【CN110026449A】一种基于机器视觉的在线测量系统及方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910352601.1(22)申请日2019.04.29(71)申请人沈阳建筑大学地址110168辽宁省沈阳市浑南区浑南东路9号申请人沈阳建筑大学工厂(72)发明人朱晓岩　曹剑钊　张世邦　王琦　魏超　李颂华　王子男　邴绍丹　佟圣皓　高龙飞　夏忠贤　王永华　范杨雪　吴野　(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人任凯(51)Int.Cl.B21C51/00(2006.01)B21F1/02(2006.01)(54)发明名称一种基于机器视觉的在线测量系统及方法(57)摘要本发明属于自动化生产与检测领域，具体涉及一种基于机器视觉的在线测量系统及方法。本发明的技术方案如下：一种基于机器视觉的在线测量系统，包括依次排列的对辊式调直机构、凸轮式高频自动划线装置、测量装置和工件剪切机构，所述测量装置包括两台光栅传感器、一台高清面阵相机、一套高强光源及控制单元，高清面阵相机两侧各安置一台光栅传感器，高清面阵相机拍摄视野范围覆盖两台光栅传感器之间的全部区域，高强光源覆盖高清面阵相机拍摄视野范围。本发明能够对运动中的工件进行跟踪、测速、定尺。权利要求书2页说明书5页附图4页CN110026449A2019.07.19CN110026449A1.一种基于机器视觉的在线测量系统，其特征在于，包括依次排列的对辊式调直机构、凸轮式高频自动划线装置、测量装置和工件剪切机构，所述测量装置包括两台光栅传感器、一台高清面阵相机、一套高强光源及控制单元，高清面阵相机两侧各安置一台光栅传感器，高清面阵相机拍摄视野范围覆盖两台光栅传感器之间的全部区域，高强光源覆盖高清面阵相机拍摄视野范围。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的在线测量系统，其特征在于，所述凸轮式高频自动划线装置包括支架、凸轮推杆机构和供墨机构，所述支架包括立板和底板，两个立板分别垂直设置在所述底板的两端，所述底板上均匀设有多个圆柱凸台；所述凸轮推杆机构包括主动轴、凸轮、带有上托的推杆、高强度弹簧、和下托，所述主动轴的两端通过轴承安装在两个立板上，多个凸轮固定安装在所述主动轴上，所述凸轮沿所述主动轴的周向依次间隔相同角度均匀分布，所述推杆的上端设有所述上托，所述下托固定安装在所述圆柱凸台上，所述下托设有通孔，所述推杆设置在所述通孔中，所述高强度弹簧套装在所述推杆上且位于所述上托与下托之间，所述推杆与所述凸轮接触在一起；所述供墨机构包括墨水瓶、墨水瓶盖和供墨头，所述墨水瓶设置在所述推杆内，所述供墨头安装在所述墨水瓶的底端，墨水瓶盖安装在所述墨水瓶的上端。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的在线测量系统，其特征在于，所述供墨头包括引水线、夹头和辊轮，所述引水线的顶端连接所述墨水瓶，所述引水线的底端设有所述夹头，所述辊轮通过轴与所述夹头活动连接，所述引水线的底端头与所述辊轮接触；所述墨水瓶的底端与所述夹头之间设有压力弹簧；所述辊轮为海绵垫圈式供墨辊轮；多个所述墨水瓶分别装有不同颜色的墨水。4.一种基于机器视觉的在线测量方法，其特征在于，利用如权利要求1-3之一所述的基于机器视觉的在线测量系统，首先通过对辊矫直机构对工件进行调直；然后利用凸轮式高频自动划线装置对经过调直的工件进行划线标记；接下来利用高清面阵相机对经过调直和划线处理过的工件进行长度的测量，控制单元实时累加得出实时的工件长度；最后通过光栅传感器的信号通知工件剪切机构工作，及时切断所定长度的工件。5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的在线测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1：安装测量系统；确保高清面阵相机的拍摄视野范围对两台光栅传感器(即1号光栅传感器、2号光栅传感器)之间的区域实现全覆盖，同时采用前向照明的照明方式，高强光源覆盖高清面阵相机拍摄范围；安装完成后标定高清面阵相机拍摄区域内、外的参数；步骤2：标定高清面阵相机后，控制单元根据标定的数值计算出单个像素对应的的实际距离σ，根据已标定高清面阵相机拍摄区域参数设置控制单元中照片测量区域ROI，ROI区域包含工件上留下的划线标记；步骤3：工件进入对辊矫直机构进行调直处理，然后利用凸轮式高频自动划线装置对经过调直的工件进行划线标记；当工件调直后以速度v向前移动，当工件头部触发1号光栅传感器后，使1号光栅传感器的信号由0变为1，高清面阵相机开启同时拍摄照片，回传照片到控制单元；步骤4：首先控制单元对照片进行畸变的矫正处理，提取照片中工件区域轮廓，在照片中的ROI区域内，靠近照片尾部一侧生成扫描线，并且垂直于水平线，开始对照片进行第一权　利　要　求　书1/2页2CN110026449A2次逐列扫描，扫描间隔为一个像素，第一次扫描只涉及ROI区域内靠近照片末端二分之一的区域；步骤5：任意一列，即第m列，扫描线都会与工件轮廓产生两个交点，控制单元记录交点的像素坐标，计算两交点的中点坐标(Rm,Cm)并记录；步骤6：第一次扫描完成后，将计算得出来的中点坐标拟合成一条直线，所述直线相对于水平线的倾角θ即为此工件长度方向中心线与水平直线的夹角，即工件与水平方向的倾角；步骤7：利用倾角θ对照片进行仿射变换，得到修正后照片(即第二张照片)，使工件长度方向的中心线与扫描线的方向保持垂直，即工件长度方向的中心线与水平方向是平行的；步骤8：对第二张照片进行第二次逐列扫描，扫描间隔同样为一个像素，第二次扫描区域涉及整个ROI区域，扫描线与工件轮廓相交，统计交点个数并记录交点的像素坐标(Rmk,Cmk)；步骤9：计算，通过扫描时第一个交点(Rm1,Cm1)与最后一个交点(Rmk,Cmk)之间的实际距离S1，计算公式为S1＝mk*σ，予以记录；步骤10：在扫描过程中同时完成对工件划线区域特征的捕捉，即划线区域外部轮廓坐标值的标定，采用相对坐标即划线区域各个像素点的位置关系；步骤11：通过计算第一张照片得出的数据得知相机拍摄工件的有效实际长度，调控系统对工件的牵引速度，使得每一次相机曝光的时间内工件前进实际距离要小于相机对工件拍照长度的二分之一；步骤12：在第二张照片中捕捉第一张照片划线部分的特征区域，同时在第二张照片中通过相对坐标的计算识别找到相对第一张照片的区域，再次逐列向其末端扫描，从而实现两张照片的拼接；接下来计算对应区域部分到拼接照片末端的距离S2，一边扫描一边实时累加工件的像素长度即对应工件的实际长度S总，S总＝S1+S2；接下来依次进行此步骤，从而实现工件长度的在线测量；步骤13：当测量够所需要工件的长度时，使2号光栅传感器由0信号变为1信号，关闭高清面阵相机；步骤14：高清面阵相机关闭后工件剪切机构开始工作，及时切断所需长度的工件；将工件切断后继续循环步骤3—14的工作。权　利　要　求　书2/2页3CN110026449A3一种基于机器视觉的在线测量系统及方法技术领域[0001]本发明属于自动化生产与检测领域，具体涉及一种基于机器视觉的在线测量系统及方法。背景技术[0002]现有的钢筋调直切断机检尺机构大都使用触碰式接触开关检尺装置，就是钢筋经过调直后，被送入检尺机构，当钢筋触碰接触开关，切断机构动作，将钢筋切断。这种方法不仅使接触开关磨损严重，需要经常更换，而且不能灵活的改变钢筋切断长度，给工人的加工带来很大困扰。还有一种压轮式数控钢筋检尺装置，它相对传统的触碰式接触开关检尺装置有较大的改进，自动化程度高，精度有一定程度的提高，但它的弊端在于1.无法保证钢筋与检尺轮之间时刻保持纯滚动的状态(纯滚动是指刚体与平面的接触点于接触那一瞬间为相对静止，没有任何的相对滑动的滚动，即相对速度为零)首先钢筋不是刚体，其次钢筋与检尺轮之间存在相对滑动是可能存在的现象。2.无法避免检尺轮将转数通过皮带传动传给编码器过程中带，轮超过载荷或速度突变时出现皮带打滑和带轮与带之间出现的弹性滑动进而产生的误差现象。发明内容[0003]本发明提供一种基于机器视觉的在线测量系统及方法，能够对运动中的工件进行跟踪、测速、定尺。[0004]本发明的技术方案如下：[0005]一种基于机器视觉的在线测量系统，包括依次排列的对辊式调直机构、凸轮式高频自动划线装置、测量装置和工件剪切机构，所述测量装置包括两台光栅传感器、一台高清面阵相机、一套高强光源及控制单元，高清面阵相机一侧安置两台光栅传感器，高清面阵相机拍摄视野范围覆盖两台光栅传感器之间的全部区域，高强光源覆盖高清面阵相机拍摄视野范围。[0006]进一步地，所述的基于机器视觉的在线测量系统，其中所述凸轮式高频自动划线装置包括支架、凸轮推杆机构和供墨机构，所述支架包括立板和底板，两个立板分别垂直设置在所述底板的两端，所述底板上均匀设有多个圆柱凸台；所述凸轮推杆机构包括主动轴、凸轮、带有上托的推杆、高强度弹簧和下托，所述主动轴的两端通过轴承安装在两个立板上，多个凸轮固定安装在所述主动轴上，所述凸轮沿所述主动轴的周向依次间隔相同角度均匀分布，所述推杆的上端设有所述上托，所述下托固定安装在所述圆柱凸台上，所述下托设有通孔，所述推杆设置在所述通孔中，所述高强度弹簧套装在所述推杆上且位于所述上托与下托之间，所述推杆与所述凸轮接触在一起；所述供墨机构包括墨水瓶、墨水瓶盖和供墨头，所述墨水瓶设置在所述推杆内，所述供墨头安装在所述墨水瓶的底端，墨水瓶盖安装在所述墨水瓶的上端。[0007]进一步地，所述的基于机器视觉的在线测量系统，其中所述供墨头包括引水线、夹说　明　书1/5页4CN110026449A4头和辊轮、辊轮轴，所述引水线的顶端连接所述墨水瓶，所述引水线的底端设有所述夹头，所述辊轮通过辊轮轴与所述夹头活动连接，所述引水线的底端头与所述辊轮接触；所述墨水瓶的底端与所述夹头之间设有压力弹簧；所述辊轮为海绵垫圈式供墨辊轮；多个所述墨水瓶分别装有不同颜色的墨水。[0008]一种基于机器视觉的在线测量方法，利用上述的基于机器视觉的在线测量系统，首先通过对辊矫直机构对工件进行调直；然后利用凸轮式高频自动划线装置对经过调直的工件进行划线标记；接下来利用高清面阵相机对经过调直和划线处理过的工件进行长度的测量，控制单元实时累加得出实时的工件长度；最后通过光栅传感器的信号通知工件剪切机构工作，及时切断所定长度的工件。[0009]进一步地，所述的基于机器视觉的在线测量方法，具体包括如下步骤：[0010]步骤1：安装测量系统；确保高清面阵相机的拍摄视野范围对两台光栅传感器(即1号光栅传感器、2号光栅传感器)之间的区域实现全覆盖，同时采用前向照明的照明方式，高强光源覆盖高清面阵相机拍摄范围；安装完成后标定高清面阵相机拍摄区域内、外的参数；[0011]步骤2：标定高清面阵相机后，控制单元根据标定的数值计算出单个像素对应的的实际距离σ，根据已标定高清面阵相机拍摄区域参数设置控制单元中照片测量区域ROI(Regions of Interest感兴趣区域)，ROI区域包含工件上留下的划线标记；[0012]步骤3：工件进入对辊矫直机构进行调直处理，然后利用凸轮式高频自动划线装置对经过调直的工件进行划线标记；当工件调直后以速度v向前移动，当工件头部触发1号光栅传感器后，使1号光栅传感器的信号由0变为1，高清面阵相机开启同时拍摄照片，回传照片到控制单元；[0013]步骤4：首先控制单元对照片进行畸变的矫正处理，提取照片中工件区域轮廓，在照片中的ROI区域内，靠近照片尾部一侧生成扫描线，并且垂直于水平线，开始对照片进行第一次逐列扫描，扫描间隔为一个像素，第一次扫描只涉及ROI区域内靠近照片末端二分之一的区域；[0014]步骤5：任意一列，即第m列，扫描线都会与工件轮廓产生两个交点，控制单元记录交点的像素坐标，计算两交点的中点坐标(Rm,Cm)并记录；[0015]步骤6：第一次扫描完成后，将计算得出来的中点坐标拟合成一条直线，所述直线相对于水平线的倾角θ即为此工件长度方向中心线与水平直线的夹角，即工件与水平方向的倾角；[0016]步骤7：利用倾角θ对照片进行仿射变换，得到修正后