鋸材表面缺陷的圖像採集系統的製作方法

2023-09-13 00:29:00

專利名稱：鋸材表面缺陷的圖像採集系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及鋸材表面缺陷檢測，具體涉及一種鋸材表面缺陷圖像採集系統及檢測方法。
背景技術：
鋸材缺陷(特別是節子、裂縫、蟲眼等)會嚴重影響木材的質量、改變木材正常性能、降低木材利用率和使用價值。實現鋸材表面缺陷的計算機監測，對鋸材等級自動分選、 提高鋸材商品價值和加速鋸材加工自動化有非常重要的作用。針對鋸材表面缺陷的檢測，當前應用比較廣泛的是目測分等方法(也稱目測分級，Visual grading)，指用肉眼觀測方式對鋸材強度劃分等級，主要是通過對鋸材表面的各種影響強度或相關性能的缺陷進行評估實現的。隨著鋸材生產的發展，目測分等方法也在不斷完善和調整，現在，目測分等方法仍然是北美地區鋸材生產的主要分等方法和基礎。 由於人工檢測具有一定的局限性，尤其是鋸材表面有多種缺陷，缺陷的尺寸和形狀變化很大，人工分類比較困難，所以這種檢測方法已不能滿足鋸材生產中快速檢測和連續檢測的需要；以及鋸材生產過程中的重複性和單一性的特點，人工檢測存在著嚴重影響檢測效果的因素，例如在生產過程中由於檢測員注意力不集中及長時間疲勞的影響，以及檢測經驗不同而造成的檢驗結果不一致等。隨著計算機技術的飛速發展，利用計算機來代替人工檢測鋸材缺陷已經成為發展趨勢。先進的自動化檢測技術已較普遍地應用於木材加工的各個領域，鋸材表面缺陷的在線檢測對鋸材加工過程中的質量控制及產品分等均具有重要意義。近年來，探測鋸材缺陷的方法除人工方法外主要有超聲波法、雷射掃描射法、射線檢測法和數字圖像處理方法等， 其中數字圖像處理是可靠性、安全性和效率相對較高的一種方式。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種實現鋸材表面缺陷的圖像採集系統及檢測方法，使用該系統和方法，可以利用圖像檢測技術由計算機得出鋸材表面缺陷情況，從而實現對鋸材等級的自動分選。本實用新型提供的技術方案如下一種鋸材表面缺陷的圖像採集系統(參圖1)，其特徵在於，所述系統包括-用於安裝固定的底座；-用於輸送鋸材(即被測對象)的同步帶，所述同步帶通過主動輪和從動輪連接在底座上的；-安裝在底座上用於鋸材導向的導向裝置，包括側導向板、後導向板、前導向板；-安裝在底座上的至少1個圖像採集裝置，數量不局限於1個，可根據實際情況，沿 X軸方向和Y軸方向各分布1個或多個；-用於測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉光電編碼器，所述旋轉光電編碼器安裝在底座上，與主動輪同軸連接，或與其它隨同步帶同步轉動的轉軸同軸連接；-安裝在底座上的光電傳感器，用於檢測鋸材是否存在在同步帶上以及到達、離開同步帶的時間點；所述光電傳感器在X軸方向上位置可調，調節範圍lm，調節方式T型槽， 導軌等，檢測距離範圍10 200mm ；-安裝固定在底座上的至少1個夾緊裝置，用於使鋸材向側導向板對齊，提供拍照的側向基準定位，位置可沿Y軸方向調節，如圖2所示，數量2個(1個或多個均可)，調節範圍 10 200mm。優選的，在圖像採集裝置上有環形圓頂光源，為鋸材提供穩定的、固定的光照環境，克服環境對檢測效果的幹擾。優選的，所述同步帶的輸送速度為0. 01 2m/s，同步帶主動輪的有效輸送半徑為 R0優選的，所述鋸材的長為1000 6000mm，寬為50 300mm，厚度為10 150mm。優選的，所述導向裝置沿Y軸方向位置不可調或可調；側導向板為一直板；所述側導向板位置調節方式可以為T型槽調節，用螺栓螺母固定，或者螺母絲槓等方式固定；所述前導向板和後導向板可沿Y軸方向調節位置，調節方式也可以是T型槽，螺栓螺母固定，或螺母絲槓等。優選的，所述圖像採集裝置由安裝架、工業相機(帶外部觸發)、鏡頭等組成；工業相機可沿X軸、Y軸、Z軸三維調節，調節方式X軸導軌、T型槽等；Y軸導軌、T型槽等； Z軸導軌和螺母絲槓(滾珠絲槓，T型槽等)；調節範圍X軸1m ;Y軸1m ;Ζ軸0. 3m(以底座X軸、Y軸方向中點向兩側平分，Z軸鏡頭距同步帶範圍100 400mm)；工業相機成像尺寸長寬比為d，像素範圍30 500萬；工業相機有兩種安裝方法視眼長度方向沿X方向；視眼長度方向沿Y方向。優選的，所述旋轉光電編碼器的解析度e大於lOOOp/r，工業相機一次拍照所需旋轉光電編碼器脈衝數為N。優選的，所述夾緊裝置包括(如圖2)用作固定的安裝支座；調節支座的位置的位置調節裝置；彈簧；滾輪；滾輪支架；調節彈簧鬆緊的限位螺母；防止滾輪支架旋轉的定位螺絲。將本實用新型提供的圖像採集系統連接到計算機控制系統，然後執行如下步驟1)當光電傳感器檢測到鋸材到達時，由計算機控制系統觸發拍取第一張照片；2)鋸材在傳送機構上移動過程中，每移動1個固定步長(根據工業相機的視角、鏡頭與鋸材間的距離、鋸材的寬度來確定步長)拍照一張；計算機控制系統統計安裝在同步帶上的旋轉光電編碼器輸出的脈衝數，當達到工業相機一次拍照所需脈衝數N時，由計算機控制系統觸發拍取下一張照片；3)當鋸材通過後，光電傳感器輸出信號告知計算機，結束照片獲取過程；4)計算機控制系統將對同一鋸材所拍的照片按照拍照先後順序進行圖像合併，合併後的圖像P即為所求。利用上述控制系統提供了一種鋸材表面缺陷的檢測方法(參圖4)，其特徵在於， 包括如下步驟a)採用本實用新型提供的圖像採集方法，獲取鋸材表面缺陷的圖像P ；[0030]b)計算機控制系統對圖像P進行圖像處理和模式識別，確定缺陷性質；c)計算機控制系統對整根鋸材的主要缺陷進行統計分析；d)計算機控制系統依據鋸材表面缺陷的類型、大小、相對位置、數量等信息，分析缺陷的危害程度，綜合評價整根鋸材性能，輸出鋸材的等級信息。本實用新型提供的鋸材表面缺陷的圖像採集系統及檢測方法，利用工業相機(鏡頭)採集鋸材表面圖像，並輸入到微機系統，經控制識別系統對待測圖片進行處理分析，確定鋸材缺陷種類、數量，可以根據國標及工業生產要求，對待測鋸材分級，將鋸材輸送至相應等級區或在鋸材上做相應等級標誌，從而實現對鋸材的缺陷檢測和分等，提高木材利用率和使用價值。

圖1本實用新型提供的鋸材表面缺陷圖像採集裝置結構示意圖。其中，1 底座；2 同步帶；3 鋸材(被測對象)；4 側導向板；5 環形圓頂光源；6 圖像採集裝置；7 主動輪；8 旋轉光電編碼器；9 後導向板；10 光電傳感器；11 夾緊裝置；12:前導向板；13:從動輪。圖2加緊裝置示意圖。其中，101 安裝支座；102 位置調節裝置；103 彈簧；104 滾輪；105 滾輪支架； 106 限位螺母；107 定位螺絲。圖3工業相機成像原理示意圖。圖4缺陷檢測和處理流程圖。
具體實施方式
下面用實施例對本實用新型做進一步闡述。實施例一個鋸材表面缺陷的圖像採集系統(參圖1)，包括-用於安裝固定的底座1；-用於輸送鋸材3(即被測對象)的同步帶2，所述同步帶通過主動輪7和從動輪 13連接在底座上的；-安裝在底座上用於鋸材導向的導向裝置，包括側導向板4、後導向板9、前導向板12 ；所述導向裝置有二種方式沿Y軸方向位置不可調；沿Y軸方向位置可調。側導向板 4位於鋸材的一側，後導向板9和前導向板12位於鋸材的另一側，側導向板4外形為一直板。-圖像採集裝置6包括安裝架、工業相機(帶外部觸發)、鏡頭等，1個或多個工業相機設置在與底座固定的安裝架上，工業相機位於鋸材表面的上方，安裝架沿X軸方向可以移動，X軸導軌、T型槽等；工業相機在安裝架上可沿X軸調節，調節方式導軌、T型槽等；工業相機還可以Z軸方向調節，調節方式螺母絲槓(滾珠絲槓，T型槽等)。上述工業相機調節範圍x軸1m ；Y軸1m ;Z軸0. 3m(以底座X軸、Y軸方向中點向兩側平分，Z軸 鏡頭距同步帶範圍100 400mm)；工業相機成像尺寸長寬比為d，像素範圍30 500萬； 工業相機有兩種安裝方法視眼長度方向沿X方向；視眼長度方向沿Y方向。-用於測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉光電編碼器8，所述旋轉光電編碼器8安裝在底座上，與主動輪7同軸連接，或與其它隨同步帶2同步轉動的轉軸同軸連接；-安裝在底座上的光電傳感器10，用於檢測鋸材是否存在在同步帶2上以及到達、 離開同步帶的時間點；所述光電傳感器10在X軸方向上位置可調，調節範圍lm，調節方式 T型槽，導軌等，檢測距離範圍10 200mm;-安裝固定在底座上的夾緊裝置11，夾緊裝置11包括(如圖2)與底座固定的安裝支座101，該安裝支座101通過帶有彈簧103的可伸縮的滾輪支架105連接一滾輪104 ； 在安裝支座101上還設有調節支座的位置的位置調節裝置102 ；調節彈簧鬆緊的限位螺母 106 ；防止滾輪支架旋轉的定位螺絲107。夾緊裝置用於使鋸材向側導向板4對齊，提供拍照的側向基準定位，位置可沿Y軸方向調節，如圖2所示，數量2個(1個或多個均可)，調節範圍10 200mm ；-在圖像採集裝置6上安裝環形圓頂光源5，為鋸材提供穩定的、固定的光照環境， 克服環境對檢測效果的幹擾。所述同步帶2的輸送速度為0. 01 2m/s，同步帶主動輪的有效輸送半徑為R。所述鋸材3的長為1000 6000mm，寬為50 300mm，厚度為10 150mm。所述旋轉光電編碼器8的解析度e大於lOOOp/r，工業相機一次拍照所需旋轉光電編碼器脈衝數為N。下面是對鋸材缺陷圖像採集方法的進一步闡釋如圖3所示矩形ABCD為工業相機(鏡頭)視場範圍(即被拍物有效範圍)，對於工業相機的兩種安裝方法(參數見表1)
權利要求1.一種鋸材表面缺陷的圖像採集系統，其特徵在於，所述系統包括-用於安裝固定的底座(1)；-用於輸送鋸材(3)的同步帶0)，所述同步帶通過主動輪(7)和從動輪(1 連接在底座上；-安裝在底座上用於鋸材導向的導向裝置，包括側導向板(4)、後導向板(9)和前導向板(12)；-安裝在底座上的至少1個圖像採集裝置(6)；-用於測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉光電編碼器(8)，所述旋轉光電編碼器 (8)安裝在底座上，與主動輪(7)同軸連接，或與其它隨同步帶O)同步轉動的轉軸同軸連接；-安裝在底座上的光電傳感器(10)，用於檢測鋸材是否存在在同步帶(2)上以及到達、 離開同步帶的時間點；-安裝固定在底座上的至少1個夾緊裝置(11)，用於使鋸材向側導向板(4)對齊，提供拍照的側向基準定位。
2.如權利要求1所述的圖像採集系統，其特徵在於，所述導向板G)、後導向板(9)和前導向板(1 的底部插接在底座上的一 T型槽內，位置沿Y軸方向位置調節。
3.如權利要求1所述的圖像採集系統，其特徵在於，所述圖像採集裝置(6)由安裝架、 工業相機和鏡頭組成；工業相機固定在安裝架上沿X軸、Y軸、Z軸三維調節。
4.如權利要求3所述的圖像採集系統，其特徵在於，在圖像採集裝置(6)上有環形圓頂光源(5)。
5.如權利要求1所述的圖像採集系統，其特徵在於，所述旋轉光電編碼器(8)的解析度 e 大於 1000p/r。
6.如權利要求1所述的圖像採集系統，其特徵在於，所述夾緊裝置(11)包括與底座固定的安裝支座(101)，該安裝支座(101)通過帶有彈簧(103)的可伸縮的滾輪支架(105)連接一滾輪(104)。
7.如權利要求6所述的圖像採集系統，其特徵在於，所述底座固定2個夾緊裝置(11)， 所述安裝支座(101)設有位置調節裝置(102)，將夾緊裝置(11)位置沿Y軸方向調節。
專利摘要本實用新型公布了一種鋸材表面缺陷的圖像採集系統。該圖像採集系統包括用於安裝固定的底座(1)；用於輸送鋸材(3)的同步帶(2)；導向裝置；安裝在底座上的圖像採集裝置(6)；用於測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉光電編碼器(8)；光電傳感器(10)；以及安裝固定在底座上的夾緊裝置(11)。利用本實用新型提供的鋸材表面缺陷的圖像採集系統及檢測方法，可以實現對鋸材的缺陷檢測和分等，提高木材利用率和使用價值。
文檔編號G01N21/89GK202182865SQ201120264868
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月27日 優先權日2011年7月27日
發明者尚文端, 張偉, 曲聞遠, 楊建華, 胡偉前 申請人:國家林業局北京林業機械研究所