基于机器视觉的耐火材料图像采集装置的制作方法

本发明属于耐火材料图像采集装置技术领域。具体涉及一种基于机器视觉的耐火材料图像采集装置。

背景技术：

近年来耐火材料被广泛地应用在高温工业中，其工作环境恶劣，面临着灵活多变的温度控制以及频繁的温度波动。因此，在应用过程中产生的抗热震损坏是缩短耐火材料寿命的主要因素，故研究耐火材料的抗热震损坏为技术人员所关注。

机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。

图像采集装置在天文、航天、军事领域以及在现代工业化生产中质量检验、生产监视、零件识别等领域中有着广泛的应用。“图像采集装置”(cn109194842a)是一种利用反射原理进行图像采集的装置。此装置使用了大量反射组件，自动化程度不高，成像不清晰，受人为因素的影响较大，控制部分过于复杂，且试验精度与实际出现较大误差，不利于做出精确的判断。该装置局限性较大，随着我国现代化生产水平的不断提高，现有的图像采集装置已经不能够满足生产水平的要求。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种结构紧凑、适应性强和操作简单的基于机器视觉的耐火材料图像采集装置，该装置能实现精确的运动控制，采集的图清晰，为后期的图像处理提供可靠依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

所述耐火材料图像采集装置由安装架、水平移动系统、垂直移动系统、图像采集系统、光源、耐火材料固定装置和耐火材料机架组成。

安装架由支撑架和光源固定座组成。支撑架由上矩形框架、下矩形框架和四个竖直梁组成；四个竖直梁分别与上矩形框架和下矩形框架的四个角对应连接，上矩形框架和下矩形框架间的距离为竖直梁高度的0.3～0.4倍；下矩形框架的长边对称地装有2个光源固定座。

水平移动系统包括第一电机、横向丝杠、水平工作台、水平导轨、水平底座和第一轴承片。

水平底座固定在支撑架上矩形框架两条短边的上平面，水平底座平行且靠近支撑架的上矩形框架的后长边；水平底座的左端和右端对应地装有电机法兰片和第一轴承片，横向丝杠的一端安装在第一轴承片中，第一电机与电机法兰片固定连接，第一电机的输出轴通过联轴器与横向丝杠的另一端连接；水平导轨固定在水平底座的上平面，水平工作台的滑槽活动地装在水平导轨上；水平工作台设有水平螺孔，水平工作台的水平螺孔与横向丝杠螺纹连接。

垂直移动系统包括第二电机、纵向丝杠、第一纵向工作台、纵向导轨、纵向底座和第二轴承片。

纵向底座的上端和下端对应地装有电机法兰片和第二轴承片，纵向丝杠的一端安装在第二轴承片中，第二电机与电机法兰片固定连接，第二电机的输出轴通过联轴器与纵向丝杠的另一端连接；纵向导轨固定在纵向底座的前侧面，第一纵向工作台的滑槽活动地装在纵向导轨上；第一纵向工作台设有纵向螺孔，第一纵向工作台的螺孔与纵向丝杠螺纹连接；垂直移动系统的纵向底座的后侧面与水平移动系统的水平工作台固定连接。

图像采集系统包括第二纵向工作台、连接板、相机和远心镜头；连接板的一侧与第二纵向工作台连接；远心镜头通过相机与连接板的另一侧连接，所述第二纵向工作台的后侧面与第一纵向工作台的前侧面固定连接。

光源包括光源连接板和条形光源；条形光源的两端对称地固定有光源连接板，光源连接板上部安装在光源固定座上，条形光源的照射方向与水平面的夹角为30～45°；光源连接板的上端与支撑架的光源固定座固定连接。

耐火材料固定装置包括手柄、滚轮、三角连接架、法兰和夹具；夹具由箱体和固定板组成，在箱体的四角分别固定有固定板，固定板的大面分别紧贴对应的短侧板内壁，长侧板的内壁均匀且对称地固定有两个固定板；手柄的手柄轴穿过三角连接架与法兰固定连接，法兰对称地固定在箱体的短板外壁，两个滚轮分别活动地安装在三角连接架的底部。

耐火材料机架由固定架和纵向水平导轨组成；固定架呈立方体框架结构，纵向水平导轨分别水平地安装在固定架上部的左右两边；滚轮活动地放置于纵向水平导轨上。

耐火材料机架和安装架固定在地面，耐火材料机架位于安装架的中心位置处。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

第一、本发明利用了条形光源照明方式，使待测耐火材料的表面亮度均匀，图像质量高。

第二、本发明的图像采集系统使用了远心镜头，远心镜头具有高分辨率、低畸变和超宽景深的特点，能在较大的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，能显著提高图像质量，为后续的图像处理提供了可靠的依据。

第三、本发明主要由水平移动系统、垂直移动系统和图像采集系统组成，结构紧凑，使用方便，能实现精确的运动控制，能有效地实现耐火材料的图像采集，能很好的适应现场环境。

第四，本装置在使用时，先将三块待测耐火砖置于夹具的固定板间，在耐火砖周围采用耐火棉隔热；再手持手柄使三块待测耐火砖对准炉门，将夹具缓缓移入炉中加热。通过垂直移动系统和水平移动系统调整相机和待测耐火砖拍照面的距离，转动镜头对焦环实现聚焦，使其成像清晰。三块待测耐火砖经过加热和冷却后，相机先移动到最左侧耐火砖的正上方进行拍照，然后向右，依次对另外两个待测耐火砖进行拍照，即完成耐火砖试样的图像采集。故本装置操作简单和采集的图像清晰，适应性强。

因此，本发明具有结构紧凑、适应性强和操作简单的特点，能实现精确运动控制，采集的图清晰，为后期的图像处理提供可靠依据。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为图1中安装架1的示意图；

图3为图1中水平移动系统2的放大示意图；

图4为图1中垂直移动系统3的放大示意图；

图5为图1中图像采集系统4的放大示意图；

图6为图1中光源5的放大示意图；

图7为图1中耐火材料固定装置6的放大示意图；

图8为图1中耐火材料机架7的放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明，以便对本发明的具体实施方式和一些细节有更透彻的理解。

实施例1

一种基于机器视觉的耐火材料图像采集装置。如图1所示，所述耐火材料图像采集装置由安装架1、水平移动系统2、垂直移动系统3、图像采集系统4、光源5、耐火材料固定装置6和耐火材料机架7组成。

如图2所示，安装架1由支撑架8和光源固定座9组成。支撑架8由上矩形框架、下矩形框架和四个竖直梁组成；四个竖直梁分别与上矩形框架和下矩形框架的四个角对应连接，上矩形框架和下矩形框架间的距离为竖直梁高度的0.3～0.倍；下矩形框架的长边对称地装有2个光源固定座9。

如图3所示，水平移动系统2包括第一电机10、横向丝杠11、水平工作台12、水平导轨13、水平底座14和第一轴承片15。

如图3所示，水平底座14固定在支撑架8上矩形框架两条短边的上平面，水平底座14平行且靠近支撑架8的上矩形框架的后长边；水平底座14的左端和右端对应地装有电机法兰片和第一轴承片15，横向丝杠11的一端安装在第一轴承片15中，第一电机10与电机法兰片固定连接，第一电机10的输出轴通过联轴器与横向丝杠11的另一端连接；水平导轨13固定在水平底座14的上平面，水平工作台12的滑槽活动地装在水平导轨13上；水平工作台12设有水平螺孔，水平工作台12的水平螺孔与横向丝杠11螺纹连接。

如图4所示，垂直移动系统3包括第二电机16、纵向丝杠17、第一纵向工作台18、纵向导轨19、纵向底座20和第二轴承片21。

如图4所示，纵向底座20的上端和下端对应地装有电机法兰片和第二轴承片21，纵向丝杠17的一端安装在第二轴承片21中，第二电机16与电机法兰片固定连接，第二电机16的输出轴通过联轴器与纵向丝杠17的另一端连接；纵向导轨19固定在纵向底座20的前侧面，第一纵向工作台18的滑槽活动地装在纵向导轨19上；第一纵向工作台18设有纵向螺孔，第一纵向工作台18的螺孔与纵向丝杠17螺纹连接；垂直移动系统3的纵向底座20的后侧面与水平移动系统2的水平工作台12固定连接。

如图5所示，图像采集系统4包括第二纵向工作台22、连接板23、相机24和远心镜头25；连接板23的一侧与第二纵向工作台22连接；远心镜头25通过相机24与连接板23的另一侧连接，所述第二纵向工作台22的后侧面与第一纵向工作台18的前侧面固定连接。

如图6所示，光源5包括光源连接板26和条形光源27；条形光源27的两端对称地固定有光源连接板26，光源连接板26上部安装在光源固定座9上，条形光源27的照射方向与水平面的夹角为30～45°；光源连接板26的上端与支撑架8的光源固定座9固定连接。

如图7所示，耐火材料固定装置6包括手柄28、滚轮29、三角连接架30、法兰31和夹具32；夹具32由箱体和固定板组成，在箱体的四角分别固定有固定板，固定板的大面分别紧贴对应的短侧板内壁，长侧板的内壁均匀且对称地固定有两个固定板；手柄28的手柄轴穿过三角连接架30与法兰31固定连接，法兰31对称地固定在箱体的短板外壁，两个滚轮29分别活动地安装在三角连接架30的底部。

如图8所示，耐火材料机架7由固定架33和纵向水平导轨34组成；固定架33呈立方体框架结构，纵向水平导轨34分别水平地安装在固定架33上部的左右两边；滚轮29活动地放置于纵向水平导轨34上。

如图1所示，耐火材料机架7和安装架1固定在地面，耐火材料机架7位于安装架1的中心位置处。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

第一、本具体实施方式利用了条形光源27的照明方式，使待测耐火材料的表面亮度均匀，图像质量高。

第二、本具体实施方式的图像采集系统4使用了远心镜头25，远心镜头25具有高分辨率、低畸变和超宽景深的特点，能在较大的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化，能显著提高图像质量，为后续的图像处理提供了可靠的依据。

第三、本具体实施方式主要由水平移动系统2、垂直移动系统3和图像采集系统4组成，结构紧凑，使用方便，能实现精确的运动控制，能有效地实现耐火材料的图像采集，能很好的适应现场环境。

第四，本装置在使用时，先将三块待测耐火砖置于夹具32的固定板间，在耐火砖周围采用耐火棉隔热；再手持手柄28使三块待测耐火砖对准炉门，将夹具32缓缓移入炉中加热。通过垂直移动系统3和水平移动系统2调整相机24和待测耐火砖拍照面的距离，转动镜头25对焦环实现聚焦，使其成像清晰。三块待测耐火砖经过加热和冷却后，相机24先移动到最左侧耐火砖的正上方进行拍照，然后向右，依次对另外两个待测耐火砖进行拍照，即完成耐火砖试样的图像采集。故本装置操作简单和采集的图像清晰，适应性强。

因此，本具体实施方式具有结构紧凑、适应性强和操作简单的特点，能实现精确的运动控制，采集的图清晰，为后期的图像处理提供可靠依据。