专利名称：金属棒材计数系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计数系统，特别是指一种通过一套光学系统自动对金属棒材端部图像进行采集，并通过对所采集的图像进行处理，实时对生产线上的金属棒材进行的计数系统，属于计算机图像识别技术。
背景技术：
金属棒材，例如不锈钢棒材、铜棒材、钢筋等，以往都是以重量为单位进行捆装和销售的。由于金属棒材生产过程中不定因素的影响存在，同样规格的金属棒材之间多少都会存在着一定范围的重量误差，如果在销售、存储、使用仅以重量统计则很不方便。这种以重量为计算单位的方式，实际上并不适用于金属棒材的销售、存储、使用和统计；因为，在实际的使用时，上述的金属棒材总是以“根”为单位来计算数量的。
由于金属棒材具有多种规格、型号，因此，当统计其数量时，可以简单地根据其型号、规格以及总重量计算出某一重量下的金属棒材的根数。这虽然是一个简单的方法，但由于钢筋规格的误差，会导致采用上述的计算方法获得数值存在较大的误差。例如一种规格下，两吨钢筋的标准总“根”数为200，由于误差的存在，实际上，两吨的钢筋有可能是195根，也有可能是205根。在使用时，实际需要领用200根钢筋，而在仓库中存放的钢筋如果是以重量为计算单位的，则实际领用一捆两吨的钢筋有可能出现数量多出或不够的现象。
出于实际的需要，在金属棒材的销售、流通过程中，以“根”为单位来计算其的数量可以极大地方便生产、销售、储存以及使用等各个环节。所以，各生产企业在生产时，往往会加装一些机械式计数装置，用于对相应的金属棒材进行计数。
但是，由于金属棒材是工业生产中最为基础性的原材料之一，其需求数量随着社会经济周期性循环，会呈现较大的起伏。而一般情况下，机械式金属棒材计数装置只能按照一定的速度匀速工作，并不能保证生产在高峰时的计数要求；并且，机械式计数装置往往需要将金属棒材码放为相互独立且呈单层，再用机械计数方式、光电计数方式或摄像计数方式对其进行计数，这样才能保证具有良好的计数精确性。但是，这需要投入更大的资金，配备码放设备才能完成上述的计数任务。
为了克服上述计数设备或系统的不足，业界将计算机图像识别技术引入金属棒材计数。具体是利用摄像设备采集金属棒材端部的图像，然后，利用模式识别技术，将金属棒材的端部图像识别出来，并对其进行计数。这种方法简便，易于实施。但是，由于金属棒材不经过码放会导致所拍摄端部图像中，金属棒材的端面和斜放的金属棒材侧面混为一体，无法良好识别，因此也就会导致计数误差大等问题。为了统计精确，还是需要将被清点的金属棒材事先码放整齐。这样显然也需要配备码放设备以保证金属棒材端部整齐。而要投入码放设备一方面需要大量的资金投入，另一方面会因为在生产流程中加入新的环节，导致生产效率下降。
一个大型的金属棒材生产加工企业，每年生产的金属棒材价值达到数十亿元人民币，只要有千分之一的误差，则企业遭受的损失就会高达数百万元人民币，而为精确统计增加生产环节也是顾此失彼的做法。因此，面对上数的两难，对现有金属棒材计数装置进行改进是业界亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种金属棒材计数系统，该系统能够采集特征明显突出的金属棒材的端部图像，使得利用图像识别计数可以对金属棒材进行精确的计数，同时又不用增加任何金属棒材码放设备，节省设备投入资金。
本发明具体通过如下的技术方案解决上述的技术问题
一种金属棒材计数系统，由图像识别计数装置和金属棒材图像拍摄装置相互连接构成，所述图像识别计数装置为一设有数字图像处理装置的计算机，该计算机接收摄像装置通过信号线传输的金属棒材端部图像，对该金属棒材端部图像中的金属棒材的端面进行识别和计数，得到每幅图像中金属棒材数量；所述金属棒材图像拍摄装置至少包括箱体、摄像装置和一个以上的主动光源；所述摄像装置和主动光源与所述箱体固定连接，主动光源分别透过所述箱体上的透光镜照射位于金属棒材输送设备上的金属棒材端部，并使所述金属棒材端面的亮度高于所述金属棒材端部侧面的亮度；摄像装置的拍摄方向与所述金属棒材的输送方向基本垂直；并且，摄像装置可透过所述透光镜拍摄到所述金属棒材的端部；主动光源射向所述金属棒材端部的光线与摄像装置的拍摄轴线呈一锐角。
由上述的技术方案可知本发明采用主动光源至少从两个角度照射被计数的金属棒材的端部，使得金属棒材的端部亮度远远高于所述金属棒材侧面的亮度，从而，使得在此条件下所拍摄的金属棒材图像采用图像识别方法进行计数可以极为精确。同时，采用基于图像模式识别的方式对所采集的图像中金属棒材的端部图像进行识别，可以不对所述金属棒材分层处理和码放，节省了码放设备的投入资金，避免了不必要的生产环节的增加。
图1为本发明一实施例中钢筋图像拍摄装置示意图；图2为本发明另一实施例中钢筋图像拍摄装置示意图；图3为本发明又一实施例中钢筋图像拍摄装置示意图；图4为本发明箱体散热风扇的装设示意图；图5为钢筋位于输送链上的示意图；图6为本发明用于遮挡输送链的挡板与输送设备连接的示意图；
图7为本发明一用于压平输送链的机构示意图；图8为本发明另一用于压平输送链的机构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明本发明的金属棒材计数系统由金属棒材图像拍摄装置和图像识别计数装置相互连接构成；金属棒材图像拍摄装置基本上定间隔地拍摄位于金属棒材输送设备上的金属棒材端部图像，并将该图像传送给图像识别计数装置，图像识别计数装置接收到所述的图像后，对该图像进行识别处理，对图像中金属棒材的端面个数进行计数。
实施例1参见图1，本实施例中，所述金属棒材图像拍摄装置至少包括箱体11、摄像装置6和两个主动光源100；摄像装置6和主动光源100固定在箱体的内部，箱体上装有透光镜9、9A和透光镜10；主动光源100分别透过所述箱体上的透光镜9、9A照射位于金属棒材输送设备上的金属棒材13的端部。摄像装置6的拍摄方向与所述金属棒材13的输送方向基本垂直，并且透过所述透光镜10拍摄到所述金属棒材13的端部；主动光源100射向所述金属棒材13端部的光线与摄像装置6的拍摄方向呈一不大于30度的锐角。为了获取良好的金属棒材端部图像，以方便后续的计算机通过识别其中的金属棒材端面，达到对金属棒材进行计数的目的，本发明中，采用两个或两个以上的主动光源100从不同角度对所述金属棒材的端部进行照射。以本实施例为例，这样做的好处是当主动光源100从不同角度照射所述金属棒材的端部时，金属棒材的端面的亮度是由两个主动光源共同照射的结果，因此其亮度最高；而金属棒材的其他侧面只由一个主动光源100照射，所以其亮度相对较暗。在此情况下拍摄，可以获得端面亮度突出的图像，从而大大方便了后续的识别处理。
上述的主动光源100至少由发光体1和聚光透镜2组成，发光体1基本上位于聚光透镜2的一个焦点的附近，且固定设置在箱体11的内部，该发光体1所发出的光线经所述聚光透镜2聚光后，可以透过设在箱体11上的透光镜9照射到所述的金属棒材13的端部。
参见图2，由于发光体1在工作状态下，会产生很多的热量，因此，应当使发光体1尽可能地远离摄像装置6，以避免其产生的热量影响摄像装置6的正常工作温度。为此，可以将所述的发光体1设置在箱体11内距离摄像装置6较远的位置。为了保证发光体1位置改变后其所发出的光线还能照射到金属棒材的端面上，需要在聚光透镜2和透光镜9之间增设一反光镜5，该反光镜5的位置设置在箱体11内部，且使得所述发光体1所发出的光线经所述聚光透镜2聚光后，照射到所述反光镜5上，经该反光镜5反射换向，使发光体1所发出的光线透过设在箱体11上的透光镜9照射到所述的金属棒材13的端部。
由于发光体1在工作状态时会产生大量的热量，如果不及时散热，则会影响箱体内其他部件的工作。为此，在所述的发光体1、聚光透镜2所构成的主动光源100外侧设置其表面设有鳍片的散热器3，并且，在接近散热器3的位置设置散热器冷却风扇4，该散热器冷却风扇4直接向所述散热器3的外表面吹送冷却空气，使散热器3表面的热量由冷却空气带走，达到对主动光源100散热的目的。
实施例2参见图3，为了更好地解决发光体1的散热问题，可以将由发光体1和聚光透镜2所组成的主动光源100设置在箱体11的外部，并使该主动光源100和所述箱体11固定连接，并且，在箱体11内部固定设有反光镜5，该反光镜5位于主动光源100的聚光透镜2和透光镜9之间，使该发光体1所发出的光线经所述聚光透镜2聚光后，照射到所述反光镜5上，经该反光镜5反射换向，使发光体1所发出的光线透过设在箱体11上的透光镜9照射到所述的金属棒材13的端部。
在上述主动光源100的外侧同样可以设置散热器3，与实施例1相同，在散热器3的外部设置冷却风扇4，该散热器3的外表面上设有一个以上的鳍片，用于对所述主动光源100散发的热量进行散热；而冷却风扇4设置在箱体11的外部，对所述散热器3进行冷却。与上述的实施例1相比，本实施例的优点是对主动光源100散热是在箱体11的外部进行的，因此散热的效果更为理想。
实施例3参见图4，在上述的两个实施例的基础上，为了对工作在箱体11内部的各部件进行散热，可以在箱体11上开设进气口和排气口，并且在进气口处设有进气风扇20；该进气风扇20的作用是使得箱体11外部的空气进入箱体11内部，并从排气口流出，以对其内部各部件进行冷却。
为了防止箱体11外部空气中的灰尘对箱体11内部各光学器件的污染，进而影响拍摄的图像效果，还可以对箱体11做密封设置，同时在所述的进气口增设过滤结构21，用于对进入箱体11内的空气进行过滤。
为了防止装设在箱体11上的透光镜9、10等受到空气中灰尘的遮蔽，可以将上述的排气口设在箱体11接近透光镜9、10的位置，并且在排气口处设有空气交换风扇22，该空气交换风扇22直接将箱体11内的洁净空气吹向所述透光镜9、10的外侧，用于防止灰尘粘落在透光镜9、10的外侧，同时，形成箱体11内、外空气的交换。
参见图1、2、3，上述的各个实施例中，在箱体11内，存在着由主动光源100所发出的光线，这些光线对于摄像装置6而言是一种干扰光，这种干扰光如果不消除，会使实际拍摄的图像造成干扰，使获得的图像模糊，进而影响识别的效果；因此，需要将这些干扰光进行遮挡，使其对摄像装置的拍摄不构成影响。为此，在本发明中，自所述摄像装置6的拍摄镜头7到所述箱体11的透光镜之间设置用于遮挡干扰光的遮光筒8。
参见图5，在实际的生产线上，金属棒材13是直接放置在输送设备14的输送链12上的，因此，当采用本发明中的主动光源100照射金属棒材13时，该输送链12的侧面也会被照亮，这样，在所拍摄的金属棒材13端部的图像中，输送链12的图像也会清晰地存在，显然，这会对识别造成严重的影响，使计数的结果出现较大的误差。参见图6，解决的办法是在金属棒材输送设备14面向摄像装置6的一侧设有用于遮挡输送链12的挡板15，该挡板15与位于输送链12上的金属棒材13所在的平面呈一不大于60度的夹角，其外表面制成不反射面，例如，涂为黑色或以耐热吸光材料制成等；且所述金属棒材13被拍摄的端面伸出所述挡板15面向摄像装置的一侧。这样，在拍摄时，输送链12为挡板15所遮挡，因此，所拍摄的图像中只保留有金属棒材13的端面图像。为了使拍摄的图像中输送链12的影响更小，还可以使所述主动光源100照射金属棒材端部的光线与所述金属棒材13同在一个平面或与金属棒材所在平面之间具有一不大于20度的锐角。
由于金属棒材13的生产具有连续性，因此，要想对金属棒材13计数精确，必须使所拍摄的每两幅相邻的图像之间不存在间断，从具体的实现上看，应当使被拍摄的每两幅相邻的图像中都具有相互重叠的部分。为此，需要使摄像装置6按照输送链运行的速度定间隔地进行拍摄。本实施例中，在金属棒材输送设备14上设有与输送链12运行速度和运行方向同步的码盘计数装置，该码盘计数装置用于按照输送链12的运动距离定间隔地向所述摄像装置6发出拍摄信号，使被拍摄的每两幅相邻的图像中都具有相互重叠的部分。
在实际的生产线上，输送链12上的各个链节由于长时间运行，可能会存在相互不活络的现象，由此会形成链节凸起的现象，这种凸起如果被拍摄到，同样会影响计数的准确性，为此，可以在金属棒材输送设备14上设置用于强制压平输送链12的机构。参见图7、8，其为实现将输送链12强制压平的两个实施方案。
在实际的生产线上，输送链12上的各个链节由于长时间运行，可能会存在相互不活络的现象，由此会形成链节凸起的现象，这种凸起如果被拍摄到，同样会影响计数的准确性，为此，可以在钢筋输送设备14上设置用于强制压平输送链12的机构。参见图7、8，其为实现将输送链12强制压平的两个实施方案。其中，图7所示为一种强制压平输送链12的机构实例，该机构由轴承16、轴17所构成，轴17设置在输送设备的链槽上，轴承16的外侧套设有轴成护套18，轴承护套18压制在输送链链板19上，当链节凸起部份到达轴承16及轴承护套18所在的位置时，该凸起部会受到轴承16及轴承护套18的压制，而变为平直，因此，摄像装置不会再拍摄到链节凸起的部份。图8所示为所述强制压平输送链12的机构的另一实例，该机构同样由轴承16、轴17所构成，轴17设置在输送设备的链槽上，轴承16的外侧套设有轴成护套18，不同的是轴承护套18压制在输送链链筒20上，当链节凸起部份到达轴承16及轴承护套18所在的位置时，该凸起部对应的链筒20会受到轴承16及轴承护套18的压制，因此，摄像装置不会再拍摄到链节凸起的部份。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种金属棒材计数系统，由图像识别计数装置和金属棒材图像拍摄装置相互连接构成，所述图像识别计数装置为一设有数字图像处理装置的计算机，该计算机接收摄像装置通过信号线传输的金属棒材端部图像，对该金属棒材端部图像中的金属棒材的端面进行识别和计数，得到每幅图像中金属棒材数量；其特征在于所述金属棒材图像拍摄装置至少包括箱体、摄像装置和一个以上的主动光源；所述摄像装置和主动光源与所述箱体固定连接，主动光源分别透过所述箱体上的透光镜照射位于金属棒材输送设备上的金属棒材端部，并使所述金属棒材端面的亮度高于所述金属棒材端部侧面的亮度；摄像装置的拍摄方向与所述金属棒材的输送方向基本垂直；并且，摄像装置可透过所述透光镜拍摄到所述金属棒材的端部；主动光源射向所述金属棒材端部的光线与摄像装置的拍摄轴线呈一锐角。
2.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述主动光源至少由发光体和聚光透镜所组成，且固定设置在箱体的内部，该发光体所发出的光线经所述聚光透镜聚光后，透过设在箱体上的透光镜照射到所述的金属棒材的端部。
3.根据权利要求2所述的金属棒材计数系统，其特征在于在箱体内部固定设有反光镜，该反光镜位于主动光源的聚光透镜和透光镜之间，所述发光体所发出的光线经所述聚光透镜聚光后，照射到所述反光镜上，经该反光镜反射换向，使发光体所发出的光线透过设在箱体上的透光镜照射到所述的金属棒材的端部。
4.根据权利要求2或3所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述主动光源外侧设有散热器、散热器冷却风扇，该散热器的外表面上设有一个以上的鳍片，散热器冷却风扇直接向所述散热器吹送冷却空气，对其进行散热。
5.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述主动光源至少由发光体和聚光透镜所组成，从箱体的外部和所述箱体固定连接，并且，在箱体内部固定设有反光镜，该反光镜位于聚光透镜和透光镜之间，该发光体所发出的光线经所述聚光透镜聚光后，照射到所述反光镜上，经该反光镜反射换向，使发光体所发出的光线透过设在箱体上的透光镜照射到所述的金属棒材的端部。
6.根据权利要求5所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述主动光源外侧设有散热器、冷却风扇，该散热器的外表面上设有一个以上的鳍片，用于对所述主动光源散发的热量进行散热；所述冷却风扇设置在箱体的外部，对所述散热器进行冷却。
7.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述箱体上开设有进气口和排气口，在所述箱体的进气口处设有进气风扇，使得箱体外部的空气进入箱体内部，并对其内部各部件进行冷却。
8.根据权利要求7所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述的箱体做密封设置，以防止箱体外部空气中的灰尘对箱体内各光学器件的污染；在所述的进气口处设有过滤结构，用于对进入箱体内的空气进行过滤。
9.根据权利要求8所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述的排气口设在箱体接近透光镜的位置，该排气口处设有空气交换风扇，该空气交换风扇直接吹向所述透光镜外侧，用于防止灰尘粘落在透光镜外侧，并形成箱体内、外空气的交换。
10.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述锐角不大于30度。
11.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于自所述摄像装置的拍摄镜头到所述箱体的透光镜之间，设有用于遮挡干扰光的遮光筒。
12.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述金属棒材输送设备面向摄像装置的一侧设有用于遮挡输送链的挡板，该挡板与位于输送链上的金属棒材所在的平面呈一不大于60度的夹角，其外表面制成不反射面；且所述金属棒材被拍摄的端面伸出所述挡板面向摄像装置的一侧。
13.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述主动光源照射金属棒材端部的光线与所述金属棒材同在一个平面或与金属棒材所在平面之间具有一不大于20度的锐角。
14.根据权利要求1所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述金属棒材输送设备设有与输送链运行速度和运行方向同步的码盘计数装置，该码盘计数装置用于按照输送链的运动距离定间隔地向所述摄像装置发出拍摄信号，使被拍摄的每两幅相邻的图像中都具有相互重叠的部分。
15.根据权利要求13或14所述的金属棒材计数系统，其特征在于所述金属棒材输送设备上还设有用于强制压平输送链的机构，用于消除被拍摄金属棒材端部图像中输送链链节凸起的图像。
全文摘要
本发明公开了一种金属棒材计数系统，其由图像识别计数装置和金属棒材图像拍摄装置连接构成，金属棒材图像拍摄装置由箱体、摄像装置和一个以上的主动光源所构成；主动光源分别透过所述箱体上的透光镜照射位于金属棒材输送设备上的金属棒材端部，并使所述金属棒材端面的亮度高于所述金属棒材端部侧面的亮度；摄像装置拍摄所述金属棒材的端部获取用于识别和计数的图像；本发明用主动光源至少从两个角度照射金属棒材的端部，使金属棒材的端部亮度远远高于所述金属棒材侧面的亮度，使所拍摄的金属棒材图像易于识别和计数，并且可不对金属棒材分层处理和码放，节省了码放设备的投入资金，避免了不必要的生产环节的增加。
文档编号G06M7/00GK1725237SQ20041007082
公开日2006年1月25日 申请日期2004年7月20日 优先权日2004年7月20日
发明者郭新生, 沈兵, 崔黎明, 孙佳, 李敏, 张生 申请人:北京光电技术研究所, 首钢总公司