CN110523657A - 一种基于3d扫描法的仪表外观检测装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于3D扫描法的仪表外观检测装置及其工作方法，所述仪表外观检测装置的传送组件和检测箱分别设于机架上，传送组件包括驱动电机和透明传送带，驱动电机用以驱动透明传送带运转；检测箱上设有多个摄像头、多个光源和距离传感器，透明传送带贯穿检测箱，距离传感器用以检测透明传送带上仪表的位置并输出位置信号至控制器，控制器用以接收位置信号并控制驱动电机启停，多个摄像头用以对仪表的外观进行拍照，并将外观数据传输至数据处理模块，数据处理模块用以将外观数据与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息进行识别，并将比对结果传输至控制器。
Description
技术领域
本发明涉及仪表外观检测技术领域，特别涉及一种基于3D扫描法的仪表 外观检测装置及其工作方法。
背景技术
仪表表面外观检测作为生产过程中必不可少的环节，其效率和准确度直接 影响产品的生产质量和生产效率发展，目前国内零部件种类繁多，结构复杂， 往往依靠人工检测仪表外观质量和识别仪表外观编号信息，但因此带来了效率 低下，判定结果受主观性影响较大。
市面上已有的外观检测仅针对仪表的外观缺陷，不包含仪表的编号信息的 识别，其方法分为两类：接触式扫描和非接触式扫描。接触式扫描使用连接在 测量装置上的探头直接触碰被测点，根据测量装置的空间几何结构得到探头的 坐标，扫描通过分析表面的几何轮廓，获取表面的三维坐标，接触式扫描存在 测量费用较高，探头易磨损且容易划伤被测物体表面，测量速度慢，检测一些 内部元件有先天的限制，接触探头在测量时，接触探头的力将使探头尖端部分 与被测件之间发生局部变形而影响测量值的实际读数。由于探头触发机构的惯 性及时间延迟而使探头产生超越现象，趋近速度会产生动态误差。
非接触式扫描以机器视觉为代表，通过拍照获取照片的灰度值判别表面特 征，依靠激光或辐射(如X光或超声波)来搜集被扫描物体的信息，比如手 持式三维扫描仪，但手持式三维扫描仪扫描的数据没有拍照式三维扫描仪扫描 的细腻，行业应用比较有限，且价格也是不菲的。
因此，急需设计一种普遍适应的、兼顾效率和准确率的外观检测装置及检 测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于3D扫描法的仪表外 观检测装置，通过自制非接触式拍照3D扫描装置，可快速对仪表的外观进行拍 照并进行比对，剔除不合格的仪表，对合格仪表保存其外观编号信息，工作效 率高且能确保准确度。
本发明的另一目的在于，提供一种上述基于3D扫描法的仪表外观检测装置 的工作方法。
本发明的技术方案为：一种基于3D扫描法的仪表外观检测装置，包括机 架、传送组件、机械手、控制器和数据处理模块，所述传送组件和检测箱分别 设于机架上，传送组件包括驱动电机和透明传送带，驱动电机用以驱动透明传 送带运转；
检测箱上设有多个摄像头、多个光源和距离传感器，透明传送带贯穿检测 箱，距离传感器用以检测透明传送带上仪表的位置并输出位置信号至控制器， 控制器用以接收位置信号并控制驱动电机启停，多个摄像头用以对仪表的外观 进行拍照，并将外观数据传输至数据处理模块，数据处理模块用以将外观数据 与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息进行识别，并将比对结果传输至 控制器，控制器接收比对结果并输出操作信号至驱动电机，控制器控制驱动电 机运转使检测完的仪表传送出检测箱，比对结果不合格，控制器输出操作信号 至机械手，机械手抓取不合格的仪表放至相应位置，比对合格，控制器保存仪 表外观编号信息。仪表通过透明传送带传送至检测箱内，距离传感器检测到仪 表到达指定位置后，输出位置信息至控制器，控制器控制驱动电机停止运行， 检测箱内的多个摄像头在光源的照射下同时对仪表外观进行多方位高密度采 样，使得拍摄时间，结构图像等数据信息具有一致性，有效的控制了整合误差， 透明传送带确保仪表与透明传送带的接触面不会被遮挡；同时摄像头固定于检 测箱上，因此拍摄的角度和自由度是固定的，排除了手动拍摄图像时不同拍摄 角度和距离等主观因素导致的数据复杂性。
进一步，所述检测箱沿透明传送带的传送方向贯穿设置入口和出口，检测 箱的每个面设有摄像头和光源，检测箱内的多个摄像头在光源的照射下同时对 仪表外观进行多方位高密度采样，使得拍摄时间，结构图像等数据信息具有一 致性，有效的控制了整合误差。
进一步，所述透明传送带与入口和出口之间分别存在间距，确保透明传送 带上的仪表不会与检测箱产生刮擦或碰撞造成仪表损伤。
进一步，所述检测箱为方形，检测箱采用不透光材料制成，检测箱的每个 面设有两个光源和一个摄像头，检测箱不透光，提供了一个相对密闭的空间， 空间内提供了固定的光源，解决了大部分自然环境下的光照带来的光弱、复杂 倒影、复杂反光等问题，解决了采集信息时数据的复杂性和不可识别性，使拍 摄的产品信息更清晰。
进一步，所述透明传送带上设有定位孔，仪表至少部分嵌入定位孔内，通 过设置定位孔对仪表进行定位，使仪表不会因形状不规则而位移。
进一步，所述数据处理模块内置SIFT图像匹配算法和Mask TextSpotter 深度学习算法，用以将外观数据与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息 进行识别。通过检测箱内置摄像头获取的3D图像，运用SIFT图像匹配算法 把输入图像和仪表标准图片进行比对得到比对结果；通过检测箱内置摄像头获 取仪表含字符面的图像，把图像输入到训练好的Mask TextSpotter的深度学习 网络中，即可对文本区域的进行实例分割和每一个字符的语义分割，从而达到 端对端识别。
进一步，所述仪表外观检测装置还包括定位机构，定位机构用以对仪表进 行夹持定位，通过设置定位机构对仪表进行夹持，防止仪表在传送过程中震动， 同时可对形状不规则的仪表进行定位。
进一步，所述定位机构包括定位架、两根定位导轨和调节螺杆，调节螺杆 设于定位架上，两根定位导轨中的一根固定于定位架，另一根与调节螺杆固定 连接，两根定位导轨分别位于透明传送带的两侧且沿透明传送带的传送方向贯 穿入口和出口，通过控制调节螺杆旋入定位架的长度，来调节两根定位导轨之 间的距离，定位导轨采用透明材料制成，避免定位导轨对仪表造成遮挡，确保 摄像头对仪表外观采集的准度。定位机构适用于各种形状的仪表，通过调整两 根定位导轨之间的距离来夹持仪表。
进一步，所述仪表外观检测装置还包括储物箱，储物箱的水平高度与透明 传送带的水平高度一致，机械手抓取不合格的仪表放至储物箱内。储物箱的高 度与透明传送带的高度一致，节省机械手抓取不合格的仪表放至储物箱的时 间，提高工作效率，设置储物箱方便人工复检。
本发明还提供了上述仪表外观检测装置的工作方法，仪表通过透明传送带 传送至检测箱内，距离传感器检测到仪表达到指定位置后，距离传感器将位置 信号传输至控制器，控制器接收位置信号并控制驱动电机停止运行，多个摄像 头对仪表外观进行拍照，并将外观数据传输至数据处理模块，数据处理模块用 以将外观数据与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息进行识别，并将比 对结果传输至控制器，控制器接收比对结果并输出操作信号至驱动电机，控制 器控制驱动电机运转使检测完的仪表传送出检测箱，比对结果不合格，控制器 输出操作信号至机械手，机械手抓取不合格的仪表放至相应位置，比对合格， 控制器保存仪表外观编号信息。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，可快速对仪表的外观表面 进行多方位高密度采样，同时能保证采样精度，检测合格的仪表能存储其仪表 外观信息并继续前进到下一步检验，检测不合格的仪表则通过机械手抓取至储 物箱，再由人工进行复检，保证了仪表外观检测工作的准确性，提高工作效率。
本发明的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，采用结合光技术、相位测 量技术和计算机视觉技术，首先将LED灯光投射到被测物体上，其次使用不 同方位的六个摄像头对仪表进行同步取像，之后对所取图像进行解码、相位操 作等计算，最终对物体各像素点的三维坐标进行计算。该种扫描方式具有精度 高、寿命长、速度快、性能好等优点，且无需与仪表接触，不会对仪表造成损 伤。
附图说明
图1为本发明的仪表外观检测装置的示意图。
图2为本发明实施例2中定位机构和传送组件的示意图。
图3为本发明实施例3透明传送带的结构示意图。
图4为本发明实施例4中定位机构和传送组件的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式 不限于此。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种基于3D扫描法的仪表外观检测装置， 包括机架1、传送组件、机械手2、检测箱3、控制器4、数据处理模块5和储 物箱6，传送组件和检测箱分别设于机架上。
如图1所示，传送组件包括驱动电机7和透明传送带8，驱动电机用以驱 动透明传送带运转，透明传送带确保仪表与透明传送带的接触面不会被遮挡。
如图1所示，检测箱采用不透光材料制成，检测箱为方形，检测箱沿透明 传送带的传送方向贯穿设置入口和出口，透明传送带通过入口和出口贯穿检测 箱，透明传送带与入口和出口之间分别存在间距，检测箱的每个面设有摄像头 10和光源11。检测箱上还设有距离传感器12，距离传感器用以检测透明传送 带上仪表的位置并输出位置信号至控制器，控制器用以接收位置信号并控制驱 动电机启停。
摄像头用以对仪表的外观进行拍照，并将外观数据传输至数据处理模块， 数据处理模块内置SIFT图像匹配算法和Mask TextSpotter的深度学习算法。 通过检测箱内置摄像头获取的3D图像，运用SIFT图像匹配算法把输入图像 和仪表标准图片进行比对得到比对结果；通过检测箱内置摄像头获取仪表含字 符面的图像，把图像输入到训练好的MaskTextSpotter的深度学习网络中，即 可对文本区域的进行实例分割和每一个字符的语义分割，从而达到端对端识 别。损失函数衡量模型预测的好坏，其中Mask TextSpotte的损失函数为多任 务Loss函数，Loss函数的公式为：
L＝Lrpn+α1Lrcnn+α2Lmask (1)
α1和α2为平衡因子；Lrpn和Lrcnn分别为RPN和Fast R-CNN网络的损 失函数，分别为：
L(p,u,tu,v)＝Lcls(p,u)+λ[u≥1]Lloc(tu,v) (2)
Lmask包含全局文本实例分割损失Lglobal和字符分割损失Lchar，公式分别 如下：
将比对结果传输至控制器，控制器接收比对结果并输出操作信号至驱动电 机，控制器控制驱动电机运转使检测完的仪表传送出检测箱，比对结果不合格， 控制器输出操作信号至机械手，机械手抓取不合格的仪表放至储物箱内，储物 箱的水平高度与透明传送带的水平高度一致，节省机械手抓取不合格的仪表放 至储物箱的时间，提高工作效率，设置储物箱方便人工复检，比对合格，控制 器把仪表外观编号信息保存并继续前进到下一步检验。
上述仪表外观检测装置的工作方法，仪表通过透明传送带传送至检测箱 内，距离传感器检测到仪表达到指定位置后，距离传感器将位置信号传输至控 制器，控制器接收位置信号并控制驱动电机停止运行，多个摄像头对仪表外观 进行拍照，并将外观数据并传输至数据处理模块，数据处理模块用以将外观数 据与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息进行识别，并将比对结果传输 至控制器，控制器接收比对结果并输出操作信号至驱动电机，控制器控制驱动 电机运转使检测完的仪表传送出检测箱，比对结果不合格，控制器输出操作信 号至机械手，机械手抓取不合格的仪表放至储物箱，比对合格，控制器把仪表 外观编号信息保存，以此循环。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，如图2所示，所述仪表外观检测装置还 包括定位机构，定位机构包括定位架13、两根定位导轨14和调节螺杆15，调 节螺杆设于定位架上，两根定位导轨中的一根固定于定位架，另一根与调节螺 杆固定连接，两根定位导轨分别位于透明传送带的两侧且沿透明传送带的传送 方向贯穿入口和出口，通过控制调节螺杆旋入定位架的长度，来调节两根定位 导轨之间的距离。适用于各种形状的仪表，通过调整两根定位导轨之间的距离 来夹持仪表，进一步使仪表定位，防止仪表在传送过程中震动，同时可对形状 不规则的仪表进行定位。定位导轨采用透明材料制成，避免定位导轨对仪表造成遮挡，确保摄像头对仪表外观采集的准度。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，如图3所示，透明传送带上设有定位孔 16，仪表至少部分嵌入定位孔内，通过设置定位孔对仪表进行定位，使仪表不 会因形状不规则而位移，定位孔可根据仪表的外形来设计，当仪表为球形时， 定位孔为圆形通孔。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，如图4所示，透明传送带上设有滑槽 17，滑槽的开设方向垂直于轴向，定位机构包括多个定位夹具18，定位夹具 呈L型，两个定位夹具组成方形框体，仪表夹持于两个定位夹具之间，定位 夹具底部设有滑块，滑块嵌入滑槽且滑块可于滑槽内滑动。通过推动定位夹具 对仪表进行夹持定位，防止仪表在传送过程中震动，适用于各种尺寸的仪表。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例， 并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰， 都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，包括机架、传送组件、机械手、控制器和数据处理模块，所述传送组件和检测箱分别设于机架上，传送组件包括驱动电机和透明传送带，驱动电机用以驱动透明传送带运转；
检测箱上设有多个摄像头、多个光源和距离传感器，透明传送带贯穿检测箱，距离传感器用以检测透明传送带上仪表的位置并输出位置信号至控制器，控制器用以接收位置信号并控制驱动电机启停，多个摄像头用以对仪表的外观进行拍照，并将外观数据传输至数据处理模块，数据处理模块用以将外观数据与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息进行识别，并将比对结果传输至控制器，控制器接收比对结果并输出操作信号至驱动电机，控制器控制驱动电机运转使检测完的仪表传送出检测箱，比对结果不合格，控制器输出操作信号至机械手，机械手抓取不合格的仪表放至相应位置，比对合格，控制器保存仪表外观编号信息。
2.根据权利要求1所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，所述检测箱沿透明传送带的传送方向贯穿设置入口和出口，检测箱的每个面设有摄像头和光源。
3.根据权利要求2所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，所述透明传送带与入口和出口之间分别存在间距。
4.根据权利要求2所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，所述检测箱为方形，检测箱采用不透光材料制成，检测箱的每个面设有两个光源和一个摄像头。
5.根据权利要求1所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，所述透明传送带上设有定位孔，仪表至少部分嵌入定位孔内。
6.根据权利要求1所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，所述数据处理模块内置SIFT图像匹配算法和Mask TextSpotter的深度学习算法，用以将外观数据与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息进行识别。
7.根据权利要求2所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，还包括定位机构，所述定位机构用以对仪表进行夹持定位。
8.根据权利要求7所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，所述定位机构包括定位架、两根定位导轨和调节螺杆，调节螺杆设于定位架上，两根定位导轨中的一根固定于定位架，另一根与调节螺杆固定连接，两根定位导轨分别位于透明传送带的两侧且沿透明传送带的传送方向贯穿入口和出口，通过控制调节螺杆旋入定位架的长度，来调节两根定位导轨之间的距离，定位导轨采用透明材料制成。
9.根据权利要求1所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置，其特征在于，还包括储物箱，储物箱的水平高度与透明传送带的水平高度一致，机械手抓取不合格的仪表放至储物箱内。
10.一种权利要求1-9任一所述的基于3D扫描法的仪表外观检测装置的工作方法，其特征在于，仪表通过透明传送带传送至检测箱内，距离传感器检测到仪表达到指定位置后，距离传感器将位置信号传输至控制器，控制器接收位置信号并控制驱动电机停止运行，多个摄像头对仪表外观进行拍照，并将外观数据传输至数据处理模块，数据处理模块用以将外观数据与仪表标准数据做比对和对仪表外观编号信息进行识别，并将比对结果传输至控制器，控制器接收比对结果并输出操作信号至驱动电机，控制器控制驱动电机运转使检测完的仪表传送出检测箱，比对结果不合格，控制器输出操作信号至机械手，机械手抓取不合格的仪表放至相应位置，比对合格，控制器保存仪表外观编号信息。
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