CN210089615U

CN210089615U - 一种基于3d视觉的冲孔角钢的检测装置

Info

Publication number: CN210089615U
Application number: CN201921142714.0U
Authority: CN
Inventors: 龚烨飞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-20
Filing date: 2019-07-20
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2029-07-20

Abstract

本实用新型提出一种基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置。其包含3D相机、装置本体、辅助架，所述3D相机通过连接件连接至所述装置，所述装置本体包含第一连接装置，其可拆卸的连接所述辅助架，所述装置本体基于指令移动带动其连接的所述3D相机沿所述辅助架直线移动。这样通过装置本体的直线移动带动其连接的3D相机对加工后的角钢拍摄，拍摄后的信息传输至检测控制器进行判断。该装置搭载面阵3D相机，在其检测视野范围中，能够对大小，厚度以及尺寸参数变化的角钢起始边与冲孔特征进行空间范围内宽适应性检测且初始参数设定好，现场参数不需要反复调节即可适应。对于加工对象较为差的表面工况有相当好的适应性，增加整个设备的可靠性。

Description

一种基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，具体的涉及一种基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置。

背景技术

铁塔是我国重要的基建，是特高压电网，5G通信的上游重要载体，也是我国的一带一路的重要内容。角钢铁塔作为铁塔的主要形式占据总量的近2/3，而其中关键部件生产——角钢的冲孔加工的准确性与精确性将影响到整个角钢铁塔的建造成功与否，因此角钢冲孔检测当前已经成为“GBT 2694-2018输电线路铁塔制造技术条件”国家标准中的重要内容，是整个铁塔生产制造链中标准环节。

但是当前我国铁塔制造企业中，对角钢的冲孔检测主要依靠传统的人工检测(目视与操作工具结合)。而人工检测一般具有对于测量工具使用的专业性，主观性、易疲劳、速度慢、强度大等缺点，尤其在当代制造业招工越来越难，人工招聘与培训成本越来越高的情况下已越来越不适应，并且在国家智能制造2025的大背景下，对于企业生产全面质量管理过程中，更需要先进的、智能的并且能够支持大数据汇总的检测系统与方法。

在《角钢冲孔尺寸检测技术研究》和《边缘检测技术在角钢冲孔在线检测中的应用》学术论文中以及在公开号为CN102393181B，发明名称：基于机器视觉的角钢自动在线检测系统及方法的发明专利中，皆揭示一种采用基于传统2D机器视觉方法：即采用工业相机+光源+ 光栅尺移动机构+2D图像处理的方式来完成。首先角钢铁塔属于需要适应不同地理环境的基建，其往往需要定制化，因此每批铁塔的角钢设计参数变化较大，并且组成铁塔的角钢本身都会采用从大到小不同变化的来适应铁塔从低到高的大小变化，因此角钢冲孔设备本身就是对角钢进行宽范围适应的标准系列化设备，这样可以适应每次需要加工的角钢的大小厚度变化，以及冲孔大小、位置、间距的变化，并且角钢冲孔设备当前保有量也比较大，所以对于使用者，如果不是具有再布局或者充分场地资源的情况下，一般都会要求检测设备具备与其适应相配套的能力，因此如果采用该种2D机器视觉的方案，则在对于检测对象的具有大小位置变化的情况下，其测量精度与可靠性与适应性较差，每次设备上换型新角钢后，会涉及到相机软件硬件重调，甚至标定重新做，十分不方便。另外方案中采用两个摄像机分别斜照+ 光源的方式，除了前述确定外，另外导致检测头体积较大不方便，多相机协调控制相对困难，并且成本相对较高等缺点。

另外在公开号为CN102393181B，发明名称为角钢几何参数自动在线检测方法及装置的发明专利中，其揭示一种采用2台三维扫描仪并结合拼接靶标的方式，首先该方案两台三维扫描仪成本过高，无法适应当前铁塔企业的对于设备成本的实际需求，因此一般只能作为特殊的专用设备，另外该方案并没有揭示冲孔在线检测等实施方式。

实用新型内容

为此本申请旨在解决上述存在的至少一个问题，提供一种基于3D 视觉的角钢检测装置，该检测装置能够在较为简便的情况下，最大程度的对单一角钢冲孔线上的一定范围内变化的角钢进行宽适应性的检测。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，

一种基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置，其特征在于，包含3D相机、装置本体、辅助架，所述3D相机通过连接件连接至所述装置，所述装置本体包含第一连接装置，其可拆卸的连接所述辅助架，

所述装置本体基于指令移动带动其连接的所述3D相机沿所述辅助架直线移动。这样通过装置本体的往复直线移动带动其连接的3D相机对加工后的角钢拍摄，拍摄后的信息传输至检测控制器进行判断。

优选的，该3D相机可旋转的通过连接杆固定于所述装置本体，所述装置本体移动带动所述3D相机沿所述辅助架直线移动。

优选的，该3D相机包含结构光3D相机或TOF3D相机。

优选的，该3D检测装置，还包含第二连接装置，其通过连接件连接所述3D相机。

优选的，该3D第一连接装置与所述第二连接装置一体设置。

优选的，该3D辅助架包含一引导组件，其连接所述装置本体，所述装置本体基于指令移动带动所述3D相机沿所述引导组件直线移动。

优选的，该3D辅助架包含第一限位装置、第二限位装置，其配置于所述辅助架的端部且分别电性连接检测控制器，用以限制装置本体的移动幅度，使其在第一限位装置与第二限位装置间移动。

优选的，该3D检测装置，还包含检测控制器，其电性连接所述3D相机，所述3D相机基于检测控制器的指令对角钢拍摄并将拍摄的信息反馈至检测控制器。

优选的，该3D监测控制器配置有HMI接口，其用以接收检测信息，或无线模块，其用以连接外部设备，用以接收检测信息。

本申请实施例还提供一种基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置，其特征在于，包含3D相机、辅助架、检测控制器，所述辅助架包含与其滑动连接的引导组件，所述3D相机通过连接件连接至所述辅助架，所述引导组件基于指令移动带动其上的角钢沿所述辅助架直线移动，所述3D相机电性连接检测控制器并基于其指令对角钢拍摄并将拍摄的信息反馈至检测控制器。

有益效果

采用本申请实施方式的检测装置，其搭载面阵3D相机，在其检测视野范围中，能够对大小，厚度以及尺寸参数变化的角钢起始边与冲孔特征进行空间范围内宽适应性检测，并且初始参数设定好，现场参数不需要调试即可应用，对于加工对象较为差的角钢表面工况有相当好的适应性，增加整个设备的可靠性。该检测装置所采集的信息还可传输至检测控制器和/或远端服务器，为整个企业后续的全面的质量监控与大数据分析提供数据基础。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1所示为本实用新型实施例角钢冲孔的检测功能示意图，

图2,图3所示为本实用新型实施例的3D相机安装于装置本体的示意图，

图4,图5,图6所示为本实用新型实施例的检测装置的示意图。

图7所示为本实用新型实施例的3D相机的功能示意图；

图8所示为本实用新型实施例的角钢结构的示意图；

图9所示为本实用新型实施例的基于3D视觉的冲孔角钢检测功能模块示意图，

图10所示为本实用新型实施例的基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置的流程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本实用新型而不限于限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以如具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

本申请提出的应用于铁塔的角钢检测装置，其用以对加工后的角钢冲孔的“个数”与“形位”进行检测，如对加工后的角钢的孔径，孔距、准距、端距等。其利用一个面阵3D相机并结合3D视觉处理(点云检测)的方式，该方式能够在检测机构较为简便的情况下，最大程度的对单一角钢冲孔线上的一定范围内变化的角钢(例如，一种常见类型的角钢冲孔设备，如：应用于63×63×4mm～200×200×20mm的范围内的角钢)进行宽适应性的检测。基于模型的3D视觉处理，使得在线角钢特征检测简便，高效，可靠。申请中实施方式中提及的面阵3D相机是“具有上/下端截断的金字塔体的空间检测视野，如图7所示，3D相机10拍摄角钢20，并能够获取该视野中的对象表面的三维点云的一个视觉部件”。较佳的，可选结构光3D相机或TOF3D相机。

如图1所示为本申请提出的角钢检测系统功能示意图，其包含

角钢加工设备100、检测装置200、放置待检测角钢的支架300，经过角钢加工设备100加工后的角钢400放置在支架300的预定位置，利用检测装置200对其检测。较佳的，该检测装置200对角钢的冲孔的“个数”与“形位”进行检测。该检测装置200利用移动机构在其辅助架移动，以检测角钢。本实施方式中，检测装置包含面阵3D相机在其检测视野范围中，能够对角钢的大小，厚度以及尺寸参数变化的角钢起始边与冲孔特征进行空间范围内宽适应性检测。若初始参数设定好，现场参数不需要反复调节即可适应，对于加工对象较为差的表面工况有相当好的适应性，增加整个设备的可靠性。较佳的，该检测设备用于在线检测铁塔用角钢冲孔状态。检测后(判断合格)的角钢通过传输部件转运至预定的地点。

图2.图3所示为本本申请实施方式的检测装置的示意图，

检测装置200，其包含装置本体，与装置本体固定连接的指示装置 202，安装于装置本体一侧端的第一连接装置203，通过该第一连接装置203连接至辅助架(图未示)，3D相机201，安装于装置本体一侧端的第二连接装置204，该3D相机201通过连接杆204第二连接装置204。较佳的，第一连接装置203配置有第一连接件2031，第二连接件2032，用以连接至辅助架(图未示)。较佳的，该第一连接件2031与第二连接件2032(大致)垂直。在其他的实施中，该第一连接件2031与第二连接件2032不在所连接的辅助架的同一侧面。这样以提高连接的稳定性。在其他的实施方式中，该第一连接装置203与第二连接装置204 一体设置。较佳的，该3D相机可为结构光3D相机，TOF3D相机。该检测装置可以直接部署于原角钢冲孔设备处，这样可做到冲孔设备加工完成一个角钢立刻检一个。也可以通过设置检测缓冲区，将加工完角钢推入到检测缓冲区，进行一边加工一边检测流水线在线复合工作方式。其工作时通过3D相机作为对角钢检测，通过各种可以完成直线运动移动机构(齿轮齿条，直线电机等)带动3D相机即可完成对所需要适应长度的所有角钢进行覆盖式检测，最终检测装置的检测控制器(也称视觉处理控制器)所检测结果可传输至现场终端以供靠近现场的人员对生产管控。较佳的，检测结果还可以通过网络传输至远端服务器，可供生产设计与管理部门清晰获得当前角钢加工质量信息以对生产进行优化等。

接下来图4,图5,及图6来描述检测装置安装于辅助架的实施方式，如图4所示为检测装置安装于辅助架的示意图，检测装置200安装于辅助架2000上并沿辅助架2000上的引导组件2001来回往复的直线移动。该检测装置200移动的过程中基于其3D相机201以检测角钢 400(如图6所示)的冲孔的信息(如，冲孔的位置，形状，数量等)，将检测的信息与预设的信息做比较，若检出异常时通过警报装置202 发出提示信息。辅助架2000的一端配置有第一限位装置2002，与该一端相对的端配置有第二限位装置2003，该第一限位装置2002及第二限位装置2003，用以限制检测装置200的移动幅度，使其在第一限位装置2002与第二限位装置2003间(往复)移动。检测装置200通过第一连接装置203(如图5所示)连接至辅助架2000。较佳的，在一实施方式中，该3D相机电性连接检测控制器，其将检测的信息反馈至检测控制器，该检测控制器将接收的检测信息传输至远端服务器。检测控制器可通过硬件网络(有线/无线)外连至远端服务器，这样用户通过智能终端可访问获和/或获取该数据。客户可随时访问到角钢冲孔批量加工质量信息。较佳的，该检测控制器为外置控制器。

作为上述实施方式的变形，在一实施方式中，可为3D相机固定于辅助架(辅助支架)，所述辅助架(辅助支架)其包含，引导部件，该引导部件可滑动的连接于该辅助架，3D相机通过连接件连接至辅助架，该引导部件基于指令移动进而带动其上的(加工后)角钢沿辅助架直线移动。这样3D相机固定于辅助架上，引导部件带动其上的角钢直线移动时，3D相机拍摄角钢信息并将其传输至检测控制器。

在一实施方式中，基于该3D相机检测的信息以获得角钢冲孔实际加工质量信息(如：是否漏孔，孔径、准距，端距等参数及误差范围)。准距，端距的定义描述如图8所示。准距是指角钢的楞线至冲孔中线间的距离L1。端距指角钢的一侧端与(最近其的)冲孔中心的距离L2。

在一实施方式中，支架与辅助架可为一体设计。

在一实施方式中，该检测控制器配置有HMI(人机接口)接口，通过该接口可以对接接受来自生产规划部门的CAM加工信息，这样可以适应不同加工任务派遣，另外该设备主要对角钢冲孔加工设备加工完后的角钢进行检测，因此可以直接部署与原角钢冲孔设备于一体，做到加工完成一个立刻检一个，也可以通过设置检测缓冲区，将加工完角钢推入到检测缓冲区，进行一边加工一边检测流水线在线复合工作方式。工作时，则是通过3D相机作为对角钢检测的主要部件，通过各种可以完成直线运动移动机构(齿轮齿条，直线电机等)带动3D 相机即可完成对所需要适应长度的所有角钢进行覆盖式检测，最终检测设备视觉处理控制器所检测结果可以传输至现场终端，可供靠近现场的生产人员对生产异常进行监控与快速动作。检测整体结果也可通过网络传输至用户本身的远端(云端)服务器，可供生产设计与管理部门清晰获得当前角钢加工质量信息以对生产进行优化等。

如图9所示为本申请一实施例的基于3D视觉的冲孔角钢检测的功能模块示意图，检测控制器模块1电性连接直线运行控制模块进而带动面阵3D相机移动，该面阵3D相机移动时对角钢进行拍摄并将拍摄的信息反馈至检测控制器模块1，检测控制器模块1的角钢圆孔点云检测模块、角钢楞边检测模块、角钢起始边检测模块基于运算将运算的信息传输至冲孔特征检测数据汇总模块，该冲孔特征检测数据汇总模块接收并相应该信息传输至其连接的显示模块或智能设备，这样现场人员通过查看显示模块或智能设备获取检测信息。本实施方式中，预先将检测信息传输至检测控制器模块的角钢冲孔CAM导入解析模块，通过其解析出的检测参数及角钢检测的运动轨迹，该运动轨迹被传输至直线运动控制模块；解析出的检测参数还被传输至冲孔特征检测数据汇总模块，用以将拍摄处理的参数与解析出的参数进行比较判断。若判断出异常时，发出提示信息。较佳的，该冲孔特征检测数据汇总模块将信息传输至远端服务器。

本申请还提供一种基于3D视觉检测的在线铁塔角钢冲孔检测方法，图10所示，该方法包含如下步骤：

S1.检测设备控制器接收的角钢参数信息(角钢冲孔的参数信息)，如：根据专用软件生成的角钢冲孔CAM生产文件。该文件还可通过网络或者移动存储介质传输至角钢加工设备。

S2.角钢冲孔CAM解析模块接收并响应该信息解析获取检测参数(如：角钢冲孔的序号、孔径、位置(即X坐标为端距，Y坐标为准据)，以及所在角钢面。) 并将该信息传输至角钢检测及运动规划模块。

作为S2的变形，在一实施方式中，检测设备控制器接收的多种(多批次的) 角钢参数信息，这时基于检测控制器的交互终端选择相应CAM生产文件，文件被选择导入时，则“角钢冲孔CAM解析模块”将会解析获取角钢冲孔的序号、孔径、位置(即X坐标为端距，Y坐标为准据)，以及所在角钢面。并将该信息传输至角钢检测及运动规划模块。

S3.角钢检测及运动规划模块接收并响应该信息并根据3D相机的检测视野(3D相机出厂时自身所具备的参数)规划其完成全部角钢冲孔覆盖式的检测所需要运动轨迹。即检测所需要运动到所有的位置点，{P_i＝(X_i，D_i)|i＝0…N}，其中 {X_i|i＝1…N}表示运动机构每次所需要运动去检测角钢冲孔特征的位置控制值 (一般如果采用伺服控制系统，这个值为伺服电机所达到的位置编码器控制值)，而X₀则是每次对角钢的起始边进行检测预设位置(一般由机械零点所确定)，该整个{X_i|i＝0…N}数据将被传输至“直线运动机构控制模块”；而D_i则表示在该检测位置值下，3D相机所需要检测与模型所预期一致的特征对象ID及其参数值，对于D₀则表示进行角钢边沿特征，而{D_i|i＝1…N}则表示所有待测的冲孔特征，而整个{D_i|i＝0…N}将被传输至“面阵3D相机模块”。

S4.直线运动机构控制模块基于指令移动进行点云采样样并进行检测分析(如，信息的分割、识别、提取)。即直线运动机构控制模块根据每次所获得的X_i驱动运动机构及安装在其上的3D相机值检测点，并发送命令给“面阵3D相机”完成该处点云拍照采集，在X₀处所采样的点云将被传输给“角钢起始边检测模块”，而在{X_i|i＝1…M}处所采样的点云数据将被传输至角钢楞边检测模块及角钢圆孔点云检测模块。

S5.冲孔特征数据汇总模块基于角钢冲孔解析模块解析的参数及检测估算的进行判断。即冲孔特征数据汇总模块通过获得一对{圆孔参数对应集|模型CAM圆孔，点云圆孔检测数据}进行对比,如果点云圆孔成功检测到，则进一步根据起始边与楞边计算准据，端距，最终进行对应模型参数与检测数据的相关特征量误差对比，若超限，则将结果显示并警告；若点云圆孔未被检测到，则发出警告或直接将结果显示并警告。

较佳的，该S4中还包含

S41.角钢起始边检测模块通过在搜索指定方向的点云边沿，并且对该边沿进行内外角判断其有效性。并将检测的数据输入冲孔特征数据汇总模块。

S42.角钢楞边检测模块通过进行点云空间面分割与空间平面拟合实现，并且最终计算出两个面相交线作为角钢楞边的实际值，以作为将来计算圆孔准据的主要参数值输入至冲孔特征数据汇总模块。较佳的，通过面分割出的角钢两个面的点云数据将进一步作为圆孔检测的输入数据，以提高孔检测的效率与可靠性。

S43.角钢圆孔点云检测模块在获得角钢面所在的点云集以及结合CAM所预测的圆孔位置区域附近中进行圆孔搜索检测，若成功搜索到圆孔数据则通过圆拟合可以得到圆心与孔径大小，并且将被输入至“冲孔特征数据汇总模块”，若没有搜索到有效圆孔，则将“圆孔缺失”结果，同样输入至“冲孔特征数据汇总模块”。

本实施方法中所有的检测数据通过控制器外连的网络传输至所指定的远端服务器。这样以备后续用户进行回溯或者第一时间获知。而对于现场生产人员如果获得异常通知，则可以采取相应措施，而如果整个检测过程无异常，则可以开启新的一轮生产检验直至所有待加工生产任务完成。

在该监测装置的设计中，采用移动机构上安装面阵3D相机的实施方式，基于指令移动机构移动带动面阵3D相机移动并在移动时对角钢拍摄，并结合基于 CAD的运动规划与点云后处理，这样来完成在线角钢冲孔检测。还可将检测信息传输至云端服务器。该实施方法中基于CAM模型信息的角钢特征检测，包括角钢起始边检测，角钢楞边检测以及角钢冲孔检测，这样在3D相机的视野内，更换角钢批次检测时仅需调取其对应的CAM模型信息，通过检测控制器中的角钢冲孔解析模块解析出所需参数进行检测。这样无需频繁的调整3D相机，做到快速切换，检测精度高。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡如本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置，其特征在于，包含3D相机、装置本体、辅助架，所述3D相机通过连接件连接至所述装置本体，所述装置本体包含第一连接装置，其可拆卸的连接所述辅助架，所述装置本体基于指令移动带动其连接的所述3D相机沿所述辅助架直线移动。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述3D相机可旋转的通过连接杆固定于所述装置本体，所述装置本体移动带动所述3D相机沿所述辅助架直线移动。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述3D相机包含结构光3D相机或TOF3D相机。

4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包含第二连接装置，其通过连接件连接所述3D相机。

5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述装置本体呈四方体状，所述第一连接装置配置于所述装置本体的一侧、其上配置有连接件，通过所述连接件连接所述辅助架。

6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述辅助架包含一引导组件，其连接所述装置本体，所述装置本体基于指令移动带动所述3D相机沿所述引导组件直线移动。

7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述辅助架包含第一限位装置、第二限位装置，其配置于所述辅助架的端部且分别电性连接检测控制器，用以限制装置本体的移动幅度，使其在第一限位装置与第二限位装置间移动。

8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包含检测控制器，其电性连接所述3D相机，所述3D相机基于检测控制器的指令对角钢拍摄并将拍摄的信息反馈至检测控制器。

9.如权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述检测控制器配置有HMI接口，其用以接收检测信息，或无线模块，其用以连接外部设备，用以接收检测信息。

10.一种基于3D视觉的冲孔角钢的检测装置，其特征在于，包含3D相机、辅助架、检测控制器，所述辅助架包含与其滑动连接的引导组件，所述3D相机通过连接件连接至所述辅助架，所述引导组件基于指令移动带动其上的角钢沿所述辅助架直线移动，所述3D相机电性连接检测控制器并基于其指令对角钢拍摄并将拍摄的信息反馈至检测控制器。