一种基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台的制作方法

1.本实用新型涉及一种工业制造产品在线检测平台技术领域，特别是将机器视觉应用于工业制造产品在线检测。

背景技术：

2.工业制造产品是典型的多工序、混联的高精度装配组织形式。由于工业制造产品过程的复杂性、不确定性以及前后工序动态关联性，使得产品精度难以保证。同时由于工业制造产品零件公差带离散程度大，人工检测造成工业制造产品质量误差波动大。
3.伴随着物联网、工业互联网、人工智能等技术在智能工厂的发展与应用，企业迫切需要完成传统模式的升级改造，一种新的系统设计，以工业制造产品为立足点，着眼于优化和完善工业制造企业智能化、信息化建设目标，通过计算机、工业互联网、机器视觉等相关技术，实现工业制造产品生产状态实时监控、工业制造产品生产数据可视、产品缺陷自动检测等功能。
4.因此，需要一种智能化检测平台。

技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本实用新型将提出一种基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，具体技术方案如下：
6.一种基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，平台的硬件拓扑结构组成包括：服务器1，工作站2，无线网关3，工控机4，区域plc5，网关6，i/o接口7，设备plc8，rfid系统9，机器视觉系统10和工业产品在线制造设备11。服务器1和工作站2，用无线网关3连接，网关6与rfid系统9连接，i/o接口 7与机器视觉系统10，设备plc8与工业产品在线制造设备11连接，区域plc5 分别控制网关6、i/o接口7和设备plc8并与工控机4连接，工控机4通过以太网与服务器1连接。
7.所述机器视觉系统10硬件模块组成：光源、镜头、图像采集模块、光电编码器和机械装置。
8.所述光源为高频荧光灯或光纤卤素灯或led光源。
9.所述图像采集模块，图像采集速度高达850mb/s，支持2*camera link full 或dual base摄像头输入。
10.所述光电编码器的组成：光栅盘和光电测量装置，光栅盘与光电测量装置的滚轮同轴，光栅圆盘和滚轮以同样速率转动。
11.本实用新型的技术效果：
12.机器视觉系统可以在复杂、危险、高重复度等岗位中替代人工，企业减少了生产成本；采用机器视觉技术采集工业制造产品表面的图像并进行分析，根据图像实时显示其表面缺陷，可以高精度、高效率、高质量的完成工业制造产品质检。
附图说明
13.图1是基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台拓扑结构图；
14.图2是本实用新型的机器视觉系统。
15.图中：1为服务器，2为工作站，3为无线网关，4为工控机，5为区域plc， 6为网关，7为i/o接口，8为设备plc，9为rfid系统，10为机器视觉系统， 11为工业产品在线制造设备。
具体实施方式
16.下面结合附图，对本实用新型具体实施方式做进一步的说明。
17.1.总体方案
18.服务器1和工作站2，用无线网关3连接，网关6与rfid系统9连接，i/o 接口7与机器视觉系统10，设备plc8与工业产品在线制造设备11连接，区域plc5分别控制网关6、i/o接口7和设备plc8并与工控机4连接，工控机4 通过以太网与服务器1连接。如图1所示。
19.如图2所示，机器视觉系统10硬件模块组成：光源、镜头、图像采集模块、编码器，编码器为光电编码器，图像采集模块为线阵相机，光源通过照明设备照在工厂流水线的工件上。
20.2.在线检测平台体系结构模型
21.该模型采用四层架构模式，分别为设备层、数据层、应用层及集成层。各个层均为现有技术。
22.设备层：该层采用rfid系统，机器视觉系统以及技术对工业制造产品在线关键质量工序的质量信息进行采集，通过现场总线和tcp/ip协议的工业以太网技术实现质量信息传输、集成与共享，为上层系统提供准确可靠的实时装配质量信息并将上层系统的优化控制装配方案及时下达到具体工位，实现作业指导活动。
23.数据层：该层采用基于isa95的通用数据模型，提供数据交互和存储方法，主要使用oracle关系数据库管理持久数据，sqlserver数据库以及管理实时数据。质量数据库存储质量诊断规则和质量数据相关静态信息，业务数据库主要为上层应用层提供数据通讯和交互工作，历史数据库为质量追溯和质量数据归档服务。
24.应用层：包含了系统的主要功能，质量点管理依据再制造发动机装配方案，优化工艺路线，形成量化质量控制点规范；在线质量分析以制造过程实时质量数据为依托，结合历史数据和先验分布信息在线绘制基于贝叶斯估计的控制图，实时检测制造过程中的质量波动，对控制图异常模式进行报警；在线质量诊断根据专家知识和推理规则对控制图异常进行诊断，实现异常源的快速定位，为质量管理人员及时清除异常源提供支持；在线质量优化根据诊断结果，推断制造过程质量波动的传递机理，结合制造质量控制领域专家和产品特性进行制造方案或制造工艺优化。质量谱系追溯主要对采集的过程质量实时数据进行归档分析存储，形成各质量控制点历史质量数据档案，为后续质量持续改进提供帮助。
25.集成层：为企业等系统平台提供数据通讯和交互接口，便于各系统之间的无缝集成，实现制造过程质量数据共享，为企业质量相关部门了解制造过程实时动态信息以及在线质量优化控制提供了便利。
26.3.在线检测平台硬件拓扑结构
27.工业制造产品在线检测平台采用经典的客户端服务器的网络架构模式，该模式基于企业内部互联网，通过网线或光纤实现客户端和服务器之间互联互通。模式在系统开发中具有以下优点：
28.减轻服务器数据压力客户端快速响应客户需求，充分发挥客户端的数据处理能力，将较为复杂的需求交由服务器处理，提升系统响应时间并减轻服务器数据压力。
29.数据存储管理功能独立透明客户端和服务器分别独立进行数据储存管理，有利于数据追溯。
30.工业制造产品在线检测平台网络架构充分考虑了工业制造产品现场布局特点，其详细工业制造产品在线检测平台拓扑结构图如图1所示。
31.平台实行区域化布置由现设备层、数据层、应用层和集成层组成，数据层采用tcp/ip协议和profibus-dp的工业以太网实现信息的互联互通，在制造产品过程质量信息实时监测、同步上传以及制造方案的及时下达具体工位，应用层是连接现场数据层和集成层的桥梁，对过程中的异常进行报警，并结合推理机制和专家系统实现异常源的定位，集成层实现不同系统的无缝集成，将制造现场实时信息推送到管理层监控中心，其特征是，设备层利用机器视觉对在制造产品实时追踪和质量信息采集，通过opc标准接口兼容不同类型plc，实现各个独立信息孤岛的无缝集成。将车间制造产品现场实时信息推送到管理层监控中心，使得制造过程更加透明化，有利于管理决策者对过程波动作出及时调整。
32.4.机器视觉系统
33.机器视觉系统主要包括图像采集系统、照明系统、图像处理模块、缺陷判断决策模块和机械控制执行模块。整个体系要求综合运用数码影像信息处理技术、电光源照明工程技术、光传感图像信息工程技术、传感器工程技术、电子机械工程技术、控制技术，包括人机界面技术等科学技术。在这之中，该系统的硬件模块为系统的重要基础，主要由以下几部分组成：光源、镜头、图像采集模块、光电编码器、i/o接口和机械装置(支持、滚轮)等。
34.视觉系统依赖良好的光源，光源系统对印刷品的照射尤其重要，特别的是，制造品存在反光的特点，这对光源系统的设计提出了严格要求。
35.光源和相机位于被检测制造品的同一面，入射光在相应角度入射到制造品检测表面，发生反射后，相机以一定的反射角收到反射光信号。当光源功率不变，且光源与相机的位置固定时候，相机获得反射光信号与制造品表面的反射系数和粗糙度有关。当制造品缺陷存在时，相机拍摄的图像信号与标准信号不同。通过图像处理软件分析，判断得到缺陷存在的位置。所以光源的强度、可靠性以及均匀度表现均会对该技术造成一定的干扰。现如今，工业视觉检测模块选择的光源大致涵盖了卤素灯、led灯等多种形式。
36.(1)高频荧光灯：工作原理与荧光灯相似，利用荧光体在通电后放出大量紫外光，进而与荧光粉产生大量紫外线的机理发光。不同的是，由高频电源驱动，促使光源的闪烁频次大于照相设备的频次，由此抵消存在的闪烁问题。适合大面域的照明环境，亮度大且投入小。缺点是使用寿命比较短，需要经常更换。
37.(2)光纤卤素灯：其工作原理跟荧光灯不同，卤素灯泡发出光利用光纤收集传输后再发出照明光，由于其发光不受到热源影响，适用要求高亮度照明并对温度敏感的环境。
38.(3)led光源：led就是发光二极管，这种光源特点是可以由应用场景改变灯光数量、组合灯光相对位置，从而形成各种形状的光源来适应不同场景需求。这种该光源具有亮
度高、可控性强、使用寿命长并且低能耗、发热小的优点。十分普遍应用于工业测试领域。
39.相机是利用光电信号转换，将光信号转为电信号。相机的选择要根据识别颜、摄像方式、分辨率、帧率、同步方式和通讯接口等。目前主要有cmos和ccd 这两种相机。
40.ccd相机采用电荷转移方式传输数据，由于ccd制造难度大，ccd传感器成本会高于cmos传感器。但是ccd相机光谱响应宽、动态范围大、灵敏度高、像素尺寸小、还具备抗振、防潮、功耗低、噪声低、使用寿命长等特点。
41.作为机器视觉系统的关键构成,光学镜头主要功能是将成像目标聚焦在ccd 传感器的感光区域,镜头选择更是对成像品质起到了决定性的影响。其特性参量涵盖了焦距、视场、光谱特性等,其中本检测平台重要参数的是焦距和光圈系数。
42.图像采集卡是线阵相机处理的单元运算，针对线阵相机的线像素进行实时处理拼接成一幅图像，线阵相机采集到的图像是一列图像像素，需要经过拼接。图像采集模块，图像采集速度高达850mb/s，支持2*camera link full或dual base 摄像头输入。图像拼接兼容性更高，兼容pocl，节省安装空间。
43.光电编码器，是把输出光轴上的机器几何位置由光电转换器转换成脉冲信号或者数位量的感应器，其基本构成为光栅盘和光电测量装置。光栅圆盘，是具有在特定孔径上均匀分布地开有若干个矩形小孔的圆盘，由光电编码器与测量滚轮同轴，在测量滚轮转动速度时，光栅圆盘和测量滚轮以同样速率转动，由测量设备同时检测和传递若干个光脉冲信息。通过统计光电编码器每秒输出的脉冲数，就能够反馈当前滚轮速度，进而得到烟标运动的速度。为了保证被检测烟标的移动速度与使捕获图像的纵向分辨率同步，采用旋转编码器控制线阵相机采样频率，使相机成像长度直接等于制造产品实际运动距离。
44.5.rfid系统
45.射频识别(radio frequency identification)系统是一种非接触式的自动识别系统，它通过射频无线信号自动识别目标对象，并获取相关数据，由电子标签、读写器和计算机网络构成。射频识别系统以电子标签来标识物体，电子标签通过无线电波与读写器进行数据交换，读写器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把电子标签返回的数据传送到主机，主机的数据交换与管理系统负责完成电子标签数据信息的存储、管理和控制。
46.在实际rfid解决方案中，不论是简单的rfid系统还是复杂的rfid系统都包含一些基本组件。组件分为硬件组件和软件组件。从端到端的角度来看，一个 rfid系统由电子标签、读写器天线、读写器、传感器/执行器/报警器、通信设施、控制器、应用软件等组成。若从功能实现的角度观察，可将rfid系统分成边沿系统和软件系统两大部分。这种观点同现代信息技术观点相吻合。边沿系统主要是完成信息感知，属于硬件组件部分；软件系统完成信息的处理和应用；通信设施负责整个rfid系统的信息传递。
47.rfid系统中的硬件组件包括电子标签、读写器(包括传感器/执行器/报警器和边沿接口)、控制器和读写天线；系统中当然还要有主机，用于处理数据的应用软件程序，并连接网络。
48.rfid系统中的软件组件主要完成数据信息的存储、管理以及对rfid标签的读写控制，是独立于rfid硬件之上的部分。rfid系统归根结底是为应用服务的，读写器与应用系统之间的接口通常由软件组件来完成。一般，rfid软件组件包含有：
①
边沿接口；
②
中间件，即为实现所采集信息的传递与分发而开发的中间件；
③
企业应用接口，即为企业前端软件，如
设备供应商提供的系统演示软件、驱动软件、接口软件、集成商或者客户自行开发的rfid前端软件等；
④
应用软件，主要指企业后端软件，如后台应用软件、管理信息系统(mis)软件等。
49.本实用新型不涉及软件算法的改进，只做硬件结构的改进，为了方便更加清楚的说明硬件可以实现的功能，做出一些现有技术已有功能的描述。

技术特征：

1.一种基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，平台的硬件拓扑结构组成包括：服务器（1），工作站（2），无线网关（3），工控机（4），区域plc（5），网关（6），i/o接口（7），设备plc（8），rfid系统（9），机器视觉系统（10）和工业产品在线制造设备（11），其特征是，服务器（1）和工作站（2），用无线网关（3）连接，网关（6）与rfid系统（9）连接，i/o接口（7）与机器视觉系统（10），设备plc（8）与工业产品在线制造设备（11）连接，区域plc（5）分别控制网关（6）、i/o接口（7）和设备plc（8）连接并与工控机（4）连接，工控机（4）通过以太网与服务器（1）连接。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，其特征是，所述机器视觉系统（10）硬件模块组成：光源、镜头、图像采集模块、光电编码器。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，其特征是，所述光源为高频荧光灯或光纤卤素灯或led 光源。4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，其特征是，所述图像采集模块，图像采集速度高达850mb/s，支持2*camera link full 或 dual base摄像头输入。5.根据权利要求2所述的基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，其特征是，所述光电编码器的组成：光栅盘和光电测量装置，光栅盘与光电测量装置的滚轮同轴，光栅圆盘和滚轮以同样速率转动。

技术总结

本实用新型公开了一种基于机器视觉的工业制造产品在线检测平台，平台的硬件拓扑结构：服务器（1）和工作站（2），用无线网关（3）连接，网关（6）与RFID系统（9）连接，I/O接口（7）与机器视觉系统（10），设备PLC（8）与工业产品在线制造设备（11）连接，区域PLC（5）分别控制网关（6）、I/O接口（7）和设备PLC（8）连接并与工控机（4）连接，工控机（4）通过以太网与服务器（1）连接。采用机器视觉系统可以在复杂、危险、高重复度等岗位中替代人工，减少生产成本；机器视觉技术采集工业制造产品表面的图像并进行分析，根据图像实时显示其表面缺陷，可以高精度、高效率、高质量的完成工业制造产品质检。高质量的完成工业制造产品质检。高质量的完成工业制造产品质检。