一种用于工件尺寸测量的工业线扫相机测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于工件尺寸测量的工业线扫相机测量装置。
背景技术
随着企业自动化程度的不断提高和对质量更加严格的控制要求，迫切需要机器视觉来代替人工检测，采用机器视觉可以完成人工很难实现的任务，特别是劳动强度高、环境恶劣情况下的工件检测任务。当前，中国的工业生产正从依赖廉价劳动力向更高程度的自动化生产，然而，我国早期的工业设备自动化程度普遍较低，对于这些设备和传统的人工操作，需要大量的更新换代，这带来了对包括机器视觉在内的庞大自动化设备市场需求。
根据相机传感器架构进行区分，工业机器视觉系统可分为面扫描(Area-scan)和线扫描(Line-scan)。面扫描适用于固定尺寸的静态成像，一次曝光即可完成图像的采集，线扫描用于连续运动物体或需要连续的高分辨率成像的场合。面阵相机价格便宜，目前，市面上的影像检测系统大多采用面阵扫描的方式，但其突出的弊端是成像范围有限。因此面阵相机只能用于小尺寸工件的缺陷检测和尺寸测量。
工业生产常常需要面对很大尺寸用料的测量，对于尺寸超过一米的工件，往往采用线扫相机实施检测和测量。然而，由于工业线扫相机及镜头价格非常昂贵，市场普及率不高，相关技术也并不完善。目前市场上对于工业线扫相机机器视觉系统多采用分散的购置方案，这种方案需要分别购置相机、镜头、光源等仪器设备，不仅增加了不同设备之间协调的难度，系统的硬件参数调整也非常繁琐，而且对于分散的设备，需要反复测试，以确定型号是否适合，提高了系统成本。同时，由于没有一个通用化系统标准，难以形成稳定可靠、性能一致的集成化系统检测方案。因此，如何有效将工业线扫相机系统的各个功能部件整合在一起，并形成一个统一完整的系统解决方案，成为目前工业自动化生产，尤其是大尺寸工件检测亟需解决的关键问题。
发明内容
针对当前线扫工业相机在工件检测时存在的参数调整不便、接口众多、配置繁琐等问题，本发明提出一种成套的工业线扫机视觉解决方案，将线扫相机图像采集、光源配置及触发、运动机构调焦等功能集成于一个装置之中，并给出了这套装置在实际测量工件尺寸时不同工位下所采取的测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于工件尺寸测量的工业线扫相机测量装置，包括两套相机组件、传送带和触发机构；所述相机组件分别包括具有一端开口的盒子、线扫相机、光源和调距结构，所述线扫相机通过所述调距结构可滑动地安装在所述盒子内并通过所述开口采集图像，所述光源安装在所述盒子内并位于所述线扫相机的上方；两套相机组件分别安装在所述传送带的上方和侧方用以分别采集传送带的工件的长度和宽度以及高度，所述触发机构感应工件并控制连接所述光源；位于所述传送带的侧方的相机组件根据实际获得的线扫扫描图像进行背景分割，逐行扫描像素的数量并取均值取得工件的高度，然后将测量好高度的工件，与图像像素做映射标定，取得标定参数，通过标定参数测量后续工件的高度；位于传送带的上方的相机组件采用与位于传送带的侧方的相机组件测量高度相同的方法测量工件的长度；位于传送带的上方的相机组件采用聚类方法测量数据点距宽度中心的距离，将偏离数据点过大的数据去除，然后从测量宽度中提取若干处位置，取均值获得工件的宽度。
在另一较佳实施例中，所述调距结构包括手轮、丝杆、导轨和滑块，所述丝杆通过手轮可转动地安装在所述盒子上，所述滑块在所述丝杆和所述导轨上滑动，所述线扫相机安装在所述滑块上，通过转动手轮所述线扫相机在所述盒子内移动。
在另一较佳实施例中，所述触发机构包括红外传感器，工件经过所述红外传感器时触发所述红外传感器从而开启光源。
在另一较佳实施例中，所述光源包括两个呈45度角相对分布的条状LED，两个LED分别位于所述线扫相机的上方的两侧。
在另一较佳实施例中，所述盒子上与所述开口相对的另一端也设为开口，线路自该开口连接出来。
本发明的有益效果是：
(1)提出一种成套的工业线扫机视觉解决方案，该方案采用一体化的设计方法，将线扫相机图像采集、光源配置及触发、运动机构调焦等功能集成于一个装置之中，参数设置和调整非常方便。
(2)视觉系统中的光源采用外触发控制机制，提高了光源的使用寿命。
(3)采用了手动调焦的方式，降低了视觉系统对于相机和镜头的要求，采用普通线扫相机和定焦镜头即可，该方案总成本价格可控制在1.5万以内，价格便宜。
(4)根据该装置在不同工位下的工件测量，给出了不同的测量策略，方法简单易行。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种用于工件尺寸测量的工业线扫相机测量装置不局限于实施例。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的工业线扫相机测量装置的结构示意图。
图2是图1中的其中一个相机组件的俯视图。
具体实施方式
实施例，参见图1所示，本发明的一种用于工件尺寸测量的工业线扫相机测量装置包括两套相机组件1和2、传送带3和触发机构4；两组相机组件1和2结构相同，如图2所示，以其中一组相机组件1为例，所述相机组件1包括具有两端开口的盒子1-1、线扫相机1-2、光源1-3和调距结构，所述调距机构包括手轮1-41、丝杆1-42、导轨1-43和滑块1-44，所述丝杆1-42通过手轮1-41可转动地安装在所述盒子1-1上，所述滑块1-44在所述丝杆丝杆1-42和所述导轨1-43上滑动，所述线扫相机1-2安装在所述滑块1-44上，通过转动手轮1-41所述线扫相机1-2在所述盒子1-1内移动，因此，所述线扫相机1-2通过所述调距结构可滑动地安装在所述盒子1-1内并通过所述开口采集图像，所述光源1-3安装在所述光源1-3包括两个呈45度角相对分布的条状LED，两个LED分别位于所述线扫相机1-2的上方的两侧。
本实施例中，两套相机组件1和2分别安装在所述传送带3的上方和侧方用以分别采集传送带的工件100的长度和宽度以及高度，所述触发机构4包括红外传感器，其感应工件的到来并启动所述光源1-3。
下面将再详述相机组件的结构特征。本实施例选择矩形铁质金属盒作为相机组件的盒子，将光源、线扫相机和丝杠置于其中，盒子两端开口，一端顶端处安放所述光源，用于工件照明，光源控制器(图中未示出)可置于盒子上部。
线扫相机和光源的走线从盒子的另一端引出，便于调试参数。
盒子颜色选择黑色亚光漆，便于视觉检测时图像分割处理，选择亚光漆的目的是当有多个此装置组合使用时，会有多个光源干扰，亚光漆能很好地吸收光线，避免镜面反射。
不失一般性，光源选择白色条状LED，呈45度角双侧布置在距离盒子外端沿2mm处，光源对称角度安装的目的是使线扫相机在扫描工件时双面打光，避免单侧打光带来的一侧光线强，一侧光线暗的问题，光线均匀。
光源控制器采用可触发式，将触发机构连线与PLC、单片机等控制设备连接，根据红外传感器或其他传感器感应工件是否到来，确定是否打开光源。选择外触发光源的目的是在线扫相机系统中，为保证工件检测和测量的准确，必须将光源的亮度调整的非常高，这使得光源的发热量非常大，长时间使用寿命降低，采用触发式光源，只有在工件接近线扫相机时，才打开光源，减少了光源的开启时间，从而相对提高了光源的使用寿命，减少了系统损耗成本。
在丝杠的滑块上安装工业线扫相机，丝杆外部安装一个可以转动的手柄，通过调节手柄，可以调整相机距离工件的距离，便于调焦和调整相机光圈大小。
因此，由于采用了可触发式光源结构，光源亮度可以调整为很高的亮度，降低了对于相机硬件的需求，线扫相机采用普通工业线扫相机即可。同时，将相机安装在可调整的纵向运动丝杠可调式结构，使得视觉系统可以手动调焦，相机镜头采用固定焦距镜头即可，进一步减少了视觉系统成本。
以下详细说明本实施例在不同工位下的工件测量方法：
利用该装置进行工件测量，可分为垂直布置和侧向布置两种方式。垂直布置时线扫相机(相机组件2)与传送带3的运动方向垂直，可测量工件100的长和宽，侧向布置时线扫相机(相机组件1)位于传送带3的侧面，与工件100的侧边垂直，可测量工件100的高度。
1)在线扫相机侧向布置(相机组件1)时，由于视觉测量系统在纵向上没有运动因素的干扰，可以根据实际获得的线扫扫描图像进行背景分割，逐行扫描像素的数量并取均值取得工件的高度(像素单位)，然后将测量好高度的工件(实际物理尺寸)，与图像像素做映射标定，取得标定参数，此参数可以直接用于后续工件高度的测量。
2)在线扫相机垂直布置(相机组件2)时，线扫测量系统必须利用运动速度才能取得影像，而工业生产线多采用传送带的运动方式，这种传送带的运动方式虽然简单易行，但在传送工件的过程中会存在由于皮带松动等导致的轻微抖动。线扫测量系统的工件长度都很长，这些抖动对于长度的影响微乎其微，但由于传送带尺寸的限制，这些待测工件的宽度却有限，这些抖动对于宽度的影响却有一定影响，可用于测量的像素如存在抖动，将导致宽度测量结果的不稳定性。
线扫相机垂直布置的这些问题，是由线扫相机本身的传感机制和运动机构的不稳定造成的，对于本装置，无论如何调焦、修改分辨率或改变打光方式都是无法消除的，为此，在垂直布置时，长度方向上仍然按照高度的测量方式进行测量；对于存在扰动的宽度方向，首先利用聚类方法测量数据点距宽度中心的距离，将偏离数据点过大的数据去除，然后从测量宽度中提取十处位置，取均值获得宽度结果。这一测量机制虽然不能消除抖动误差带来的影响，但很好的抑制了误差对于测量带来的干扰。如果不计抖动扰动，将会为测量结果带来随机误差，如果直接取均值，则可能由于过大的随机跳动数据点使得测量结果不精确，先优选数据点，再取均值的方式可以使得误差稳定在一定范围之内。经实测，采用该方法，可以将宽度误差控制在0.5mm以内。
本发明具有如下显著特点：
(1)提出一种成套的工业线扫机视觉解决方案，该方案采用一体化的设计方法，将线扫相机图像采集、光源配置及触发、运动机构调焦等功能集成于一个装置之中，参数设置和调整非常方便。
(2)视觉系统中的光源采用外触发控制机制，提高了光源的使用寿命。
(3)采用了手动调焦的方式，降低了视觉系统对于相机和镜头的要求，采用普通线扫相机和定焦镜头即可，该方案总成本价格可控制在1.5万以内，价格便宜。
(4)根据该装置在不同工位下的工件测量，给出了不同的测量策略，方法简单易行。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种用于工件尺寸测量的工业线扫相机测量装置，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
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