一种检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统及方法与流程

1.本发明属于铝用阳极炭块生产、制造领域的铝用阳极质量工艺管控技术领域，特别是涉及一种检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统及方法。


背景技术：

2.炭块的生产制造属于铝用阳极炭块的生产制造领域，生坯炭块焙烧成熟块过程中，产品质量会发现变化，各企业在生产线上传统做法是安排专职员工对炭块质量肉眼直视检查，这种检查方法一方面增加人工成本、效率低，另一方面检查过程中无法将生坯质量和对应焙烧后的熟块质量联系起来；传统检测方式的检测数据人工统计，没有大数据平台支撑，导致统计效率低，历史数据查阅不便，数据价值有限，尤其是生产规模大型化和连续化生产，在线质量检测尤为紧迫重要。


技术实现要素：

3.针对现有技术中无法将生坯质量和对应焙烧后的熟块质量联系起来和检测人工成本高、效率低、误检率高、工作环境高温高粉尘、不利于员工职业健康以及数据人工统计，没有大数据平台支撑、效率低、历史数据查阅不便、数据价值有限、追溯性不强等问题，本发明提供一种符合国家和企业产业升级大方向、实现智能化及自动化的工业互联网在线质量检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统及方法。
4.本发明采用以下技术方案：
5.一种检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，其特征在于，所述系统包括依次电连接的视觉识别装置(4)、缺陷检测模块、数据处理模块、数据存储模块、数据管理模块，所述系统还包括质量检测装置、自动控制机构(8)，质量检测装置、视觉识别装置(4)、缺陷检测模块、数据处理模块、数据存储模块、数据管理模块均与自动控制机构(8)电连接；质量检测装置包括传送机构、位置传感器(3)，传送机构包括第一输送链(1)、第二输送链(6)、旋转台(5)，输送链的输送方向为从第一输送链(1)到第二输送链(6)，第一输送链(1)与第二输送链(6)连接，旋转台(5)安装于第二输送链(6)的底部；位置传感器(3)、视觉识别装置(4)均安装于第一输送链(1)的周围，视觉识别装置(4)与位置传感器(3)电连接；缺陷检测模块对视觉识别装置(4)获取的图像样本数据进行比对和计算，数据处理模块用于对缺陷检测模块比对和计算后的图像样本数据进行处理和分类，数据存储模块用于对数据处理模块处理和分类后的图像样本数据进行存储及输出，数据管理模块用于对数据存储模块存储及输出后的图像样本数据进行数据呈现。
6.根据上述的检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，其特征在于，所述质量检测装置还包括导向轨(2)，导向轨(2)安装于第一输送链(1)及第二输送链(6)的导轨的两侧。
7.根据上述的检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，其特征在于，所述视觉识别装置(4)包括光源(9)、多套光学镜头(10)、相机(11)、相机移动调整支架(7)，相机移动调整支架(7)安装于第一输送链(1)的侧面及上方，相机(11)安装于相机移动调整支架(7)上。
8.根据上述的检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，其特征在于，所述相机(11)为工业相机。
9.根据上述的检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，其特征在于，所述旋转台(5)的旋转角度为0
‑
90
°
。
10.根据上述的检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，其特征在于，所述自动控制机构(8)包括图像采集模块，图像采集模块用于采集视觉识别装置(4)获取的图像样本数据并将采集的结果发送到缺陷检测模块。
11.根据上述的检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，其特征在于，所述自动控制机构(8)包括上位机单元、下位控制器单元、通讯单元；上位机单元与下位控制器单元交互，下位控制器单元用于接收上位机单元指令，下位控制器单元控制相机(11)拍摄、采集铝用阳极炭块(12)的位置信息、为传送机构发出动作指令；通讯单元用于建立上位机单元与下位控制器单元的交互通道。
12.根据上述的检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统的检测和追踪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
13.步骤(一)：将视觉识别装置拍照后获取的图像样本数据发送给缺陷检测模块；
14.步骤(二)：缺陷检测模块从数据存储模块实时读取缺陷样本图像信息并对接收到的图像样本数据进行缺陷检测，形成检测结果；
15.步骤(三)：当检测结果为无缺陷时，自动控制机构向旋转台发送指令，旋转台将铝用阳极炭块输送至正常方向；当检测结果为有缺陷时，自动控制机构向旋转台发送指令，旋转台将铝用阳极炭块输送至废品区。
16.本发明的有益技术效果：(1)本发明运用工业机器视觉技术、自动化控制技术、数据分析等技术提高生产的柔性和自动化程度，在环境条件较差的情况下用机器视觉来替代人工检测，可以大大提高生产效率和生产的自动化程度，而且机器视觉易于实现数据信息集成。(2)本发明的系统和方法采用智能化、自动化的工业互联网生产信息系统，所述系统和方法能做到基础的缺陷检测，采用科学、准确的数据输出及追踪技术。(3)采用本发明所述系统和方法在企业生产中可以减少人员配置，降低人工成本、改善质检员工作环境、质检员无需在高温高粉尘环境中工作。(4)本发明能够解决将生坯质量和焙烧后的熟块质量联系对应起来的问题。(5)本发明实现计算机互联网管理，利用互联网管理技术、机器视觉技术、大数据以及自动化控制技术为企业生产过程产品检测提供信息平台，使炭块质量工艺追踪能力大大提高。(6)本发明具有良好的系统兼容性和较低成本的可扩展性，本发明为在线检测提供检测及信息平台，提高了检测效率和准确度。
附图说明
17.图1是本发明系统的连接示意图；
18.图2是本发明质量检测装置的示意图；
19.图3是本发明旋转台与第二输送链的连接示意图；
20.图4是本发明的视觉识别装置的示意图；
21.图5是本发明系统的网络拓扑图。
具体实施方式
22.参见图1
‑
5，本发明的一种检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统，包括依次电连接的视觉识别装置(4)、缺陷检测模块、数据处理模块、数据存储模块、数据管理模块，所述系统还包括质量检测装置、自动控制机构(8)，质量检测装置、视觉识别装置(4)、缺陷检测模块、数据处理模块、数据存储模块、数据管理模块均与自动控制机构(8)电连接；质量检测装置的数量依据生产线的数量而定，有几条生产线就有几个质量检测装置。质量检测装置用于执行自动控制机构8的指令，传送铝用阳极炭块12至图像采集区进行图像采集，还用于将检测完成的铝用阳极炭块12输出到不同的区域。质量检测装置包括传送机构、位置传感器3，传送机构包括第一输送链1、第二输送链6、旋转台5，输送链的输送方向为从第一输送链1到第二输送链6，第一输送链1与第二输送链6连接，旋转台5安装于第二输送链6的底部；输送链用于在生产线上传送铝用阳极炭块12。用于当检测结果不合格时，在铝用阳极炭块12上固定位置喷绘标记，完成标记后，旋转台5带动第二输送链6旋转，第二输送链6将不合格铝用阳极炭块12分流传送到废品组，不进入生产线；当检测结果合格时，旋转台将铝用阳极炭块12输送至正常生产方向。旋转台5的旋转角度为0
‑
90
°
。位置传感器3安装在视觉识别装置4的拍摄工作区位置处，用于在检测过程中采集被检测件碳块的位置信息，当铝用阳极炭块12到达指定位置时，向视觉识别装置4发送开始拍摄的指令。位置传感器3安装于第一输送链1的侧面，视觉识别装置4安装于第一输送链1的上方，视觉识别装置4与位置传感器3电连接；视觉识别装置4用于对铝用阳极炭块12进行拍照，获取图像信息。视觉识别装置4还包括成像完成后将图片储存到指定存储空间。
23.质量检测装置还包括导向轨2，导向轨2安装于第一输送链1及第二输送链6的导轨的两侧，导向轨2用于避免铝用阳极炭块12在输送链上移动时发生偏移。视觉识别装置4包括光源9、多套光学镜头10、相机11、相机移动调整支架7，光源9用于提供成像所需的光亮度，光源是可控的，采用主动光模式，避免自然光的干扰。光学镜头10是视觉识别装置中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，采用高分辨率的镜头以保证成像质量。相机11为工业相机。相机移动调整支架7用于相机拍摄位置的调整。相机移动调整支架7安装于第一输送链1的侧面及上方，相机11安装于相机移动调整支架7的顶部。被测物铝用阳极炭块在传送移动过程中或静止拍摄，成像完成后开始表面质量检测分析。
24.缺陷检测模块，用于通过检测图像中是否包括像素灰度急剧变化的象素集合从而实现被测物表面的缺陷检测，形成检测结果。缺陷检测模块对视觉识别装置4获取的图像样本数据进行比对和计算，数据处理模块用于对缺陷检测模块比对和计算后的图像样本数据进行处理和分类，数据存储模块用于对数据处理模块处理和分类后的图像样本数据进行存储及输出，数据管理模块用于对数据存储模块存储及输出后的图像样本数据进行数据呈现。缺陷检测模块包括样本图像数据库建立单元、缺陷检测单元、编码识别模块，样本图像数据库建立单元用于对采集到的图像样本数据进行处理，建立样本图像数据库，自动完成样本图像的入库，建立及修改相应的数据信息。缺陷检测单元用于实时读取图像采集模块的图像样本数据，与样本图像数据库建立单元建立的样本图像数据库进行比对，并进行计算，检测图像中是否包括像素灰度急剧变化的象素集合从而实现被测物表面的缺陷检测，并针对各种特征进行分类列表，如：检测时间、是否有缺陷、缺陷类型、尺寸，局部截图等，形成最终是否合格的检测结果。缺陷检测单元包含对被测物外观质量的缺陷检测，如裂纹、氧
化、掉棱掉角等。缺陷检测单元用于从样本图像数据库实时读取图像信息，处理计算，完成外观质量检查，将裂纹、缺角、氧化等各种不合格铝用阳极炭块检出。本发明采用的缺陷检测技术方法是标识数字图像中亮度变化明显的点，图像属性中的显著变化通常反映了图像的重要事件和变化；包括深度上的不连续、表面方向不连续、物质属性变化和场景照明变化，通过被测物表面缺陷带来的周围像素灰度显著变化的象素集合，从而实现被测物表面的缺陷检测。编码识别模块用于识别、建立铝用阳极炭块12的个体信息。编码识别模块包含ocr识别单元，ocr识别单元用于识别铝用阳极炭块12上的编码信息、炭块生产过程中信息流记录。
25.数据处理模块对系统内的数据进行计算、处理、分类。数据处理模块用于对系统内所有采集到的图像数据进行处理和分类，包括新建图像基本信息；针对各种特征进行分类列表，如：检测时间、是否有缺陷、缺陷类型、尺寸和局部截图等。数据存储模块，通过大数据的积累从而将过检的炭块信息分类统计，建立统计平台，数据存储模块是对系统的数据按照既定方式进行存储及输出。数据存储模块将检测结果存储到指定存储器，对存储的图像数据进行综合，生成报表，包括数据查询单元和报表生成单元，数据查询单元用于对采集到的每一块铝用阳极炭块图像进行编号，方便样本数据的存储以及查询；用于数据查询及分析展示：每日/周/月过检碳块数、合格率、不良率、不良碳块缺陷类型和影像、不良碳块缺陷分类和占比等。报表生成单元用于将每日/周/月质检报表和台账，质量分析过检碳块数、合格率、不良率、不良碳块缺陷类型和影像、不良碳块缺陷分类和占比生成报表；还可以处理除本装置逻辑控制以外的其余数据。数据管理模块包括监视、统计、查询、设置等，用于系统的数据呈现，包含数据展示，数据统计分析，权限设置等人机交互功能；数据管理模块用于将统计分类结果与生产工艺因素结合，分析铝用阳极炭块12缺陷产生的原因。
26.自动控制机构8为系统的逻辑控制基础，包含对传送机构的控制以及电气元件的数据采集及控制，电气元件包含各种信号的采集传感器，如位置、温度等。自动控制机构8用于发出指令，将铝用阳极炭块12传送到图像采集区，根据检测结果发出指令将铝用阳极炭块12输出到不同的区域。自动控制机构8包括图像采集模块，图像采集模块用于采集视觉识别装置4获取的图像样本数据，并根据图像信息判断待检测的碳块的外观是否合格，并将检测结果发送至软件算法模块。自动控制机构8包括上位机单元、下位控制器单元、通讯单元；上位机单元用于与下位控制器单元的交互，及时将检测结果反馈至下位控制器单元处理，下位控制器单元用于接收上位机单元指令，下位控制器单元控制相机11拍摄、采集铝用阳极炭块12的位置信息、为传送机构发出动作指令；通讯单元用于建立上位机单元与下位控制器单元的交互通道，也就是数据和指令传输通道，
27.本发明通信模块采用工业以太网络作为通讯网络，但不限于此。通信模块采用工业以太网络时，用于通过以太网tcp/ip实现各模块、不同协议之间迅速流畅的数据通讯，保证铝用阳极炭块外观质量在线检测系统稳定可靠地运行。通信模块具有开放性的标准体系，后端基于开放式的tcp/ip网络平台进行设计，支持多种网络协议，便于各系统之间能够互联、互通和互控，遵循规范的通用接口标准，使系统对硬件环境、通信环境、软件环境和操作平台之间的相互制约和影响减至最小。
28.本发明具有良好的人机交互界面，数据处理功能强大，按企业的需求可设定识别标准、设定的标准统计分析和输出统计报表等。
29.检测和追踪铝用阳极炭块质量的系统的检测和追踪方法，包括以下步骤：
30.步骤(一)：将视觉识别装置4拍照后获取的图像样本数据发送给缺陷检测模块。
31.步骤(二)：缺陷检测模块从数据存储模块实时读取缺陷样本图像信息并对接收到的图像样本数据进行缺陷检测，通过判断检测图像中包括像素灰度急剧变化的象素集合从而实现被测物表面的缺陷检测，形成检测结果。具体步骤包括：从数据存储模块实时读取缺陷样本图像信息；标识样本图像信息中亮度变化明显的点为缺陷点；从质量检测装置实时读取采样图像信息；根据样本数字图像中亮度变化明显的点，对采样图像中的像素灰度的显著变化做对比，再进行深度上的不连续、表面方向不连续、物质属性变化的对比；根据对比结果，通过被测物表面缺陷带来的周围像素灰度急剧变化的象素集合进行判断，与样本数字图像中亮度变化明显的点域值一致则判断被测物表面是有缺陷；反之无缺陷，从而实现被测物表面的缺陷检测。
32.步骤(三)：当检测结果为无缺陷时，自动控制机构8的下位控制器单元向旋转台5发送指令，旋转台5将铝用阳极炭块12输送至正常方向；当检测结果为有缺陷时，自动控制机构8的下位控制器单元向旋转台5发送指令，旋转台5将铝用阳极炭块12输送至废品区。
33.步骤(四)：编码识别模块记录铝用阳极炭块12的个体信息，包括编号、尺寸、产品质量等。
34.步骤(五)：数据存储模块将编码识别模块建立的信息表进行分类统计。
35.步骤(六)：数据管理模块将统计结果用于与生产工艺因素结合，分析铝用阳极炭块12缺陷产生的原因。