元4、预警提示单元5和纠正单元6。

照明单元1是DLP投影仪产生的结构光光源，该光源方向性好，设置在可将桥式起重机桥架7跨度照亮的位置。图像采集单元2设置在可拍摄桥式起重机桥架7跨度的位置，其包括图像采集卡2.2、两部CCD相机2.1及与CCD相机2.1匹配的镜头2.3。照明单元1是图像采集单元2的辅助部分，目的是获得高质量的图像数据，其采用DLP投影仪产生的结构光光源，以获得对比鲜明的图像，方便后期图像的处理。照明单元1安装在CCD相机2.1视场的侧上方，照明单元1和CCD相机2.1垂直安装在桥式起重机运行路线的同一侧。触发单元8是光电传感器，用于检测桥式起重机桥架7进入CCD相机2.1的视场范围。

图像采集卡2.2接收到触发单元8输出的触发信号后，控制CCD相机2.1曝光采集图像，并将图像输送给图像处理单元3。图像处理单元3为计算机。图像采集单元2的信号输出端与图像处理单元3的信号输入端连接，图像处理单元3的信号输出端分别与信息输出单元4、预警提示单元5及纠正单元6连接。预警提示单元5包括灯具驱动电路5.1和预警提示灯5.2，灯具驱动电路5.1的信号输入端与图像处理单元3的信号输出端连接，灯具驱动电路5.1的信号输出端与预警提示灯5.2连接。

本实施例中，触发单元8是一个光电传感器，用于检测桥式起重机的进入CCD相机的视场范围时，传感器立即做出响应，将触发信号传输给图像采集卡2.1，图像采集卡2.2控制CCD相机2.1曝光采集图像，供后期图像处理数据进行分析。

本实用新型的工作过程如下：如图2和图3所示，触发单元8检测到桥式起重机桥架7进入CCD相机2.1的视场范围时，输出触发信号，图像采集卡2.2接收到该触发信号后，控制CCD相机2.1曝光采集图像，CCD相机2.1在照明单元1的照射下获取桥式起重机桥架7跨度的光学图像，CCD相机2.1将光学图像转换成视频信号输出给图像采集卡2.2，图像采集卡2.2再将数字信号转换成数字图像信息供图像处理单元3处理，图像处理单元3运用图像处理算法对图形数据进行运算，从而求得图像中桥式起重机桥架7一端车轮内侧至另一端车轮外侧的距离所对应边界点的坐标，并计算出桥式起重机桥架7跨度的尺寸，最后与预先设定的标准尺寸相对比，从而判断出桥式起重机桥架7跨度是否超出国家规定的范围，若超出预设的范围，预警提示单元5则开始启动灯具驱动电路5.1，预警提示灯5.2自动点亮，同时纠正单元6开始工作，将桥式起重机桥架7跨度调整到规定范围内，同时图像处理单元3自动统计生成的检测结果保存到数据库系统中，并可以选择将测量结果传送给信息输出单元4。

本实用新型的工作原理为双目视觉原理：如图4所示，双目立体视觉技术由分布在不同位置的2台或者1台相机经过移动或旋转拍摄同一场景，通过计算空间点在两幅图像中的视差，获得该点的三维坐标值，从而可以重建场景的三维信息。

空间点P在相机C₁和相机C₂所获取的两幅图像上的投影点分别为P₁和P₂，O₁和O₂分别为两相机的光心，由相机的几何成像模型可知：

假设此两相机的投影变换矩阵M已经由标定给出，分别为

如果P₁和P₂在各自的图像像素坐标系下的齐次坐标分别为(u⁽¹⁾，v⁽¹⁾，1)和(u⁽²⁾，v⁽²⁾，1)，(X_W，Y_W，Z_W，1)为空间点P在世界坐标系下的齐次坐标，将M⁽¹⁾，M⁽²⁾代入(1)式得

由解析几何知，三维空间的平面方程为线性方程，两个平面的联立为空间直线方程，以上方程组的几何意义是过O₁P₁或O₂P₂的直线。由于空间点P为直线的交点，所以联立以上方程组，便可求出P点的三维坐标(X_W，Y_W，Z_W)。由此，便可通过两幅图像对现场三维信息进行重建。

本实用新型建立机器视觉测量系统的关键步骤是：图像获取、图像的预处理、图像拼接、摄像机标定、特征提取、立体匹配和三维重建，在实现过程中，利标定模板对CCD相机2.1进行内、外参数进行标定，计算出投影变换矩阵。采用图像拼接技术，利用特征匹配的方法和外极线约束等约束条件对图像进行立体匹配，对目标空间三维信息进行重建，得到桥架的三维实体，从而实现对大跨度的桥架进行精确的尺寸测量。首先，机器视觉获取桥架的局部图像，并对图像进行滤波处理，然后采用Canny六阈值法进行边缘提取，得到完整的边缘图像，最终利用最小二乘法拟合出桥架的边缘形状，并通过数学算法获得每段桥架跨度的尺寸。由于一幅扫描点云图无法获取桥架的全貌.而从不同位置获得的图像分别采用其各自的局部坐标系.因此需要将它们配准到一个统一坐标系下。三维拼接技术的实质是把在不同的局部坐标系中扫描得到的数据点云进行坐标变换。

基于双目立体视觉测量尺寸，直接模拟了人类双眼处理景物的方式，具有精度高、效率高、自动化程度高、适应性强、造价低等优点。无需接触头辅助，无需表面接触，能实现对桥式起重机桥架跨度的高精度测量，既可用于对桥架的离线检测，也用于各种实时、在线的生产现场精密测量。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，其特征在于，包括照明单元(1)、触发单元(8)、图像采集单元(2)、图像处理单元(3)、信息输出单元(4)、预警提示单元(5)和纠正单元(6)；所述照明单元(1)设置在可将桥式起重机桥架(7)跨度照亮的位置，所述图像采集单元(2)设置在可拍摄桥式起重机桥架(7)跨度的位置；所述图像采集单元(2)接收触发单元(8)输出的触发信号，所述图像采集单元(2)的信号输出端与所述图像处理单元(3)的信号输入端连接，所述图像处理单元(3)的信号输出端分别与所述信息输出单元(4)、预警提示单元(5)及纠正单元(6)连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，其特征在于，所述图像采集单元(2)包括图像采集卡(2.2)、两部CCD相机(2.1)及与所述CCD相机(2.1)匹配的镜头(2.3)，所述图像采集卡(2.2)接收所述触发单元(8)输出的触发信号、控制所述CCD相机(2.1)曝光采集图像及将图像输送给图像处理单元(3)。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，其特征在于，所述照明单元(1)是DLP投影仪产生的结构光光源。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，其特征在于，所述预警提示单元(5)包括灯具驱动电路(5.1)和预警提示灯(5.2)，所述灯具驱动电路(5.1)的信号输入端与所述图像处理单元(3)的信号输出端连接，所述灯具驱动电路(5.1)的信号输出端与所述预警提示灯(5.2)连接。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，其特征在于，所述触发单元(8)为光电传感器。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于机器视觉的桥式起重机桥架跨度测量装置，其特征在于，所述图像处理单元(3)为计算机。