[发明专利]一种基于机器视觉的棒材计数及对齐检测的装置和方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的棒材计数及对齐检测的装置，其特征在于，该基于机器视觉的棒材计数及对齐检测的装置安装于冷床上料区(3)辊道旁边，其包括线激光器(4)和工业相机(6)；冷床上料区(3)辊道一端设置有边部挡板(5)，用于阻挡冷床上料区(3)辊道上行进的棒材(2)，实现多根棒材(2)头部对齐；线激光器(4)同时发射两条线形激光，分别为激光线A(7)和激光线B(8)；两条激光线平行打在冷床上料区(3)辊道的棒材(2)上，形成棒材(2)的激光轮廓；工业相机(6)朝向激光线A(7)和激光线B(8)的位置，工业相机(6)的视野覆盖激光线A(7)和激光线B(8)间的区域，采集两束激光线打在棒材(2)上形成的激光轮廓；线激光器(4)发射大功率红外激光；工业相机(6)的镜头安装红外波段窄带滤光片，使得线激光器(4)只能采集到线激光的成像，避免热辐射的影响；工业相机(6)和线激光器(4)连接系统服务器用于图像处理，系统服务器与生产控制系统无线连接，生产控制系统为控制棒材生产的自动化控制系统；系统服务器通过对激光轮廓进行识别处理检测；当棒材(2)未运送到两束激光线位置时，激光线打在辊道的缝隙处，工业相机(6)无法检测到激光线；根据工业相机(6)是否检测到激光线进行判断棒材的有无。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的棒材计数及对齐检测的装置，其特征在于，所述激光线B(8)距离边部挡板(5)长度为L，L单位为米，取值公式为：

L≥S/F

其中，S为棒材运行速度，单位米/秒，F为系统服务器处理速度，单位为次/秒；

激光线A(7)光束点相距激光线B(8)光束点的长度为M，M取值满足如下条件：

1)M≥并行输送棒材的头部位置最大差值；

2)M≤冷床上料区辊道宽度/2–L；

3)M为辊道缝隙值，根据辊道宽度和辊道间距决定；

4)M＜棒材长度；

当M存在多个值时，取其中最小值。

3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的棒材计数及对齐检测的装置，其特征在于，所述激光线A(7)和激光线B(8)均要求打在输送辊道缝隙；在无棒材的情况下，工业相机(6)视野范围照不到激光线；当有棒材的情况下，工业相机(6)视野范围只包括打在棒材表面的激光轮廓。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的棒材计数及对齐检测的装置，其特征在于，所述工业相机(6)和线激光器(4)采用压缩空气和水冷机降温。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的棒材计数及对齐检测的装置，其特征在于，所述系统服务器和生产控制系统的工作模式具体如下；

线激光启停控制：当系统服务器接收到生产控制系统发来的棒材来料信号时，说明棒材(2)即将进入冷床上料区辊道，系统服务器控制线激光器(4)启动以及工业相机(6)启动，进入工作状态；当系统服务器接收到生产控制系统发来的棒材上冷床动作完成指令时，系统服务器控制线激光器(4)和工业相机(6)关闭，进入待机状态；

棒材计数：系统服务器通过工业相机(6)采集的图像，实时计算棒材数量，并将计算结果反馈给生产控制系统；

棒材头部对齐检测：系统服务器通过工业相机(6)采集图像，实时检测棒材头部是否对齐，并将检测结果反馈给生产控制系统。

6.一种基于机器视觉的棒材计数及对齐检测方法，其特征在于，具体流程如下；

当棒材进入冷床上料区辊道时，系统服务器进入工作状态，当两条激光线均未打到棒材上时，保持等待；当激光线A(7)检测到激光轮廓时，基于激光线A(7)的激光轮廓进行棒材计数，并实时传递给生产控制系统；当激光线B(8)也检测到激光轮廓时，基于激光线B(8)的激光轮廓进行棒材计数，进行两条激光线棒材计数的数量比对，相同则说明头部对齐，发信号给生产控制系统，处理结束。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的棒材计数及对齐检测方法，其特征在于，所述棒材计数的具体步骤如下；

步骤1：图像采集；工业相机(6)拍摄的图像发送给系统服务器；

步骤2：图像预处理；

系统服务器将工业相机拍摄的原始图像进行预处理，包括：

2.1)二值化；通过二值化去除环境光干扰，生成二值化后图像；

2.2)形态学处理；对二值化后图像进行腐蚀操作，消除激光线周围噪点，再进行膨胀操作，还原光线轮廓外观，生成形态处理图像；

2.3)滤波处理；对形态处理图像进行高斯滤波，修剪光线轮廓外观，处理后得到滤波图像；

2.4)边缘检测；对滤波图像进行边缘检测，提取激光轮廓边缘，得到边缘二值化图像；

步骤3：圆心检测；根据圆心数量得到棒材的数量；

对边缘二值化图像进行圆心检测处理，激光线A处和激光线B处圆心检测的流程一致；激光线A处圆心检测流程如下；

步骤3.1确定参数；激光线A处工业相机采集图像的精度C，单位是mm/pix，公式为：

C＝冷床上料区辊道宽度/激光线A像素距离；

通过生产控制系统获取当前跟踪的棒材半径R，单位mm；

当前跟踪的棒材转化后的半径R'，单位pix，其获取公式为：

R'＝R/C

与边缘二值化图像大小一致、长宽对应的二维圆心空间N，N(a,b)表示N空间中横坐标为a，纵坐标为b；

累加值阈值为P，获取公式为：

P＝C×(Π×R')/4

R^min、R^max分别为激光线A处的棒材半径下限、上限，单位为像素，获取公式为：

R^min＝R/C×0.8

R^max＝R/C×1.2

步骤3.2)进行圆心检测；

3.2.1)创建二维圆心空间N，N空间所有坐标的初始值置0；

3.2.2)遍历边缘二值化图像中激光轮廓上的像素点，相邻两点延切线方向画直线，直线经过二维圆心空间上的坐标在二维圆心空间N做值的累加；直线经过横坐标a、纵坐标b，则N(a,b)＝N(a,b)+1；由于圆心在激光轮廓的左下方，直线只向左、向下延伸；

3.2.3)对N空间各个坐标的值从大到小排序，去除值小于P的坐标；

3.2.4)基于改进的霍夫梯度法，剩余坐标依次与激光轮廓上各个坐标点计算直线距离，过滤掉距离小于R^min或者大于R^max的坐标；

3.2.5)遍历经步骤3.2.4)处理后的剩余坐标集合，两两比较坐标间直线距离，当直线距离小于R'，剔除其中一个坐标；

3.2.6)最终剩余坐标集合的数量，即为棒材数量；

步骤4.基于步骤3的方法，分别针对激光线A处和激光线B处进行棒材计数，二者结果进行比较，实现棒材头部对齐的检测；当二者数量相同，说明棒材头部抵达边部挡板(5)且已经对齐；当二者数量不同，说明棒材头部尚未对齐。