CN218276857U - 基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，包括供俯视镜头以及正视镜头自上而下依次布置的安装柱，俯视镜头以及正视镜头用于捕捉操作者面部和/或机器运动状态图像；所述安装柱上还设置有光源，光源的照射点与俯视镜头以及正视镜头的图像捕捉点位置对应；安装柱上设置有接收俯视镜头以及正视镜头图像信息的控制器，控制器与报警器连接。本实用新型可随时对监控和预警系统的镜头进行刮扫作业，使监控和预警系统不受恶劣的生产环境影响，降低了生产时的安全隐患。

Description

基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统

技术领域

本实用新型涉及监控预警领域，具体是基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统。

背景技术

目前，精密制造行业(如模切、冲床、抛光等)存在人工进行危险作业的情形，机器故障、疲劳作业、违规操作、机器运动中的视觉盲区是造成伤害事故的主要原因。研究机器以及机器操作者之间的行为关系，发现和识别安全隐患，为危险操作提供预警信号，可以进一步保障机器和人员安全。

基于机器视觉技术可实时对生产状态进行监控和预警，然后由于机器镜头所处的生产环境恶劣，长时间工作时镜头会沾染大量灰尘，严重影响图像的传回质量，导致监控和预警系统受到影响，提高了生产时的安全隐患，因此亟待解决。

发明内容

为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，可随时对监控和预警系统的镜头进行刮扫作业，使监控和预警系统不受恶劣的生产环境影响，降低了生产时的安全隐患。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，包括供俯视镜头以及正视镜头自上而下依次布置的安装柱，俯视镜头以及正视镜头用于捕捉操作者面部和/或机器运动状态图像；所述安装柱上还设置有光源，光源的照射点与俯视镜头以及正视镜头的图像捕捉点位置对应；安装柱上设置有接收俯视镜头以及正视镜头图像信息的控制器，控制器与报警器连接。

作为本实用新型进一步的方案：俯视镜头、正视镜头、A/D转换器以及图像传感器共同组成摄像单元，所述图像传感器位于俯视镜头以及正视镜头的共同成像路径上；摄像单元通过镜头捕捉光信号并最终转变为图像信号输出至控制器。

作为本实用新型再进一步的方案：摄像单元通过串口、蓝牙或WiFi与主机通讯连接。

作为本实用新型再进一步的方案：所述控制器包括接收摄像单元采集图像信号的STM32H743芯片，STM32H743芯片接收的图像信号依次通过预处理单元、提取单元、计算单元以及主控单元处理后得到图像识别结果。

作为本实用新型再进一步的方案：所述光源为LED光源，所述警报器为蜂鸣器。

作为本实用新型再进一步的方案：安装柱上还设置有用于清扫俯视镜头以及正视镜头镜面的清扫装置，清扫装置包括两组水平布置的悬臂，悬臂受驱动部驱动其沿铅垂方向运动；两所述悬臂上设置有分别与俯视镜头以及正视镜头位置对应的刮板，两所述刮板随悬臂沿铅垂方向运动时对对应的镜头产生刮扫动作。

作为本实用新型再进一步的方案：所述安装柱为空心柱体，导轨沿铅垂方向固定在安装柱的柱腔内；悬臂安装在在导轨上且可穿过安装柱上的活动孔从而悬置在安装柱外，驱动部驱动悬臂沿导轨长度方向滑动从而可产生沿铅垂方向的升降动作。

作为本实用新型再进一步的方案：所述驱动部为沿悬臂长度方向布置的伸缩杆，伸缩杆的杆身上设置有上下对称布置的连接臂，安装柱的柱腔内安装有驱动齿轮，驱动齿轮和连接臂之间通过可产生V型开合动作的二连杆连接，二连杆的其中一个连接端与驱动齿轮的旋转轴固定连接，二连杆的另一个连接端与连接臂铰接配合，各回转轴线彼此平行；导轨上设置有与导轨滑动配合的两组滑块，两所述悬臂对应固定在两所述滑块上，所述滑块上凸设有齿条，滑块通过齿条与对应的驱动齿轮形成齿轮齿条配合。

作为本实用新型再进一步的方案：所述刮板与悬臂铰接从而可形成V型开合动作且开口方向朝向安装柱方向，刮板与悬臂之间通过弹簧连接，非工作状态下，上方的刮板与俯视镜头的底部镜面抵接，下方的刮板与正视镜头的顶部镜面抵接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型设计了一种双镜头设计的生产状态监控以及危险预警系统，以俯视人脸角度以及正视人脸角度拍摄，全面捕捉到目标图像信息和以及机器与操作者之间的空间位置关系，传回的图像质量高，图像经控制器处理判断后，根据操作者或机器的状态发送报警指令给报警器，以起到危险预警效果，通过清扫装置定期清扫两组镜头的镜面，使监控和预警系统不受恶劣的生产环境影响，降低了生产时的安全隐患。

2、本实用新型通过各单元的协作配合，提高了系统的整体性能，采用LED灯作为光源，并使光源的照射点与俯视镜头以及正视镜头的图像捕捉点位置对应，提高了所采集到的图像精度。

3、本实用新型的清扫装置采用伸缩杆作为驱动部，伸缩杆伸缩动作的同时，带动二连杆产生开合动作，由于二连杆其中一端与驱动齿轮的轮轴固定，驱动齿轮产生自转运动，驱动齿轮旋转时通过齿轮齿条配合带动两组滑块沿导轨相向或背向运动，从而驱动两组刮板沿铅垂方向运动，对两个镜头产生刮扫动作。

4、本实用新型的安装柱设计为空心柱体，可容纳清扫装置，结构更加紧凑，不与镜头的图像采集产生干涉；由于刮板与悬臂铰接布置，由于弹簧的存在，可使得刮板始终与镜头的镜面抵接，提高了刮扫清洁效果。

附图说明

图1为本实用新型非工作状态下的状态图。

图2为本实用新型工作状态下的状态图。

图中：

1、安装柱；11、导轨；12、滑块；13、悬臂；

14、弹簧；15、刮板；16、活动孔；

2、俯视镜头；3、正视镜头；4、驱动部；41、连接臂；

5、二连杆；6、驱动齿轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～2，本实用新型实施例中，基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，包括铅垂布置的安装柱1，摄像单元以及光源均安装在安装柱1上，其中摄像单元由俯视镜头2、正视镜头3、A/D转换器以及图像传感器共同组成。

俯视镜头2位于正视镜头3上方，图像传感器位于俯视镜头2以及正视镜头3的共同成像路径上。俯视镜头2以俯视操作者人脸的角度进行拍摄，正视镜头3以正视操作者人脸的角度拍摄。

摄像单元将镜头捕捉的光信号转变为电信号和数字信号，最后转变为图像信号，并通过串口输出至控制器。

摄像单元通过串口、蓝牙或WiFi与主机通讯连接，电脑主机存储图像信息并输出至显示器进行显示。

安装柱1上还设置有电源模块为各用电单元供电。光源优选为LED照明装置，光源的照射位置与俯视镜头2以及正视镜头3的镜头捕捉点位置对应。

俯视镜头2以及正视镜头3工作时捕捉操作者面部图像以及机器运动状态图像，采集图像后将图像信号发送至控制器。通过控制器处理并判断，获得操作者的疲劳信息或机器的危险状态信息，并生成警报指令发送至报警器，使报警器发出预警提示，报警器优选为蜂鸣器。

控制器包括烧录有应用算法和程序的STM32 H743芯片，控制器接收摄像单元采集图像信号后，将图像信号先发送至预处理单元。

预处理单元对图像信息设置有效区域并灰度处理后，采用高斯滤波器抑制噪声以平滑图片，并对图像增强，增强后得到预处理图片。

预处理图片输入检测单元，采用Canny边缘检测器对预处理图片进行边缘检测，提取预处理图片中的轮廓信息，用像素/宽度比例来结合物体之间的像素距离来确定物体之间的实际距离。

检测单元提取信息后，输入处理单元，通过卷积神经网络模型和k近邻算法识别判断机器操作者面部静态疲劳状态。状态特征包括操作者的眼睛张闭特征、唇部开合特征以及操作者与机器的距离特征。当操作者的眼睛闭合和/或唇部张开时间≥3s，或当操作者的眼睛半闭合和伴有波动、唇部张开尺度>5cm，判定操作者为疲劳状态；当操作者与机器的距离≤10cm，判定操作者为危险状态。在图像处理前，可以选取大量运动状态下捕捉到的机器和机器操作者图像作为训练样本集，通过特征提取的方法来提取图像特征，并把这些特征交给训练分类器反复的学习与训练，最后得到训练好的分类器来进行实时的图像疲劳状态识别。

图像处理后发送至主控单元，将疲劳状态识别结果保存在数据库里，并根据结果生成警报指令并发送至报警器。

系统工作时，清扫装置对俯视镜头2以及正视镜头3定期清扫，为方便安装清扫装置，安装柱1设计为空心柱体。安装柱1上设置有可产生沿水平方向直线动作的驱动部4，驱动部4优选为伸缩杆，伸缩杆的伸缩端位于安装柱1的柱腔内。

伸缩杆伸缩端的上下两侧对称设置有连接臂41，安装柱1的柱腔内还设置有两组关于伸缩杆上下对称布置的驱动齿轮6。二连杆5其中一个连接端与驱动齿轮6的轮轴固定连接，二连杆5的另一个连接端与连接臂41铰接配合，各回转轴线彼此平行。

伸缩杆伸缩运动时，带动二连杆5产生开合动作并带动驱动齿轮6旋转。安装柱1正对镜头的一侧沿铅垂方向开设有活动孔16。安装柱1的腔体内沿铅垂方向固定有导轨11，导轨11上设置有两组滑块12，两组滑块12上沿其长度方向开设有齿条，两组滑块12分别与对应的驱动齿轮6形成齿轮齿条配合。驱动齿轮6旋转时，通过传动带动两组滑块12沿导轨11相向或背向运动。

两组滑块12上分别设置有两组水平布置的悬臂13，悬臂13穿过活动孔16从而延伸至安装柱1外。悬臂13上设置有分别与俯视镜头2以及正视镜头3位置对应的刮板15，刮板15与悬臂13铰接配合。刮板15与悬臂13之间设置有弹簧14，弹簧14对刮板15施加弹性收紧力，以使得刮板15始终与俯视镜头2以及正视镜头3的镜面抵接。非工作状态下，上方的刮板15恰好与俯视镜头2的底部镜面抵接，下方的刮板15恰好与正视镜头3的顶部镜面抵接。

清扫工作时，伸缩杆伸长的同时通过各个联动机构带动两组悬臂13相向或背向运动，从而刮扫镜头的镜面。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (9)

1.基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，包括供俯视镜头(2)以及正视镜头(3)自上而下依次布置的安装柱(1)，俯视镜头(2)以及正视镜头(3)用于捕捉操作者面部和/或机器运动状态图像；所述安装柱(1)上还设置有光源，光源的照射点与俯视镜头(2)以及正视镜头(3)的图像捕捉点位置对应；安装柱(1)上设置有接收俯视镜头(2)以及正视镜头(3)图像信息的控制器，控制器与报警器连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，俯视镜头(2)、正视镜头(3)、A/D转换器以及图像传感器共同组成摄像单元，所述图像传感器位于俯视镜头(2)以及正视镜头(3)的共同成像路径上；摄像单元通过镜头捕捉光信号并最终转变为图像信号输出至控制器。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，摄像单元通过串口、蓝牙或WiFi与主机通讯连接。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，所述控制器包括接收摄像单元采集图像信号的STM32H743芯片，STM32H743芯片接收的图像信号依次通过预处理单元、提取单元、计算单元以及主控单元处理后得到图像识别结果。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，所述光源为LED光源，所述报警器为蜂鸣器。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，安装柱(1)上还设置有用于清扫俯视镜头(2)以及正视镜头(3)镜面的清扫装置，清扫装置包括两组水平布置的悬臂(13)，悬臂(13)受驱动部(4)驱动其沿铅垂方向运动；两所述悬臂(13)上设置有分别与俯视镜头(2)以及正视镜头(3)位置对应的刮板(15)，两所述刮板(15)随悬臂(13)沿铅垂方向运动时对对应的镜头产生刮扫动作。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，所述安装柱(1)为空心柱体，导轨(11)沿铅垂方向固定在安装柱(1)的柱腔内；悬臂(13)安装在导轨(11)上且可穿过安装柱(1)上的活动孔(16)从而悬置在安装柱(1)外，驱动部(4)驱动悬臂(13)沿导轨(11)长度方向滑动从而可产生沿铅垂方向的升降动作。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，所述驱动部(4)为沿悬臂(13)长度方向布置的伸缩杆，伸缩杆的杆身上设置有上下对称布置的连接臂(41)，安装柱(1)的柱腔内安装有驱动齿轮(6)，驱动齿轮(6)和连接臂(41)之间通过可产生V型开合动作的二连杆(5)连接，二连杆(5)的其中一个连接端与驱动齿轮(6)的旋转轴固定连接，二连杆(5)的另一个连接端与连接臂(41)铰接配合，各回转轴线彼此平行；导轨(11)上设置有与导轨(11)滑动配合的两组滑块(12)，两所述悬臂(13)对应固定在两所述滑块(12)上，所述滑块(12)上凸设有齿条，滑块(12)通过齿条与对应的驱动齿轮(6)形成齿轮齿条配合。

9.根据权利要求6所述的基于机器视觉的生产状态监控和危险预警系统，其特征在于，所述刮板(15)与悬臂(13)铰接从而可形成V型开合动作且开口方向朝向安装柱(1)方向，刮板(15)与悬臂(13)之间通过弹簧(14)连接，非工作状态下，上方的刮板(15)与俯视镜头(2)的底部镜面抵接，下方的刮板(15)与正视镜头(3)的顶部镜面抵接。

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