CN114972734A - 一种基于机器视觉的热管打标识别装置及方法 - Google Patents

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CN114972734A CN202210592744.1A CN202210592744A CN114972734A CN 114972734 A CN114972734 A CN 114972734A CN 202210592744 A CN202210592744 A CN 202210592744A CN 114972734 A CN114972734 A CN 114972734A
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刘腾远
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李乐
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Guangdong Deyimeng New Material Co ltd
South China University of Technology SCUT
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Abstract

本发明提供一种基于机器视觉的热管打标识别装置及方法，该装置包括底板、视觉识别机构、热管升降机构、热管传送夹取机构和控制器。其中视觉识别机构包含视觉处理模块：相机、镜头、光源和光源控制器；视觉识别机构、热管升降机构和热管传送夹取机构均安装在底板上，同时与控制器相连；其中视觉识别机构竖直安装；热管升降机构安装在视觉识别机构和热管传送夹取机构中间。本发明具有原理简单、使用方便，适应性强等优点。

Description

一种基于机器视觉的热管打标识别装置及方法
技术领域
本申请设计热管生产制造领域，具体涉及一种基于机器视觉的热管打标识别装置及方法。
背景技术
机器视觉技术是一门涉及机械、光学、人工智能、图像处理、计算机科学等诸多领域的交叉学科。机器视觉主要使用计算机来模拟人的眼睛，从客观事物中提取目标信息，并进行相关处理；即通过机器代替人眼进行测量和判断。机器视觉也是将计算机视觉应用于工业自动化。
热管是一种高效的导热元件，主要应用在电子行业和诸多工业领域。由于热管在进行生产制造过程中，进行二次除气和压扁工艺时，热管已经是密封完毕的，操作者不能在外观上判断内部吸液芯的方向。因此，打标是在热管烧结工艺之后，为了辨别热管内部烧结吸液芯的位置方向而进行的添加标记的工艺，同时操作者在进行二次除气和压扁的工序时，操作者需要通过观察打标的位置来进行相关的操作，本装置和方法能够有效解决这个问题。为了替代人眼对打标的观察，设计了一种基于机器视觉来判断打标方向的装置，有效解决人工操作时操作者眼睛疲劳问题，同时可实现自动识别打标定位。
发明内容
基于此本申请的目的在于，提出了一种基于机器视觉的热管打标识别装置及方法，可实现自动完成热管打标方向识别过程，提高生产效率。
一种基于机器视觉的热管打标识别方法，包括底板、视觉识别机构、热管升降机构、热管传送夹取机构和控制器；
所述视觉识别机构、热管升降机构和热管传送夹取机构均安装在底板上，同时与控制器相连；
所述视觉识别机构竖直安装；
所述热管升降机构安装在视觉识别机构和热管传送夹取机构中间。
所述视觉识别机构包含有竖直安装板、相机、镜头、光源和背景底板；
所述相机与所述镜头相连，且竖直安装，所述相机安装在相机安装板上，同时所述相机安装板安装在Z轴滑台上，所述Z轴滑台通过两块短板安装在所述竖直安装板上，所述短板和所述竖直安装板所述通过连接板进一步连接。
所述光源为环形光源，且安装在两个光源安装条上，所述两个光源滑动安装条安装在滑动条上，所述滑动条和所述背景底板均滑动安装在所述竖直安装板上，所述背景底板安装在所述光源的下方；
所述两个光源安装条可在所述滑动条上一定范围内左右滑动，所述滑动条可在所述竖直安装板上一定范围内上下滑动，所述背景底板也可在所述竖直安装板上一定范围内上下滑动。
所述相机、所述镜头、光源和背景底板均安装在所述竖直安装板的同一侧。
所述视觉识别机构通过视觉安装底板安装在所述底板上，所述视觉安装底板和所述竖直安装板通过两个加强筋连接，同时所述视觉安装底板、加强筋与所述相机分别安装在所述竖直安装板的两侧。
所述热管升降机构包含有升降气缸、气缸安装板、底座、安装座、热管和前定位钣金；
所述升降气缸通过定位销安装在所述底板上，且竖直安装；所述气缸安装板通过定位销安装在所述气缸安装板上；所述底座通过下方的凹槽安装在所述气缸安装板上，所述安装座安装在所述底座上，同时所述安装座可根据热管的管径不同进行更换，所述底座可根据热管长度的不同安装在所述气缸安装板上的不同位置；所述定位钣金安装在所述气缸安装板一端，作为定位。
所述热管传送夹取机构包含有直线模组、XZ轴滑台、步进电机、滑环、气动夹爪和夹爪；
所述直线模组安装在所述底板上，所述XZ轴滑台安装在所述直线模组上，所述XZ轴滑台与所述直线模组之间通过模组安装板连接；滑台安装板安装在所述XZ轴滑台上，电机安装支架安装在所述滑台安装板上；所述步进电机与所述滑环分别安装在所述电机安装支架两侧；滑环轴与所述滑环相连，并通过轴承；所述轴承安装在所述电机安装支架内部；所述滑环轴与所述电机通过联轴器连接；滑环输出法兰安装在所述滑环的另一侧；夹爪安装板一和夹爪安装板二将所述滑环输出法兰与所述气动夹爪连接；所述气动夹爪安装在所述气动夹爪的上方；所述夹爪安装板二安装在所述气动夹爪和所述夹爪安装板一的上方；所述夹爪为两个，均安装在所述气动夹爪上；热管夹具为两个，分别安装在所述夹爪上。
所述控制器为雷赛运动控制器。
采用上述装置，进行一种基于机器视觉的热管打标识别方法，包括以下步骤：
首先调节光源在滑动条上的位置，使光源的中心位置与相机、镜头的中心位置重合；将一块白板放置在背景底板上，作为图像背景；之后将升降气缸上升，放上热管，并同时做好定位，驱动直线模组前进，至夹爪可夹住热管尾部后停止，并保持热管能够稳定夹持；若夹爪中心与热管中心位置不重合，通过调节XZ轴滑台微调中心点，使夹爪中心与热管中心重合；夹爪夹住热管之后，升降气缸下降，驱动直线模组继续前进，将热管打标位置转移至光源下方，调节光源的亮度、镜头的光圈大小、镜头的焦距、相机的高度、光源的高度和背景底板的高度，之后分别通过Z轴滑台和在竖直安装板后面通过螺栓进行固定，使热管打标位置在图像中成像清晰；旋转热管，在旋转的过程中观察图像中能清晰地看到打标的记号，而热管在背景以及环形光源的打光下过曝，呈现与背景相同的灰度，而只能看到打标的部分呈现黑色，复位所有元件，前期准备工作完毕；
保存前准备工作中各部件的位置不动，首先将直线模组回到右端原点位置、气动夹爪处于张开状态，将升降气缸上升，热管放置在两个安装座上，安装座的规格根据热管的直径大小进行更换、同时根据热管的长度可在气缸安装板上选择合适的安装位置，通过定位钣金作为前端定位，放置好热管；
驱动直线模组前进，至夹爪能到夹住热管尾部一段距离后停止，并保持热管能够稳定夹持；保证夹爪已经夹住热管之后，将升降气缸下降，之后再次驱动直线模组前进至热管打标部分大致处于相机视野中心位置后停止，之后同时触发相机实时采集指令以及步进电机旋转指令；在步进电机旋转的同时，相机实时采集图像，并实时处理图像，在处理图像时，针对图像中打标位置绘制ROI，ROI大小可相对打标记号的大小进行扩大，在ROI内部进行二值化，显示出打标的灰度，而热管非打标位置的颜色与背景颜色相同，灰度均为255，实时计算ROI内部二值化后面积的大小，若打标位置完全朝上，则此时的面积为最大值；控制步进电机旋转一圈后停止，同时结束相机实时采集指令；针对相机实时处理图像时获取的最大面积所对应的那张图片序号，结合帧率的大小，即计算步进电机所需要继续旋转的角度，进一步通过步进电机单圈脉冲数，即计算还需发送的脉冲数；之后再次驱动步进电机旋转至所需旋转角度即可停止；
步进电机旋转完毕后，控制直线模组退回至热管原位置即可。
本发明所述的基于机器视觉的热管打标识别方法及装置，具有通过机器视觉自动识别热管打标方向的优点。
附图说明
图1为本发明的一种基于机器视觉的热管打标识别装置的立体结构示意图；
图2为本发明的视觉识别机构的立体结构示意图；
图3为本发明的热管升降机构的立体结构示意图；
图4为本发明的热管传送夹取机构的立体结构示意图；
图5为本发明的电机安装支架、滑环轴与轴承安装示意图；
图6为本发明的前期准备工作的操作流程图；
图7为本发明的具体技术实施的操作流程图。
具体实施方案
结合附图说明本发明的具体技术方案。
请参阅图1，本发明的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，包括底板1、视觉识别机构2、热管升降机构3、热管传送夹取机构4和控制器；
所述视觉识别机构2、热管升降机构3和热管传送夹取机构4均安装在底板1上，同时与控制器相连；
所述视觉识别机构2竖直安装；
所述热管升降机构3安装在视觉识别机构2和热管传送夹取机构4中间。
如图2所示，所述视觉识别机构2包含有竖直安装板15、相机10、镜头11、光源13和背景底板14；
所述相机10与所述镜头11相连，且竖直安装，所述相机10安装在相机安装板20上，同时所述相机安装板20安装在Z轴滑台19上，所述Z轴滑台19通过两块短板21安装在所述竖直安装板15上，所述短板21和所述竖直安装板15所述通过连接板22进一步连接。
所述光源13为环形光源，且安装在两个光源安装条12上，所述两个光源安装条12安装在滑动条18上，所述滑动条18和所述背景底板14均安装在所述竖直安装板15上，所述背景底板14安装在所述光源13的下方；
所述两个光源安装条12可在所述滑动条18上一定范围内左右滑动，所述滑动条18可在所述竖直安装板15上一定范围内上下滑动，所述背景底板14也可在所述竖直安装板15上一定范围内上下滑动。
所述相机10、所述镜头11、所述光源13和所述背景底板14均安装在所述竖直安装板15的同一侧。
所述视觉识别机构2通过视觉安装底板16安装在所述底板1上，所述视觉安装底板16和所述竖直安装板15通过两个加强筋17连接，同时所述视觉安装底板16和所述加强筋17与所述相机10分别安装在所述竖直安装板15的两侧。
如图3所示，所述热管升降机构3包含有升降气缸30、气缸安装板31、底座32、安装座33、热管34和前定位钣金35；
所述升降气缸30通过定位销安装在所述底板1上，且竖直安装；所述气缸安装板31通过定位销安装在所述气缸安装板31上；所述底座32通过下方的凹槽安装在所述气缸安装板31上，所述安装座33安装在所述底座32上，同时所述安装座33可根据热管的管径不同更换，所述底座32可根据热管长度的不同安装在所述气缸安装板31上的不同位置；所述定位钣金35安装在所述气缸安装板31一端，作为定位。
如图4到图5所示，所述热管传送夹取机构4包含有直线模组40、XZ轴滑台42、步进电机41、滑环45、气动夹爪51和夹爪49；
所述直线模组40安装在所述底板1上，所述XZ轴滑台42安装在所述直线模组40上，所述XZ轴滑台42与所述直线模组40之间通过模组安装板41连接；滑台安装板43安装在所述XZ轴滑台42上，电机安装支架42安装在所述滑台安装板43上；所述步进电机41与所述滑环45分别安装在所述电机安装支架42两侧；滑环轴44与所述滑环45相连，并通过轴承52；所述轴承52安装在所述电机安装支架42内部；所述滑环轴44与所述电机通过联轴器43连接；滑环输出法兰46安装在所述滑环45的另一侧；夹爪安装板一47和夹爪安装板二48将所述滑环输出法兰46与所述气动夹爪51连接；所述气动夹爪51安装在所述气动夹爪51的上方；所述夹爪安装板二48安装在所述气动夹爪51和所述夹爪安装板一47的上方；所述夹爪49为两个，均安装在所述气动夹爪51上；热管夹具50为两个，分别安装在所述夹爪49上。
所述控制器为雷赛运动控制器。
本发明的基于机器视觉的热管打标识别方法为：
如图6所示，首先调节光源13在滑动条18上的位置，使光源13的中心位置与相机10、镜头11的中心位置大概重合。将一块白板放置在背景底板14上，作为图像背景。之后将升降气缸30上升，放上热管34，并同时做好定位，驱动直线模组40前进，至夹爪49可夹住热34尾部后停止，并保持热管34能够稳定夹持；若夹爪49中心与热管3中心位置不重合，通过调节XZ轴滑台42微调中心点，使夹爪49中心与热管34中心重合；夹爪49夹住热管之后，升降气缸30下降，驱动直线模组40继续前进，将热管34打标位置转移至光源13下方，调节光源13的亮度、镜头11的光圈大小、镜头11的焦距、相机10的高度、光源13的高度和背景底板14的高度，之后分别通过Z轴滑台19和在竖直安装板15后面通过螺栓进行固定，使热管34打标位置在图像中成像清晰。旋转热管34，在旋转的过程中观察图像中能清晰地看到打标的记号，而热管34在背景以及环形光源13的打光下过曝，呈现与背景相同的灰度，而只能看到打标的部分呈现黑色，复位所有元件，前期准备工作完毕。
如图7所示，保存前准备工作中各部件的位置不动，首先将直线模组40回到右端原点位置、气动夹爪51处于张开状态，将升降气缸30上升，热管34放置在两个安装座33上，安装座33的规格根据热管34的直径大小进行更换、同时根据热管34的长度可在气缸安装板31上选择合适的安装位置，通过定位钣金35作为前端定位，放置好热管34。
驱动直线模组40前进，至夹爪49能到夹住热管34尾部一段距离后停止，并保持热管34能够稳定夹持。保证夹爪49已经夹住热管之后，将升降气缸30下降，之后再次驱动直线模组40前进至热管34打标部分大致处于相机10视野中心位置后停止，之后同时触发相机10实时采集指令以及步进电机41旋转指令。在步进电机41旋转的同时，相机10实时采集图像，并实时处理图像，在处理图像时，针对图像中打标位置绘制ROI，ROI大小可相对打标记号的大小进行扩大，在ROI内部进行二值化，显示出打标的灰度，而热管34非打标位置的颜色与背景颜色相同，灰度均为255，实时计算ROI内部二值化后面积的大小，若打标位置完全朝上，则此时的面积为最大值。控制步进电机41旋转一圈后停止，同时结束相机10实时采集指令。针对相机10实时处理图像时获取的最大面积所对应的那张图片序号，结合帧率的大小，即可计算步进电机41所需要继续旋转的角度，进一步通过步进电机41单圈脉冲数，即可计算还需发送的脉冲数。之后再次驱动步进电机41旋转至所需旋转角度即可停止。
步进电机10旋转完毕后，控制直线模组40退回至热管34原位置即可，实现了基于机器视觉的热管打标识别，同时可保证打标方向朝向同一方向。
以上所述实施例仅表达了本申请的方法和几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的热管打标识别装置，其特征在于，包括底板(1)、视觉识别机构(2)、热管升降机构(3)、热管传送夹取机构(4)和控制器；
所述视觉识别机构(2)、热管升降机构(3)和热管传送夹取机构(4)均安装在底板(1)上，同时均与控制器相连；
所述视觉识别机构(2)竖直安装；
所述热管升降机构(3)安装在视觉识别机构(2)和热管传送夹取机构(4)中间。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，其特征在于：所述视觉识别机构(2)包含有竖直安装板(15)、相机(10)、镜头(11)、光源(13)和背景底板(14)；
所述相机(10)与所述镜头(11)相连，且竖直安装，所述相机(10)安装在相机安装板(20)上，同时所述相机安装板(20)安装在Z轴滑台(19)上，所述Z轴滑台(19)安装在两块短板(21)上，所述短板(21)通过连接板(22)和所述竖直安装板(15)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，其特征在于：所述光源(13)为环形光源，且安装在两个光源安装条(12)上，所述两个光源安装条(12)滑动的安装在滑动条(18)上，所述滑动条(18)和所述背景底板(14)均滑动的安装在所述竖直安装板(15)上，所述背景底板(14)安装在所述光源(13)的下方；
所述两个光源安装条(12)可在所述滑动条(18)上一定范围内左右滑动，所述滑动条(18)可在所述竖直安装板(15)上一定范围内上下滑动，所述背景底板(14)也可在所述竖直安装板(15)上一定范围内上下滑动；
所述相机(10)、所述镜头(11)、所述光源(13)和所述背景底板(14)均安装在所述竖直安装板(15)的同一侧。
4.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，其特征在于：所述视觉识别机构(2)通过视觉安装底板(16)安装在所述底板(1)上，所述视觉安装底板(16)和所述竖直安装板(15)通过两个加强筋(17)连接，同时所述视觉安装底板(16)、加强筋(17)与所述相机(10)分别安装在所述竖直安装板(15)的两侧。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，其特征在于：所述热管升降机构(3)包含有升降气缸(30)、气缸安装板(31)、底座(32)、安装座(33)、热管(34)和前定位钣金(35)；
所述升降气缸(30)通过定位销安装在所述底板(1)上，且竖直安装；所述气缸安装板(31)通过定位销安装在所述气缸安装板(31)上；所述底座(32)通过下方的凹槽安装在所述气缸安装板(31)上，所述安装座(33)安装在所述底座(32)上，同时所述安装座(33)根据热管的管径不同进行更换，所述底座(32)根据热管长度的不同安装在所述气缸安装板(31)上的不同位置；所述定位钣金(35)安装在所述气缸安装板(31)一端，作为定位。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，其特征在于：所述热管传送夹取机构(4)包含有直线模组(40)、XZ轴滑台(42)、步进电机(41)、滑环(45)、气动夹爪(51)和夹爪(49)；
所述直线模组(40)安装在所述底板(1)上，所述XZ轴滑台(42)安装在所述直线模组(40)上，所述XZ轴滑台(42)与所述直线模组(40)之间通过模组安装板(41)连接；滑台安装板(43)安装在所述XZ轴滑台(42)上，电机安装支架(42)安装在所述滑台安装板(43)上；所述步进电机(41)与所述滑环(45)分别安装在所述电机安装支架(42)两侧；滑环轴(44)与所述滑环(45)相连，并通过轴承(52)；所述轴承(52)安装在所述电机安装支架(42)内部；所述滑环轴(44)与所述电机通过联轴器(43)连接；滑环输出法兰(46)安装在所述滑环(45)的另一侧；夹爪安装板一(47)和夹爪安装板二(48)将所述滑环输出法兰(46)与所述气动夹爪(51)连接；所述气动夹爪(51)安装在所述气动夹爪(51)的上方；所述夹爪安装板二(48)安装在所述气动夹爪(51)和所述夹爪安装板一(47)的上方；所述夹爪(49)为两个，均安装在所述气动夹爪(51)上；热管夹具(50)为两个，分别安装在所述夹爪(49)上。
7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，其特征在于：所述控制器为雷赛运动控制器。
8.一种基于机器视觉的热管打标识别方法，其特征在于：采用权利要求1到7任一项所述的一种基于机器视觉的热管打标识别装置，包括以下步骤：
首先调节光源(13)在滑动条(18)上的位置，使光源(13)的中心位置与相机(10)、镜头(11)的中心位置重合；将一块白板放置在背景底板(14)上，作为图像背景；之后将升降气缸(30)上升，放上热管(34)，并同时做好定位，驱动直线模组(40)前进，至夹爪(49)可夹住热管(34)尾部后停止，并保持热管(34)能够稳定夹持；若夹爪(49)中心与热管(34)中心位置不重合，通过调节XZ轴滑台(42)微调中心点，使夹爪(49)中心与热管(34)中心重合；夹爪(49)夹住热管之后，升降气缸(30)下降，驱动直线模组(40)继续前进，将热管(34)打标位置转移至光源(13)下方，调节光源(13)的亮度、镜头(11)的光圈大小、镜头(11)的焦距、相机(10)的高度、光源(13)的高度和背景底板(14)的高度，之后分别通过Z轴滑台(19)和在竖直安装板(15)后面通过螺栓进行固定，使热管(34)打标位置在图像中成像清晰；旋转热管(34)，在旋转的过程中观察图像中能清晰地看到打标的记号，而热管(34)在背景以及环形光源(13)的打光下过曝，呈现与背景相同的灰度，而只能看到打标的部分呈现黑色，复位所有元件，前期准备工作完毕；
保存前准备工作中各部件的位置不动，首先将直线模组(40)回到右端原点位置、气动夹爪(51)处于张开状态，将升降气缸(30)上升，热管(34)放置在两个安装座(33)上，安装座(33)的规格根据热管(34)的直径大小进行更换、同时根据热管(34)的长度可在气缸安装板(31)上选择合适的安装位置，通过定位钣金(35)作为前端定位，放置好热管(34)；
驱动直线模组(40)前进，至夹爪(49)能到夹住热管(34)尾部一段距离后停止，并保持热管(34)能够稳定夹持；保证夹爪(49)已经夹住热管之后，将升降气缸(30)下降，之后再次驱动直线模组(40)前进至热管(34)打标部分大致处于相机(10)视野中心位置后停止，之后同时触发相机(10)实时采集指令以及步进电机(41)旋转指令；在步进电机(41)旋转的同时，相机(10)实时采集图像，并实时处理图像，在处理图像时，针对图像中打标位置绘制ROI，ROI大小可相对打标记号的大小进行扩大，在ROI内部进行二值化，显示出打标的灰度，而热管(34)非打标位置的颜色与背景颜色相同，灰度均为255，实时计算ROI内部二值化后面积的大小，若打标位置完全朝上，则此时的面积为最大值；控制步进电机(41)旋转一圈后停止，同时结束相机(10)实时采集指令；针对相机(10)实时处理图像时获取的最大面积所对应的那张图片序号，结合帧率的大小，即计算步进电机(41)所需要继续旋转的角度，进一步通过步进电机(41)单圈脉冲数，即计算还需发送的脉冲数；之后再次驱动步进电机(41)旋转至所需旋转角度即可停止；
步进电机(10)旋转完毕后，控制直线模组(40)退回至热管(34)原位置即可。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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