一种伞架管材组装对齐度自动检测系统及方法与流程

本发明涉及机器视觉与工业自动化检测，具体为一种伞架管材组装对齐度自动检测系统及方法。

背景技术：

1、伞架管材组装是对齐度控制及伞架质量保障的关键环节，组装对齐度直接影响伞架结构稳定性，检测系统主要包括振动采集、多视角图像采集和三维重建等模块，通过多源数据在模块间的处理实现精确三维中心线拟合与偏差判定，需优化图像采集触发参数，以克服遮挡与反光干扰并提高三维检测精度；

2、现有技术主要依靠人工或简单二维视觉，无法充分利用多视角数据进行综合评估与三维重建，难以适应高反光、局部遮挡和模糊等复杂条件，同时采用固定节拍难以在最佳振动相位实施图像抓拍，无法有效应对机械振动带来的成像偏移，此外，空间位移与角度偏差具有复杂的三维特征，现有技术难以通过连续偏差统计捕捉装配机构的动态偏移规律，自动校准与反馈控制能力有限，尤其在连续微小偏移发生时判定效果不佳；因此，亟需一种方案解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种伞架管材组装对齐度自动检测系统及方法，避免机械振动带来的成像偏移，且克服反光与局部遮挡干扰并实现装配机构的动态自动校准与反馈控制，本发明具体提供如下技术方案：

2、一种伞架管材组装对齐度自动检测系统，包括：

3、参数配置模块，用于提供待测伞架的管材数量、轴向理论方向、理论插接点坐标及判定阈值；

4、到位检测模块，用于检测待测伞架是否到位并输出到位信号；

5、振动采集模块，用于接收到位信号后采集振动数据；

6、图像采集模块，包括三台视场重叠的工业相机，用于根据振动数据触发拍照获取多视角图像；

7、图像处理模块，用于提取多视角图像的二维像素边缘点，并评估对应区域的遮挡比例、反光程度和模糊程度；

8、三维重建模块，用于匹配对应边缘点重建各管材的初始三维中心线；

9、边缘筛选模块，用于根据遮挡比例、反光程度和模糊程度选择有效边缘点；

10、拟合模块，用于将有效边缘点拟合为精确三维中心线；

11、对齐度判定模块，用于根据精确三维中心线、理论插接点坐标及轴向理论方向计算各项偏差并生成判定指令；

12、可编程逻辑控制器，用于根据判定指令控制分拣或剔除机构动作；

13、数据反馈模块，用于保存数据并在偏差统计异常时生成反馈信号。

14、作为优选，参数配置模块提供的轴向理论方向及理论插接点坐标为检测工位坐标系下的坐标；

15、图像处理模块具体用于基于不可见像素占比、饱和像素占比和梯度方差分别评估对应区域的遮挡比例、反光程度和模糊程度；

16、三维重建模块具体用于根据预先标定的相机内参及外参，通过极线约束匹配同一管材在不同图像中的对应边缘点并转换至检测工位坐标系；

17、拟合模块具体用于采用加权最小二乘拟合将有效边缘点拟合；

18、各项偏差包括空间位移偏差、平面位移偏差和角度偏差；

19、可编程逻辑控制器与设置于检测工位的分拣或剔除机构电连接；

20、数据反馈模块具体用于在连续预设数量产品的偏差均值或标准差超过预设范围时生成装配校准信号或振动复核信号。

21、作为优选，三台工业相机包括设置于检测工位上方的第一工业相机、设置于检测工位左斜上方的第二工业相机和设置于检测工位右斜上方的第三工业相机，图像采集模块还包括分别对应设置的第一至第三脉冲光源；

22、各工业相机的单相机内参标定的平均重投影误差不大于预设的重投影误差阈值，各工业相机的相机外参为各相机坐标系相对于检测工位坐标系的旋转矩阵和平移向量。

23、作为优选，振动采集模块为安装于检测工位的夹具上的三轴加速度传感器；

24、振动采集模块用于对三轴振动加速度数据进行频谱分析，选取主频幅值最大的坐标轴作为主振动方向，在主振动方向上提取主振动频率、振幅和初始相位，结合振动位移与加速度的预设相位关系确定位移过零时刻，并根据位移过零时刻、预设的相位补偿时间和预设的硬件延迟确定触发拍照时刻。

25、作为优选，各脉冲光源的发射光路上设置有发射偏振片，各工业相机的镜头前方设置有检偏器，发射偏振片与检偏器的偏振方向相互垂直；

26、第一至第三工业相机在同一触发信号控制下以相同曝光时间窗口同步曝光，且第一至第三脉冲光源在曝光时间窗口内同时点亮；

27、图像处理模块用于当整幅图像中灰度值达到饱和阈值的像素占比大于预设占比阈值时，缩短下一检测周期的相机曝光时间；当像素占比不大于预设占比阈值时，保持当前相机曝光时间。

28、作为优选，三维重建模块基于极线约束，并依据预设的管材拓扑关系及相邻管材夹角范围进行对应边缘点匹配；边缘筛选模块将重建后的边缘点投影至初始三维中心线生成中心线候选点，并按照下式计算候选点得分：

29、

30、其中，设为管材编号，为中心线候选点编号，为候选点得分，为第根管材上第个候选点归一化后的遮挡比例，为第根管材上第个候选点归一化后的反光程度，为第根管材上第个候选点归一化后的模糊程度量化值，对应遮挡比例的权重系数，对应反光程度的权重系数，对应模糊程度的权重系数，三者均为非负数，且；

31、边缘筛选模块在每根管材上选择得分最高且相邻点间距不大于预设间距的连续候选点序列作为有效边缘点。

32、一种伞架管材组装对齐度自动检测方法，方法包括：

33、获取待测伞架的产品型号，读取管材参数、预先标定的相机参数及判定阈值；

34、检测待测伞架是否到达检测工位并输出到位信号；

35、在接收到到位信号后采集振动数据，并根据振动数据确定触发拍照时刻；

36、按照触发拍照时刻控制三台视场重叠的工业相机以相同曝光时间窗口同步曝光，获取待测伞架的多视角图像；

37、对多视角图像进行边缘提取，并基于不可见像素占比、饱和像素占比和梯度方差评估边缘点对应局部区域的遮挡比例、反光程度和模糊程度；

38、匹配同一管材在不同图像中的对应边缘点并转换至检测工位坐标系，重建各管材的初始三维中心线；

39、根据遮挡比例、反光程度和模糊程度选择有效边缘点，并拟合为各管材的精确三维中心线；

40、结合精确三维中心线与对应的理论插接平面获取实际插接点，计算空间位移偏差、平面位移偏差和角度偏差；

41、判断有效边缘点数量是否满足条件，若不满足则生成检测无效指令；否则根据各项偏差与判定阈值的比较结果生成判定指令，并控制分拣或剔除机构动作；

42、保存检测数据，并在连续产品的偏差统计值超过预设范围时生成装配校准信号或振动复核信号。

43、作为优选，确定触发拍照时刻的步骤包括：在待测伞架到位后的预设固定窗口时间段内对三轴振动加速度数据进行频谱分析，在主频幅值最大的主振动方向上提取振动加速度的主振动频率、振幅和初始相位；结合振动位移与加速度的预设相位关系计算位移过零时刻，并按照下式确定触发拍照时刻：

44、

45、其中，为向相机发送触发曝光信号的时刻，为位移过零时刻，为预设的相位补偿时间，为相机及光源的硬件延迟时间。

46、作为优选，计算各项偏差并生成判定指令的步骤包括：

47、对比实际插接点坐标与理论插接点坐标获取空间位移偏差，并投影至对应的理论插接平面以获取各管材的平面位移偏差及最大平面位移偏差；

48、计算各管材精确三维中心线的方向向量在预设基准平面内相对于轴向理论方向的夹角，以获取各管材的角度偏差及最大角度偏差；

49、根据最大平面位移偏差及最大角度偏差是否小于对应的预设合格阈值或大于对应的不合格阈值，分别生成合格、不合格或待复检的判定指令。

50、作为优选，生成装配校准信号或振动复核信号的步骤包括：

51、保存按检测时间顺序排列的连续预设数量的合格或待复检产品的数据；

52、当连续产品中同一管材的角度偏差方向一致且均值绝对值大于预设角度均值阈值时，生成装配校准信号并基于该均值生成反向校准步长驱动装配执行机构校准；

53、当连续产品中同一管材的平面位移偏差模长的标准差大于预设标准差阈值时，生成振动复核信号发送至报警装置以提示重新采集。

54、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

55、1.本发明结合振动采集模块对主振动方向和频率的分析，确定硬件延迟补偿后的触发拍照时刻，使相机在最佳振动相位曝光，克服了机械振动带来的成像偏移问题，提高了图像抓拍的位置稳定性。

56、2.本发明通过三台视场重叠的相机获取多视角图像，基于不可见像素、饱和像素和梯度方差全面评估遮挡、反光和模糊程度；通过筛选最高质量的边缘点进行中心线拟合，提升了局部遮挡等复杂条件下的三维检测精度。

57、3.本发明通过统计连续产品的各项偏差，在角度偏差方向一致时生成校准信号驱动反向校准，在平面位移偏差模长的标准差大于预设标准差阈值时生成复核信号；成功捕捉了装配机构的动态偏移规律，解决了连续微小偏移发生时判定效果不佳的问题。