一種試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺，其特征在于該實驗臺由加熱爐部分、視覺檢測部分和控制系統組成；所述加熱爐部分包括加熱爐、加熱爐外殼、加熱爐內腔、鼓風機、兩條風道、兩個風道蓋、兩個石英玻璃視窗、兩根紅外加熱管、保溫材料和試件臺；所述視覺檢測部分包括兩臺高速攝像機、兩組攝像機組合式支架、工業控制計算機及軟件；所述控制系統部分包括對加熱爐內部溫度起控制調節作用的閉環控制系統和視覺檢測部分的視覺檢測系統。該實驗臺基于機器視覺測量技術，能夠測量出試件在高溫條件下微小變形量，可針對當前典型應用的機器視覺測量技術進行教學演示，且可用于做開放式的多功能的相關技術研發實驗平臺。
【專利說明】一種試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及視覺測量裝置，具體為一種基于機器視覺測量技術，能夠測量出試件在高溫條件下微小變形量的機器視覺測量系統實驗臺。該實驗臺提供了一種在高溫條件下測量試件微小變形量的測量方法，并可提供開放式的開發及實驗環境，方便相關的教學與科研。
【背景技術】
[0002]機器視覺測量技術自引入國內市場以來，取得了長足的發展。機器視覺測量技術以其檢測精度高和檢測速度快，并且有效的避免人工檢測帶來的主觀性和個體差異的優勢，在工業自動化檢測領域中占有越來越重要的地位。機器視覺技術在自動化生產中，廣泛應用于檢測工件在生產過程中的產品缺陷，是實現優質產品生產以及降低成本的理想選擇。同時，機器視覺檢測技術大大提高了檢測系統的效率，并可對檢測系統進行數據統計和分析。
[0003]機器視覺檢測和測量技術作為一門新興的綜合技術，不僅在自動化檢測行業大放異彩，大大提高了裝備的智能化、自動化水平，提高了裝備的使用效率、可靠性等性能。同時，也逐步滲透到我們生活的各個方面，將在國民經濟的各個領域發揮更大的作用。但目前高校及科研院所僅能通過特定的實例進行相關技術的講授，沒有試驗研究儀器或手段，更不具有開放性及普適性，難以滿足機器視覺檢測及測量技術應用多樣性的要求，使得針對相應技術的教學和科研工作難以有效開展。

【發明內容】

[0004]針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺，該實驗臺基于機器視覺測量技術，能夠測量出試件在高溫條件下微小變形量，可針對當前典型應用的機器視覺測量技術進行教學演示，且可用于開放式的多功能的相關技術研發實驗平臺。
[0005]本發明解決所述技術問題的技術方案是，設計一種試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺，其特征在于該實驗臺由加熱爐部分、視覺檢測部分和控制系統組成；所述加熱爐部分包括加熱爐、加熱爐外殼、加熱爐內腔、鼓風機、兩條風道、兩個風道蓋、兩個石英玻璃視窗、兩根紅外加熱管、保溫材料和試件臺；所述加熱爐外殼為六面體，加熱爐的內壁和外壁均為不銹鋼鋼板焊接而成，并都包有保溫材料；加熱爐開有前門，前門和加熱爐主體部分用合頁和鎖鏈接；兩個石英玻璃視窗對稱開加熱爐的左右兩側；加熱爐的后壁上開有兩條圓形風道，風道的內壁上分別鑲有薄鐵管，薄鐵管與加熱爐外殼外壁焊接，并伸出加熱爐后面外殼一段距離；其中一條風道伸出的薄鐵管與鼓風機的出風口對接，作為加熱爐內腔的進風口 ；另外一條風道伸出的薄鐵管與風道蓋對接，作為加熱爐內腔的出風口 ；試件臺固定在加熱爐內腔的底座上，兩根紅外加熱管通過自帶的加熱管支架安裝在試件臺后側的加熱爐內腔中；[0006]所述視覺檢測部分包括兩臺高速攝像機、兩組攝像機組合式支架、工業控制計算機及軟件，兩組像機組合式支架分別擺放在加熱爐所放置的平臺上，位置為加熱爐的兩個視窗的外側，兩臺高速攝像機分別安裝在兩組像機組合式支架上，兩個鏡頭相對對準試樣臺的正上方，使兩臺高速攝像機的鏡頭分別緊貼兩個視窗；線纜連接的兩臺高速攝像機，通過USB串口連接到工業控制計算機，并與其進行通訊；
[0007]所述控制系統部分包括對加熱爐內部溫度起控制調節作用的閉環控制系統和視覺檢測部分的視覺檢測系統；溫度控制調節閉環控制系統中硬件的通訊為:工業控制計算機與溫度控制模塊進行相互通訊；溫度運動控制模塊與兩根紅外加熱管進行相互通訊；鼓風機與運動控制模塊進行相互通訊；視覺檢測系統中硬件的通訊為:攝像機與工業控制計算機單向通訊；按鈕傳感器與工控機單向通訊；工業控制計算機與狀態指示單向通訊，顯示器、外設與工業控制計算機雙向通訊。
[0008]與現有技術相比，本發明把圖像采集模塊運用到加熱設備上，利用工業控制計算機和相應軟件，對機器視覺技術提供開放式的學習和研究平臺，降低了機器視覺技術的教學及科研的工作難度。本發明試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺結構簡單、布局直觀、機器視覺模塊和運動控制模塊結構清楚明晰，系統軟件界面友好，便于學生及科研人員熟練掌握機器視覺技術的多種應用方法及技巧，操作方便，基本能夠滿足機器視覺技術的應用多樣性，為高校和科研院所的教學、科研工作提供了新的設備支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發明試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺一種實施例的整機外觀結構示意圖；
[0010]圖2為本發明試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺一種實施例的整機俯視剖面結構示意圖；
[0011]圖3為本發明試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺一種實施例的控制系統結構示意圖。
【具體實施方式】:
[0012]下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發明。實施例僅用于進一步詳細說明本發明，并不限制本申請權利要求的保護范圍。
[0013]本發明設計的試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺(簡稱實驗臺，參見圖1-3)，其特征在于該實驗臺包括加熱爐部分、視覺檢測部分和控制系統三大部分。所述加熱爐部分包括加熱爐1、加熱爐外殼11、加熱爐內腔12、鼓風機3、兩條風道9、兩個風道蓋4、兩個石英玻璃視窗5、保溫材料6、兩根紅外加熱管7和一個試樣臺8 ;所述加熱爐外殼I為六面體，加熱爐的內壁和外壁均為不銹鋼鋼板焊接而成，并都包有保溫材料；加熱爐開有前門，前門和加熱爐I主體部分用合頁和鎖鏈接；兩個石英玻璃視窗5對稱開加熱爐I的左右兩側；加熱爐I的后壁上開有兩條圓形風道9，風道9的內壁上分別鑲有薄鐵管，薄鐵管與加熱爐外殼11外壁焊接，并伸出加熱爐I后面外殼一段距離；其中一條風道9伸出的薄鐵管與鼓風機3的出風口對接，作為加熱爐內腔12的進風口 ；另外一條風道9伸出的薄鐵管與風道蓋4對接，作為加熱爐內腔12的出風口 ；試件臺8固定在加熱爐內腔12的底座上，兩根紅外加熱管7通過自帶的加熱管支架安裝在試件臺8后側的加熱爐內腔12中。所述鼓風機3、兩條風道9、風道蓋4及加熱爐內腔12可用來實現空氣的流通；所述兩塊石英玻璃視窗5透明度要好，以便圖像采集模塊能夠采集到比較清晰的圖像，同時石英玻璃視窗5也具有抗高溫和保溫功能；所述保溫材料6鑲嵌在加熱爐外殼11內部，起到對加熱爐內腔12的保溫作用；所述兩根紅外加熱管7用來對加熱爐內腔12進行加熱；所述試樣臺8用來固定需要檢測的試件。
[0014]所述視覺檢測部分包括兩臺高速攝像機2、兩組攝像機組合式支架13、工業控制計算機(簡稱工控機)及相應軟件。線纜連接的兩臺高速攝像機，通過USB串口連接到工業計算機與其進行通訊；所述工業控制計算機及軟件對兩臺高速攝像機2采集到的試件圖像進行處理、顯示和存儲等；
[0015]所述控制系統部分包括對加熱爐內部溫度起調節和控制作用的閉環控制系統和視覺檢測部分的視覺檢測系統。加熱爐內部溫度的閉環控制系統保證了加熱爐內部溫度的實時性控制和調節，視覺檢測系統需要對試樣臺上的試件進行實時的圖像采集、處理、存儲
坐寸ο
[0016]所述試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺各部件安裝結構和連接形式闡述如下:所述加熱爐部分實施例各部件和連接形式是:加熱爐I的外形接近正六面體。保溫材料6鑲嵌在加熱爐外殼11中，作為加熱爐的六個外壁圍成一個六面體；加熱爐I的前面開有門，以便于放入和取出要測量的試件，門和加熱爐主體部分用合頁和鎖鏈接；加熱爐I的后面的外壁開有兩條圓形風道9，風道9的內壁上分別鑲有薄鐵管，薄鐵管伸出加熱爐外殼I 一段距離，薄鐵管與加熱爐外殼I焊接，其中一條風道伸出的薄鐵管與鼓風機3的圓形出風口對接連接，作為加熱爐內腔12的進風口 ；另外一條風道伸出的薄鐵管與風道蓋4對接連接，作為加熱爐內腔12的出風口，鼓風機3通過與其鏈接的通道9中的薄鐵管把空氣送入加熱爐內腔12，同時，加熱爐內的空氣通過與風道蓋4鏈接的另一個通道9中的薄鐵管排出空氣，對加熱爐內腔12的空氣進行交換；加熱爐I的兩個側面分別鑲嵌有兩塊石英玻璃視窗5以便兩側的兩臺高速攝像機2對試樣臺上的工件進行圖像采集和操作人員對加熱爐內腔12的觀察；試樣臺8通過螺釘固定在加熱爐內腔12的底座上，兩根紅外加熱管7通過自帶的加熱管支架用螺釘安裝在試樣臺的后側、加熱爐內腔12比較合適的位置，以便對試樣臺上的試件達到比較好的加熱效果；
[0017]所述視覺檢測部分各部件和連接形式是:兩組像機組合式支架13分別擺放在加熱爐I所放置的平臺上，位置為加熱爐I的左右兩側的兩塊玻璃視窗5的外側，兩臺高速攝像機2分別安裝在兩組像機組合式支架13上，兩個鏡頭相對對準試樣臺的正上方，使兩臺高速攝像機2的鏡頭分別緊貼兩塊石英玻璃視窗5 ;鼓風機3、兩根紅外加熱管7和工業計算機通過電纜與控制柜連接組成閉環控制系統；兩臺高速攝像機2通過USB串口連接到工業計算機與其進行通訊。
[0018]所述控制系統部分各部件的通訊連接是:溫度閉環控制系統的通訊連接為:由工控機控制兩根紅外加熱管7和由鼓風機3對加熱爐內腔12的溫度進行控制和調節，同時加熱管自帶的溫度傳感器測量的溫度值返回到工控機。當加熱爐內腔12的溫度低于預設溫度時，工控機控制兩根加熱管7工作，鼓風機3關閉，對內腔加熱；當加熱爐內腔12的溫度高于預設溫度時，工控機控制兩根加熱管7關閉，鼓風機3打開，鼓風機3從通道9向加熱爐內腔12鼓入空氣，同時打開風道蓋4，爐內空氣從另外一條通道9流出，使爐內空氣與爐外空氣進行流通，爐內溫度降低。所述視覺檢測系統通訊連接為:兩臺高速攝像機2對加熱爐內腔12的試樣臺8上的試件進行圖像采集，把采集的圖像通過USB串口傳輸到工控機，再由工控機對圖像進行分析、處理、存儲等。
[0019]本發明實驗臺的工作原理和工作過程(控制系統參見圖3)是操作人員檢查實驗臺處于正常狀態；接通電源，打開工作控制計算機及軟件，本發明實施例中采用美國國家儀器公司的Labview軟件作為軟件開發平臺，完成的相應軟件模塊開發，測量加熱爐內溫度，并確定適合打開加熱爐門放入試件；打開加熱爐門，把待測量試件放入加熱爐內腔的試樣臺8上并調整試件姿態后固定；關閉加熱爐門；打開兩根紅外加熱管7對加熱爐內腔進行加熱，通過閉環控制系統對加熱爐內腔12的溫度進行控制和調節，使其達到預定的溫度變化要求，同時用兩個圖像采集模塊2時刻采集圖像并傳輸數據到工業控制計算機；工業控制計算機監視加熱爐內的溫度變化情況和對兩根紅外加熱管7進行控制，結合鼓風機3、兩條風道9、風道蓋4對加熱爐內的溫度進行調節，使加熱爐內的溫度變化接近預期要達到的變化情況；工業控制計算機及軟件記錄下試件要檢測區域的變化情況，以便后續對得到的數據進行分析；待加熱爐內溫度較低方可取出試件，完成試件要檢測區域的測量。
[0020]本發明設計的試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺可以實現視覺跟蹤定位、基于機器視覺的精密測量、視覺識別與分揀等當前機器視覺技術和典型應用的展示。
[0021 ] 本發明未述及之處適用于現有技術。
[0022]本發明實驗平臺由于具有開放性，用戶也可以針對特定需求在實驗平臺上進行研發與實驗驗證。
【權利要求】
1.一種試件高溫變形機器視覺測量系統實驗臺，其特征在于該實驗臺由加熱爐部分、視覺檢測部分和控制系統組成；所述加熱爐部分包括加熱爐、加熱爐外殼、加熱爐內腔、鼓風機、兩條風道、兩個風道蓋、兩個石英玻璃視窗、兩根紅外加熱管、保溫材料和試件臺；所述加熱爐外殼為六面體，加熱爐的內壁和外壁均為不銹鋼鋼板焊接而成，并都包有保溫材料；加熱爐開有前門，前門和加熱爐主體部分用合頁和鎖鏈接；兩個石英玻璃視窗對稱開加熱爐的左右兩側；加熱爐的后壁上開有兩條圓形風道，風道的內壁上分別鑲有薄鐵管，薄鐵管與加熱爐外殼外壁焊接，并伸出加熱爐后面外殼一段距離；其中一條風道伸出的薄鐵管與鼓風機的出風口對接，作為加熱爐內腔的進風口 ；另外一條風道伸出的薄鐵管與風道蓋對接，作為加熱爐內腔的出風口 ；試件臺固定在加熱爐內腔的底座上，兩根紅外加熱管通過自帶的加熱管支架安裝在試件臺后側的加熱爐內腔中； 所述視覺檢測部分包括兩臺高速攝像機、兩組攝像機組合式支架、工業控制計算機及軟件，兩組像機組合式支架分別擺放在加熱爐所放置的平臺上，位置為加熱爐的兩個視窗的外側，兩臺高速攝像機分別安裝在兩組像機組合式支架上，兩個鏡頭相對對準試樣臺的正上方，使兩臺高速攝像機的鏡頭分別緊貼兩個視窗；線纜連接的兩臺高速攝像機，通過USB串口連接到工業控制計算機，并與其進行通訊； 所述控制系統部分包括對加熱爐內部溫度起控制調節作用的閉環控制系統和視覺檢測部分的視覺檢測系統；溫度控制調節閉環控制系統中硬件的通訊為:工業控制計算機與溫度控制模塊進行相互通訊；溫度運動控制模塊與兩根紅外加熱管進行相互通訊；鼓風機與運動控制模塊進行相互通訊；視覺檢測系統中硬件的通訊為:攝像機與工業控制計算機單向通訊；按鈕傳感器與工控機單向通訊；工業控制計算機與狀態指示單向通訊，顯示器、外設與工業控制計算機雙向通訊。
【文檔編號】G09B25/00GK103594017SQ201310596456
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月23日 優先權日:2013年11月23日
【發明者】劉今越, 楊冬, 賈曉輝, 劉智光 申請人:河北工業大學