CN111458336B - 全自动内面内视检查系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动内面内视检查系统，其包含上位机控制及图像处理模块，内视镜自动移动检查及上下料模块，图像采集系统模块；上位机控制及图像处理模块根据产品信息和图像处理结果控制内视镜自动移动检查及上下料模块和图像采集系统模块。本发明的积极效果是：实现管类、孔类产品内视镜检查自动化方法，实现管子内面数字可处理图像采集方法，采用动态检测和静态检测结合方法，使用定标管对鱼眼图片进行定标的方法，建立算法评价的方法。首次实现管子内面检查光源算法修正方法。
Description
技术领域
本发明涉及管类、孔类产品的检测技术领域，具体的说，是一种利用内视镜对管或孔内面质量进行全自动检查、自动判定的系统方法。
背景技术
目前的检测方式为人工手动送料，人工目视判定合格与不合格。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全自动内面内视检查系统方法。本申请可以实现管类、孔类产品内面各类缺陷、形状不良及异物等自动检查、自动判定。
本发明的目的是通过以下系统方法来实现的：
一种全自动内面内视检查系统，其包含上位机控制及图像处理模块，内视镜自动移动检查及上下料模块，图像采集系统模块；上位机控制及图像处理模块根据产品信息和图像处理结果控制内视镜自动移动检查及上下料模块和图像采集系统模块。
上位机控制及图像处理模块主要负责采集方式的选择和采集到图像的处理，通过在上位机PC端软件界面采集方式的选择，可以切换动态检测，静态检测，动静态检测等模式实现不同速度和精度的采集和处理，通过输入批次信息，自动根据产品信息调整设备参数；
图像采集系统模块采集的图像全部返回上位机图像处理模块，通过上位机图像处理算法，实现产品合格与否和缺陷种类的判定。
内视镜自动移动检查及上下料模块通过可编程控制器控制整体动作，通过交换机与上位机(PC)和图像采集系统通信，根据上位机下达的指令，采取不同的运动模式，实现动态和静态采集，通过上位机的产品信息，自动适配产品类型和尺寸，通过内置上下料程序，完成整个过程的自动上下料。
图像采集系统模块包含内窥镜，相机，光源及背光源，内窥镜和相机通过适配器相连后固定在支架上，支架和光源安装在机架上，光源通过光纤与内窥镜相连，为内窥镜提供光照，用于照亮管子或孔内部以实现图像采集，通过自动设置相机参数，采集适于算法处理的图像，背光源安置于内窥镜对面支架上，支架安装于机架上，用于照亮管子中心。
整体系统工作原理如下：
上位机选定工作模式，输入产品信息，通过交换机告诉PLC(可编程控制器)和相机，PLC接到信号后，根据设定程序，驱动电机和气缸调整机械结构，使之能满足对应产品采样需求，之后根据上位机给定的采集方式，PLC控制电机和气缸完成整个采集动作；相机参数通过上位机软件修改，根据不同产品选用不同的系统参数，PLC在控制的位置到位后，触发相机拍照，光源点亮亦通过PLC进行控制，背光源通过交换机接收上位机信号自动改变亮度。
本系统方法关键点：
采用动态检测和静态检测的方法，在内窥镜插入管子过程中采用动态扫描的方法，找出可疑点并记录其位置，位置信息由可编程控制器通过电缸抓取后返回给上位机，对于没有可疑点的管子直接判定为合格，对于存在可疑点管子，在内窥镜退出管子的过程中，在可疑位置停止后做静态拍摄，得到清晰图像后做算法处理，如此一来，自动化节拍提升接近200％；
针对内窥镜拍摄到图像有鱼眼效应，特别制定定标方法：在管子内部刻印等间距等分刻度线，拍到图像后划分图像区域，对每个区域像素点实际尺寸进行换算，完成定标后，管子内部不同区域缺陷大小可换算成标准尺寸后进行判定；如此一来，鱼眼图片任何位置的缺陷尺寸大小建立起统一标准。
定标管制作方法：由于定标精度为像素级，在0.01mm左右，因此对定标管的加工制作要求非常严格，我们采用管子剖分的方法，为保证精度，只留下半边，通过两段半边打磨后拼接成一根进行采样对标，管内刻度采用激光刻印方式，精度高，为分辨每根刻度线，做正弦线标记，从而可以区分图像中不同线位置；定标管分径向和轴向两种，通过两种定标管实现全方位定标。
算法评价方法，由于采用了动态检测和静态检测，因此需对两种检测制定关键指标来反映算法的正确性、可靠性，对动态检测我们设定了提取率和准确率，对静态算法我们设定了检出率和准确率，通过算法与人工的比较计算出这四个指标来判断算法的正确性和可靠性。
针对图片的鱼眼效应，我们采用了算法展开方式，变成易于人眼辨识的方图，如此一来每个缺陷都反映的是真实尺寸，单张图片展开后，再通过图像拼接的方法，将单张展开图连接成一体，连成一体的展开图即为管子内壁整体图像，可以方便直观地看到整个管子内壁。
采集过程中为保证采集图像一致性，需要确保内窥镜与管子的同轴度，我们设计了一套激光三坐标仪，在移动导轨过程中，通过固定在导轨上的两个垂直方向的激光位移传感器，测量管子和内窥镜与导轨的水平和垂直方向的平行度，从而使管子和内窥镜同轴度控制在0.01mm以内，
本系统依托的机构为全自动内面内视镜检查机，其机构工作流程如下图3：下料回料装置通过导轨和螺栓固定在机架上，上料装置通过支架和螺栓固定在机架上，取料装置通过螺栓固定在机架上，内视检查装置通过螺栓固定在机架上。
本系统关键机构内视检查装置如下图4：内视检查装置由四维调整座，内视镜，内视镜固定块，管子压紧块，V型座，旋转机构，伺服移动机构，光源装置构成，可以实现任意位置内面检查，针对大于内视镜长度管子，加入旋转功能，实现两端均可检测。
通过四维调整机构调整内视镜与管子同轴度，通过伺服移动机构实现定点图像采集，通过V型块和管子压紧块保证移动过程中管子稳定，通过光源装置实现算法修正，通过旋转机构实现长管子两端检测。可扩展为所有类似的通过多位调整机构找准内视镜和管子同轴度，利用伺服移动机构实现数字化图像采集，利用光源进行算法修正的系统。内视镜通过内视镜固定块安装在四维调整座上，四维调整座安装在底板上，V型座安装在旋转机构上，旋转机构安装在伺服移动机构上，伺服移动机构安装在底板上，光源装置通过支架板安装在底板上。
四维调整座放入底板定位槽，通过螺栓与底板相连。
伺服移动机构通过定位销和螺栓安装在底板上。
V型座通过螺栓安装在旋转机构上。
旋转机构通过定位销和螺栓安装在伺服移动机构上。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
首次实现管类、孔类产品内视镜检查自动化方法，其优点在于使人工变为自动化成为可能，减少劳动力需求，提升效率、准确性、重复性，实现产品内面追溯。
首次实现管子内面数字可处理图像采集方法，其优点在于只有采集到数字可处理图像才能进行自动算法判定，是实现自动化的先决条件，我们的方法采集到的图像稳定一致可处理，满足了自动化需求。
首次采用动态检测和静态检测结合方法，其优点在于通过动态检测和静态检测结合的方法，大大提升自动化节拍(约400％)，建立起相对人工的绝对优势。
首次使用定标管对鱼眼图片进行定标的方法，其优点在于通过定标量化鱼眼镜头每个位置像素点的实际真实尺寸，为建立缺陷标准(尺寸相关)奠定基础，只有统一在一个标准上定义才有意义。
首次建立算法评价的方法，其优点在于通过建立算法评价的方法，直观反映算法的效率，准确性，通过不断改良算法，得到评价更高的算法，通过评价指标亦可以明确算法修改方向，使我们的算法效率更高更优秀。
首次实现管子内面检查光源算法修正方法，其优点在于杜绝大型异物对内窥镜损伤，监测管子移动位置偏移量。
附图说明
图1本申请的流程图；
图2本申请的架构图；
图3机构工作示意图；
图4内视检查装置的示意图；
附图中的标记为：
11.下料回料装置，12.上料装置，13.取料装置，14.内视检查装置；
21.四维调整座，22.内视镜，23.内视镜固定块，24.管子，25.管子压紧块，26.V型座，27.旋转机构；28.伺服移动机构，29.光源装置；
具体实施方式
以下提供本发明一种全自动内面内视检查机的具体实施方式。
实施例1
请参见附图，一种全自动内面内视检查系统，其包含上位机控制及图像处理模块，内视镜自动移动检查及上下料模块，图像采集系统模块；上位机控制及图像处理模块根据产品信息和图像处理结果控制内视镜自动移动检查及上下料模块和图像采集系统模块。
上位机控制及图像处理模块主要负责采集方式的选择和采集到图像的处理，通过在上位机PC端软件界面采集方式的选择，可以切换动态检测，静态检测，动静态检测等模式实现不同速度和精度的采集和处理，通过输入批次信息，自动根据产品信息调整设备参数；
图像采集系统模块采集的图像全部返回上位机图像处理模块，通过上位机图像处理算法，实现产品合格与否和缺陷种类的判定。
内视镜自动移动检查及上下料模块通过可编程控制器控制整体动作，通过交换机与上位机(PC)和图像采集系统通信，根据上位机下达的指令，采取不同的运动模式，实现动态和静态采集，通过上位机的产品信息，自动适配产品类型和尺寸，通过内置上下料程序，完成整个过程的自动上下料。
图像采集系统模块由内窥镜，相机、光源及背光源组成，内窥镜和相机通过适配器相连后固定在支架上，支架和光源安装在机架上，光源通过光纤与内窥镜相连，为内窥镜提供光照，用于照亮管子或孔内部以实现图像采集，通过自动设置相机参数，采集适于算法处理的图像，背光源安置于内窥镜对面支架上，支架安装于机架上，用于照亮管子中心。
整体系统工作原理如下：
上位机选定工作模式，输入产品信息，通过交换机告诉PLC(可编程控制器)和相机，PLC接到信号后，根据设定程序，驱动电机和气缸调整机械结构，使之能满足对应产品采样需求，之后根据上位机给定的采集方式，PLC控制电机和气缸完成整个采集动作；相机参数通过上位机软件修改，根据不同产品选用不同的系统参数，PLC在控制的位置到位后，触发相机拍照，光源点亮亦通过PLC进行控制，背光源通过交换机接收上位机信号自动改变亮度。
本系统方法关键点：
采用动态检测和静态检测的方法，在内窥镜插入管子过程中采用动态扫描的方法，找出可疑点并记录其位置，位置信息由可编程控制器通过电缸抓取后返回给上位机，对于没有可疑点的管子直接判定为合格，对于存在可疑点管子，在内窥镜退出管子的过程中，在可疑位置停止后做静态拍摄，得到清晰图像后做算法处理，如此一来，自动化节拍提升接近400％；
针对内窥镜拍摄到图像有鱼眼效应，特别制定定标方法：在管子内部刻印等间距等分刻度线，拍到图像后划分图像区域，对每个区域像素点实际尺寸进行换算，完成定标后，管子内部不同区域缺陷大小可换算成标准尺寸后进行判定；如此一来，鱼眼图片任何位置的缺陷尺寸大小建立起统一标准。
定标管制作方法：由于定标精度为像素级，在0.01mm左右，因此对定标管的加工制作要求非常严格，我们采用管子剖分的方法，为保证精度，只留下半边，通过两段半边打磨后拼接成一根进行采样对标，管内刻度采用激光刻印方式，精度高，为分辨每根刻度线，做正弦线标记，从而可以区分图像中不同线位置；定标管分径向和轴向两种，通过两种定标管实现全方位定标。
算法评价方法，由于采用了动态检测和静态检测，因此需对两种检测制定关键指标来反映算法的正确性、可靠性，对动态检测我们设定了提取率和准确率，对静态算法我们设定了检出率和准确率，通过算法与人工的比较计算出这四个指标来判断算法的正确性和可靠性。
针对图片的鱼眼效应，我们采用了算法展开方式，变成易于人眼辨识的方图，如此一来每个缺陷都反映的是真实尺寸，单张图片展开后，再通过图像拼接的方法，将单张展开图连接成一体，连成一体的展开图即为管子内壁整体图像，可以方便直观地看到整个管子内壁。
采集过程中为保证采集图像一致性，需要确保内窥镜与管子的同轴度，我们设计了一套激光三坐标仪，在移动导轨过程中，通过固定在导轨上的两个垂直方向的激光位移传感器，测量管子和内窥镜与导轨的水平和垂直方向的平行度，从而使管子和内窥镜同轴度控制在0.01mm以内，
本系统依托的机构为全自动内面内视镜检查机，其机构工作流程如下图3：下料回料装置11通过导轨和螺栓固定在机架上，上料装置12通过支架和螺栓固定在机架上，取料装置13通过螺栓固定在机架上，内视检查装置14通过螺栓固定在机架上。
本系统关键机构内视检查装置如下图4：内视检查装置由四维调整座，内视镜，内视镜固定块，管子压紧块，V型座，旋转机构，伺服移动机构，光源装置构成，可以实现任意位置内面检查，针对大于内视镜长度管子，加入旋转功能，实现两端均可检测。
通过四维调整机构21调整内视镜22与管子24同轴度，通过伺服移动机构实现定点图像采集，通过V型块和管子压紧块25保证移动过程中管子稳定，通过光源装置实现算法修正，通过旋转机构实现长管子两端检测。可扩展为所有类似的通过多位调整机构找准内视镜和管子同轴度，利用伺服移动机构实现数字化图像采集，利用光源进行算法修正的系统。内视镜22通过内视镜固定块23安装在四维调整座上，四维调整座21安装在底板上，V型座25安装在旋转机构上，旋转机构27安装在伺服移动机构28上，伺服移动机构安装在底板上，光源装置29通过支架板安装在底板上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种全自动内面内视检查系统，其特征在于，其包含上位机控制及图像处理模块，内视镜自动移动检查及上下料模块，图像采集系统模块；上位机控制及图像处理模块根据产品信息和图像处理结果控制内视镜自动移动检查及上下料模块和图像采集系统模块；
上位机控制及图像处理模块主要负责采集方式的选择和采集到图像的处理，通过在上位机PC端软件界面采集方式的选择，切换动态检测，静态检测，动静态检测模式实现不同速度和精度的采集和处理，通过输入批次信息，自动根据产品信息调整设备参数；
上位机选定工作模式，输入产品信息，通过交换机告诉可编程控制器PLC和相机，可编程控制器PLC接到信号后，根据设定程序，驱动电机和气缸调整机械结构，使之能满足对应产品采样需求，之后根据上位机给定的采集方式，可编程控制器PLC控制电机和气缸完成整个采集动作；相机参数通过上位机软件修改，根据不同产品选用不同的系统参数，可编程控制器PLC在控制的位置到位后，触发相机拍照，光源点亮亦通过可编程控制器PLC进行控制，背光源通过交换机接收上位机信号自动改变亮度；
采用动态检测和静态检测的方法，在内窥镜插入管子过程中采用动态扫描的方法，找出可疑点并记录其位置，位置信息由可编程控制器通过电缸抓取后返回给上位机，对于没有可疑点的管子直接判定为合格，对于存在可疑点管子，在内窥镜退出管子的过程中，在可疑位置停止后做静态拍摄，得到清晰图像后做算法处理，如此一来，自动化节拍提升接近200％；
针对内窥镜拍摄到图像有鱼眼效应，特别制定定标方法：在管子内部刻印等间距等分刻度线，拍到图像后划分图像区域，对每个区域像素点实际尺寸进行换算，完成定标后，管子内部不同区域缺陷大小可换算成标准尺寸后进行判定；如此一来，鱼眼图片任何位置的缺陷尺寸大小建立起统一标准；
定标管制作方法：由于定标精度为像素级，为0.01mm，因此对定标管的加工制作要求非常严格，采用管子剖分的方法，为保证精度，只留下半边，通过两段半边打磨后拼接成一根进行采样对标，管内刻度采用激光刻印方式，精度高，为分辨每根刻度线，做正弦线标记，从而可以区分图像中不同线位置；定标管分径向和轴向两种，通过两种定标管实现全方位定标；
算法评价方法，由于采用了动态检测和静态检测，因此需对两种检测制定关键指标来反映算法的正确性、可靠性，对动态检测设定了提取率和准确率，对静态算法设定了检出率和准确率，通过算法与人工的比较计算出这四个指标来判断算法的正确性和可靠性。
2.如权利要求1所述的一种全自动内面内视检查系统，其特征在于，
图像采集系统模块包含内窥镜，相机，光源及背光源，内窥镜和相机通过适配器相连后固定在支架上，支架和光源安装在机架上，背光源安置于内窥镜对面支架上，光源通过光纤与内窥镜相连。
3.如权利要求1所述的一种全自动内面内视检查系统，其特征在于，
本系统依托的机构为全自动内面内视镜检查机，下料回料装置通过导轨和螺栓固定在机架上，上料装置通过支架和螺栓固定在机架上，取料装置通过螺栓固定在机架上，内视检查装置通过螺栓固定在机架上。
4.如权利要求3所述的一种全自动内面内视检查系统，其特征在于，
内视检查装置由四维调整座，内视镜，内视镜固定块，管子压紧块，V型座，旋转机构，伺服移动机构，光源装置构成，内视镜通过内视镜固定块安装在四维调整座上，四维调整座安装在底板上，V型座安装在旋转机构上，旋转机构安装在伺服移动机构上，伺服移动机构安装在底板上，光源装置通过支架板安装在底板上。
5.如权利要求1所述的一种全自动内面内视检查系统，其特征在于，
图像采集系统模块采集的图像全部返回上位机图像处理模块，通过上位机图像处理算法，实现产品合格与否和缺陷种类的判定。
6.如权利要求1所述的一种全自动内面内视检查系统，其特征在于，
内视镜自动移动检查及上下料模块通过编程控制器控制整体动作，通过交换机与上位机PC和图像采集系统通信，根据上位机下达的指令，采取不同的运动模式，实现动态和静态采集，通过上位机的产品信息，自动适配产品类型和尺寸，通过内置上下料程序，完成整个过程的自动上下料。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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