CN113741285A - 一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及管材生产技术领域，具体的说是一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，包括视觉模块、视觉控制模块、软件计算模块、通信模块、姿态控制模块和在线维护模块；所述视觉模块，用于拍摄待加工管材的实时画面，并下发至软件计算模块，所述视觉模块包括工业相机、安装在工业相机上的镜头、光圈、环形光源和软件图像获取端。本发明所述的一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，可以自动对位于气动冲压机内待加工的管材的姿态进行自动识别判断，并根据识别的信息对管材的姿态进行自动调整，然后气动冲压机对管材进行冲孔处理，具有智能化程度高、效果高和冲孔精度高的优点，且还可以降低相关工作人员的工作强度以及工作人员的数量。

Description

一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置

技术领域

本发明涉及管材生产技术领域，具体的说是一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置。

背景技术

管材自动冲孔设备中，要求管材以正确的姿态进入冲压机进行冲孔，确保管体中的冲孔位置准确和精确，因此管材在冲孔前需要判断管材的姿态是否正确。现在在对管材进行冲孔加工前，主要采用人工对管材的姿态进行判断，判断管材的姿态是否正确，而采用人工判断的方式具有效率低、冲孔质量和加工出的管材精度差的缺点。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，包括视觉模块、视觉控制模块、软件计算模块、通信模块、姿态控制模块和在线维护模块；

所述视觉模块，用于拍摄待加工管材的实时画面，并下发至软件计算模块，所述视觉模块包括工业相机、安装在工业相机上的镜头、光圈、环形光源和软件图像获取端；

所述软件计算模块，用于接收视觉模块传输的数据信息，并对其进行计算，将其转化为视觉控制模块可接收的数据格式；

所述视觉控制模块用于接收软件计算模块的计算结果，并向所述姿态控制模块下发指令，所述视觉控制模块包括逻辑控制单元、工控机和触摸显示屏，所述软件计算模块以软件代码的方式嵌入在工控机内，所述工控机与触摸显示屏电连接，所述逻辑控制单元用于接收工控机内软件计算模块计算的结果数据，并对结果数据进行下发；

所述通信模块，用于连接逻辑控制单元和工控机，所述通信模块包括485通讯线和电连接在485通讯线上的232转接口；

所述姿态控制模块，用于对待加工的管材位置进行调节，所述姿态控制模块包括机械手和用于对管材进行控制的步进电机，所述机械手和步进电机用于接收逻辑控制单元下发的指令对管材的姿态进行调整；

所述在线维护模块，用于对视觉控制模块进行远程维护，所述在线维护模块包括远程网络维护模块，所述远程网络维护模块与工控机电连接。

具体的，所述软件计算模块采用图像特征提取与匹配算法，根据图像的轮廓和梯度信息，通过经典的相似度计算公式计算相似度，再进行模板匹配，计算公式为：

其中p_i＝(x_i,y_i)^T为像素点，该点相应的方向向量为d_i＝(t_i,u_i)^T，i＝1,Λ,n；运用二进制位表示量化的梯度方向，并分别对搜索图像计算每个量化方向的响应图像，从而将公式(1)匹配相似度的计算过程，转化成查找表的过程，提高计算相似度的效率；通过扩散方向的方法，将邻域内的不同像素位置的梯度方向都统计到锚点像素中，提高匹配过程对微小位置和旋转的鲁棒性；通过线性存储的数据组织方式，提高匹配过程的查找速度。

具体的，所述通信模块采用modbus通讯协议进行通信和数据传输。

一种基于机器视觉的管材姿态识别控制方法，包括以下步骤：

步骤1)利用所述视觉模块对待加工管材进行拍照，并将拍摄的图像通过软件图像获取端传输至软件计算模块；

步骤2)所述软件计算模块对图像进行计算，并将计算结果下发至所述工控机232端口；

步骤3)所述工控机将计算结果通过通讯模块进行转化后下发至逻辑控制单元；

步骤4)所述逻辑控制单元接收计算结果数据，生成控制指令下发至姿态控制模块；

步骤5)所述姿态控制模块对管材进行姿态调节，然后气动冲压机对管材进行冲孔处理。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，可以自动对位于气动冲压机内待加工的管材的姿态进行自动识别判断，并根据识别的信息对管材的姿态进行自动调整，然后气动冲压机对管材进行冲孔处理，具有智能化程度高、效果高和冲孔精度高的优点，且还可以降低相关工作人员的工作强度以及工作人员的数量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明提供的一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置中模块的连接关系图；

图2为一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置中通讯模块与逻辑控制单元和工控机的连接结构示意图；

图3为一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置使用时结构示意图；

图4为一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置中梯度方向量化及扩散的示意图。

图中：1、视觉模块；101、工业相机；102、镜头；103、光圈；104、环形光源；105、软件图像获取端；2、软件计算模块；3、视觉控制模块；301、工控机；302、逻辑控制单元；303、触摸显示屏；4、通讯模块；5、姿态控制模块；501、机械手；502、步进电机；6、在线维护模块。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1-图3所示，本发明的一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，包括视觉模块1、视觉控制模块3、软件计算模块2、通信模块4、姿态控制模块5和在线维护模块6；

视觉模块1，用于拍摄待加工管材的实时画面，并下发至软件计算模块2，视觉模块1包括工业相机101、安装在工业相机101上的镜头102、光圈103、环形光源104和软件图像获取端105；

软件计算模块2，用于接收视觉模块1传输的数据信息，并对其进行计算，将其转化为视觉控制模块3可接收的数据格式；

视觉控制模块3用于接收软件计算模块2的计算结果，并向姿态控制模块5下发指令，视觉控制模块3包括逻辑控制单元302、工控机301和触摸显示屏303，软件计算模块2以软件代码的方式嵌入在工控机301内，工控机301与触摸显示屏303电连接，逻辑控制单元302用于接收工控机301内软件计算模块2计算的结果数据，并对结果数据进行下发，视觉控制模块3使用特征匹配算法进行模板和测试图之间的匹配，计算出测试图和参考图之间的匹配结果；

通信模块4，用于连接逻辑控制单元302和工控机301，通信模块包括485通讯线和电连接在485通讯线上的232转接口；

姿态控制模块5，用于对待加工的管材位置进行调节，姿态控制模块5包括机械手501和用于对管材进行控制的步进电机502，机械手501和步进电机502用于接收逻辑控制单元302下发的指令对管材的姿态进行调整；

在线维护模块6，用于对视觉控制模块3进行远程维护，在线维护模块6包括远程网络维护模块，远程网络维护模块与工控机301电连接，远程网络维护模块可以实现远程对软件***的参数设置及***维护。

具体的，工业相机101拍照正确姿态管材作为参考图，提取参考图中管材端口轮廓，提取梯度特征，使用本专利中的算法训练360个模板；然后依次对每根待检测管材进行拍照获取测试图。

具体的，软件计算模块2采用图像特征提取与匹配算法，根据图像的轮廓和梯度信息，通过经典的相似度计算公式计算相似度，再进行模板匹配，计算公式为：

其中p_i＝(x_i,y_i)^T为像素点，该点相应的方向向量为d_i＝(t_i,u_i)^T，i＝1,Λ,n；运用二进制位表示量化的梯度方向，并分别对搜索图像计算每个量化方向的响应图像，从而将公式(1)匹配相似度的计算过程，转化成查找表的过程，提高计算相似度的效率；通过扩散方向的方法，将邻域内的不同像素位置的梯度方向都统计到锚点像素中，提高匹配过程对微小位置和旋转的鲁棒性；通过线性存储的数据组织方式，提高匹配过程的查找速度。

参照图4，图像原始的梯度方向通过Sobel算法计算得到，计算后的梯度方向是0-360°范围，该方法将梯度方向离散成8个方向，并用一个字节的数据表示8个梯度方向。只保留了方位信息去除了方向信息，这种表示梯度方位的方法，简化了梯度的表示的信息量，为后面实现查找表的方向进行匹配做准备。量化梯度信息，导致很多细节信息的丢失，必然导致很容易出现错误识别，为了弥补这一不足，对一定大小的邻域内的所有位置处的量化后的梯度方向进行统计，同一方位超过一定数量的才作为备选特征点。为了提高对小移动或者旋转的稳定，采用扩散方向的方法表示某个特征的点的方位信息，具体做法：量化图像的梯度方位后，将T领域内的周边像素点的梯度方位都统计到锚点像素中，使用二进制表示梯度方位，仅用1个数就表示了领域内所有像素点的梯度方位。

具体的，通信模块4采用modbus通讯协议进行通信和数据传输。

一种基于机器视觉的管材姿态识别控制方法，包括以下步骤：

步骤1)利用视觉模块1对待加工管材进行拍照，并将拍摄的图像通过软件图像获取端传输至软件计算模块2；

步骤2)软件计算模块2对图像进行计算，并将计算结果下发至工控机301的232端口；

步骤3)工控机301将计算结果通过通讯模块4进行转化后下发至逻辑控制单元302；

步骤4)逻辑控制单元302接收计算结果数据，生成控制指令下发至姿态控制模块5；

步骤5)姿态控制模块5对管材进行姿态调节，然后气动冲压机对管材进行冲孔处理。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，其特征在于，包括视觉模块、视觉控制模块、软件计算模块、通信模块、姿态控制模块和在线维护模块；

所述视觉模块，用于拍摄待加工管材的实时画面，并下发至软件计算模块，所述视觉模块包括工业相机、安装在工业相机上的镜头、光圈、环形光源和软件图像获取端；

所述软件计算模块，用于接收视觉模块传输的数据信息，并对其进行计算，将其转化为视觉控制模块可接收的数据格式；

所述视觉控制模块用于接收软件计算模块的计算结果，并向所述姿态控制模块下发指令，所述视觉控制模块包括逻辑控制单元、工控机和触摸显示屏，所述软件计算模块以软件代码的方式嵌入在工控机内，所述工控机与触摸显示屏电连接，所述逻辑控制单元用于接收工控机内软件计算模块计算的结果数据，并对结果数据进行下发；

所述通信模块，用于连接逻辑控制单元和工控机，所述通信模块包括485通讯线和电连接在485通讯线上的232转接口；

所述姿态控制模块，用于对待加工的管材位置进行调节，所述姿态控制模块包括机械手和用于对管材进行控制的步进电机，所述机械手和步进电机用于接收逻辑控制单元下发的指令对管材的姿态进行调整；

所述在线维护模块，用于对视觉控制模块进行远程维护，所述在线维护模块包括远程网络维护模块，所述远程网络维护模块与工控机电连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，其特征在于：所述软件计算模块采用图像特征提取与匹配算法，根据图像的轮廓和梯度信息，通过经典的相似度计算公式计算相似度，再进行模板匹配，计算公式为：

其中p_i＝(x_i,y_i)^T为像素点，该点相应的方向向量为d_i＝(t_i,u_i)^T，i＝1,Λ,n；运用二进制位表示量化的梯度方向，并分别对搜索图像计算每个量化方向的响应图像，从而将公式(1)匹配相似度的计算过程，转化成查找表的过程，提高计算相似度的效率；通过扩散方向的方法，将邻域内的不同像素位置的梯度方向都统计到锚点像素中，提高匹配过程对微小位置和旋转的鲁棒性；通过线性存储的数据组织方式，提高匹配过程的查找速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的管材姿态识别控制装置，其特征在于：所述通信模块采用modbus通讯协议进行通信和数据传输。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种基于机器视觉的管材姿态识别控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)利用所述视觉模块对待加工管材进行拍照，并将拍摄的图像通过软件图像获取端传输至软件计算模块；

步骤2)所述软件计算模块对图像进行计算，并将计算结果下发至所述工控机232端口；

步骤3)所述工控机将计算结果通过通讯模块进行转化后下发至逻辑控制单元；

步骤4)所述逻辑控制单元接收计算结果数据，生成控制指令下发至姿态控制模块；

步骤5)所述姿态控制模块对管材进行姿态调节，然后气动冲压机对管材进行冲孔处理。

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