冲压工艺板料偏移视觉测量系统、方法、设备、生产线、终端与流程

1.本发明属于涉及冲压加工生产线实时监测技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量系统、测量方法、存储介质、计算机设备、车辆板材偏移量检测生产线、信息数据处理终端。


背景技术：

2.目前，冲压工艺是一种金属加工方法，它是建立在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料施加压力，使板料产生塑性变形或分离，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。冲压成形工艺在汽车车身制造工艺中占有重要的地位，尤其是汽车车身的大型覆盖件，因大多形状复杂，结构尺寸大，有些还是空间曲面，并且对表面质量要求高，所以冲压加工方法来制作这些零件是效率极高的。
3.冲压工序可分为四个基本工序：
4.1)冲裁：使板料实现分离的冲压工序(包括冲孔、落料、修边、剖切等)。
5.2)弯曲：将板料沿弯曲线弯成一定的角度和形状的冲压工序。
6.3)拉深：将平面板料变成各种开口空心零件，或把空心件的形状、尺寸作进一步改变的冲压工序。
7.4)精冲：冲制精度较高的产品，对于尺寸、表面光量带要求高的产品，通过精冲模具达到图纸要求的工序。
8.其中弯曲工序会导致冲压板料的大幅度形变，这是就要求冲压模具和板料有很高的匹配度。在修模和生产过程中，随时检测每一次冲压时板料的偏移情况，有助于分析弯曲工序的工作状态，以便于及时发现加工误差和潜在隐患。
9.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
10.(1)现有技术中视觉检测系统，不能可有效采集冲压加工前后板料偏移检测所需的图片信息，造成不能及时发现加工误差和潜在隐患。
11.(2)现有技术机械运动的结构设计繁琐，潜在风险和设备维护成本高。
12.(3)现有技术视觉检测系统，不断停止原有冲压生产线，才能进行完成拍摄，影响生产效率。
13.(4)现有技术不能远距离料片偏移距离的检测，在更换产线后检测不能进行，实用性受限。
14.解决以上问题及缺陷的难度为：因现场工装的影响，如大型冲压机工作时周围不能放置图像采集单元，故图像采集仅能在3m远距离外进行，选择图像采集装置内部合适的相机、镜头有很大难度。设备要求小型化处理，3m远照明装置光源的选型有难度，因为从3m远照亮板料部分需要功率超100w光源，光源散热有很大要求，故设备小型化具有难度。料片偏移时需要标定过程，标定基准图像影响到后续板料偏移的检测精度，故选择合适的基准图像具有难度。
15.解决以上问题及缺陷的意义为：解决冲压行业内板料偏移远距离监测的难点问
题，统计偏移量，可反向指导生产过程，生产工艺优化。小型化设备架设方便；可复制性强，更换产线后仍可检测，普及性较高。


技术实现要素：

16.为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量系统及测量方法。还涉及光学设计系统、相机集成设计及板料边缘提取等图像处理技术领域，所述技术方案如下：
17.根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量系统，包括：
18.拍摄单元，用于对冲压生产线中的板料边缘进行图像拍摄；
19.控制单元，以plc控制单元为主，与拍摄单元连接，用于对拍摄单元图像拍摄中光源开关(控制光源的亮灭)、拍摄角度、镜头对焦进行控制；
20.数据处理单元，与控制单元、拍摄单元连接，用于存储拍摄单元所采集的图像并对图像进行处理，将图像检测结果发送或进行信息的传输；
21.算法识别单元，与数据处理单元连接，用于对数据处理单元处理的图像进行检测与标定，获取冲压加工中板料的实际偏移量。
22.在本发明一实施例中，所述拍摄单元包括：高精度矩阵相机和镜头组成的拍摄模组，以及高亮度聚光光源模组；
23.所述高精度矩阵相机采用大尺寸相机靶面和高像素的高帧率相机；
24.所述镜头组采用25mmfa镜头；
25.所述高亮度聚光光源模组采用100w聚光型led工业远投光源；
26.所述拍摄模组距离待测板材3m远的视野范围为1m
×
1m。
27.在本发明一实施例中，所述控制单元包括光源控制机构，拍摄角度控制机构，镜头对焦控制机构；
28.所述光源控制机构，用于在生产线外控制光源的开启和关闭；
29.拍摄角度控制机构，用于在生产线外控制拍摄单元的方向及角度移动以便对准目标板料边缘部分；
30.所述镜头对焦机构，用于实现生产线外相机镜头对焦。
31.在本发明一实施例中，所述数据处理单元包含工控机、交换机；
32.所述工控机、交换机用于分别与拍摄模组的高精度矩阵相机、控制单元以及plc控制器相连。
33.根据本发明公开实施例的第二方面，提供一种基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量方法，包括：
34.使用标定尺在冲压模具中的拍摄位置拍摄一张图片，并根据标定尺在照片中的尺寸计算拍摄的实际单像素精度；
35.统计型号模具在冲压时的板料位于准确位置的状态作为比对基准，计算并记录板料边缘在图片中的所在位置，将此位置设定为基准位置；以设备运行第一模为标定图像，对取待检测区域采取边缘提取算法提取基准边缘，将基准线起始点的行列值存储；
36.拍摄模组的高精度矩阵相机接收到机床开模合模的触发信号后，根据触发信号拍
摄生产过程中的板料图片，记录此时板料边缘在图片中的所在位置，并与基准位置比对，计算出此时板料相对于基准位置的偏移量，并乘以计算得到的单像素精度，确定本次冲压加工后，板料的实际偏移量。
37.实际偏移量(mm)＝单像素精度(mm/pix)
×
板料相对于基准偏移量(pix)；
38.已知单像素精度为0.1953mm/pix，板料相对于基准的偏移量为200pix；
39.则实际偏移量＝0.1953mm/pix
×
200pix＝39.06mm。
40.在本发明一实施例中，所述单像素精度的计算方法包括：
41.单像素精度(mm/pix)＝单方向视场大小(mm)/相机单方向分辨率(pix)。
42.已知现场单方向的视场大小为1m，相机单方向的分辨率为5120pix；
43.单像素精度＝1000mm/5120pix＝0.1953mm/pix
44.根据本发明公开实施例的第三方面，提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量方法。
45.根据本发明公开实施例的第四方面，提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
46.基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量方法包括：
47.使用标定尺在冲压模具中的拍摄位置拍摄一张图片，并根据标定尺在照片中的尺寸计算拍摄的实际单像素精度；
48.统计型号模具在冲压时的板料位于准确位置的状态作为比对基准，计算并记录板料边缘在图片中的所在位置，将此位置设定为基准位置；以设备运行第一模为标定图像，对取待检测区域采取边缘提取算法提取基准边缘，将基准线起始点的行列值存储；
49.拍摄模组的高精度矩阵相机接收到机床开模合模的触发信号后，根据触发信号拍摄生产过程中的板料图片，记录此时板料边缘在图片中的所在位置，并与基准位置比对，计算出此时板料相对于基准位置的偏移量，并乘以计算得到的单像素精度，确定本次冲压加工后，板料的实际偏移量。
50.根据本发明公开实施例的第五方面，提供一种车辆板材偏移量检测生产线，所述车辆板材偏移量检测生产线搭载所述基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量系统，并实施所述基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量方法。
51.根据本发明公开实施例的第六方面，提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端实施如下步骤：
52.使用标定尺在冲压模具中的拍摄位置拍摄一张图片，并根据标定尺在照片中的尺寸计算拍摄的实际单像素精度；
53.统计型号模具在冲压时的板料位于准确位置的状态作为比对基准，计算并记录板料边缘在图片中的所在位置，将此位置设定为基准位置；以设备运行第一模为标定图像，对取待检测区域采取边缘提取算法提取基准边缘，将基准线起始点的行列值存储；
54.拍摄模组的高精度矩阵相机接收到机床开模合模的触发信号后，根据触发信号拍摄生产过程中的板料图片，记录此时板料边缘在图片中的所在位置，并与基准位置比对，计算出此时板料相对于基准位置的偏移量，并乘以计算得到的单像素精度，确定本次冲压加工后，板料的实际偏移量。
55.本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
56.设备在国内知名车企冲压线上对厂内料片延展的程度进行了监测，根据测试结果，可以反向推算料片生产过程中出现的工艺问题，节省人力成本，对生产工艺具有指导性及参考价值，消除了潜在的隐患。
57.解决了冲压生产工艺中人员不可靠近产线、及无法停机检测偏移量的问题，本产品做到了实时监控每一模的料片的偏移量，解决了行业无法实时检测的难点问题。
58.相机、镜头及光源的合理选型，解决了远距离监控高精度的问题，解决了现有行业内无法同时兼容远距离与高精度同时兼容的问题。
59.本发明检测对象为板料边缘的偏移量。该基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量系统包括拍摄单元；数据处理单元；控制单元和算法识别单元。本发明公开技术方案节省了人工、降低了劳动强度、维护了成本和潜在风险；提高了拍摄精度和检测速度，帮助企业统计了板料的偏移量，进而对生产加工工艺具有指导性及参考价值；便于生产过程中反向指导生产工艺、消除潜在隐患。
60.结合实验或试验数据和现有技术对比得到的效果和优点：
61.目前行业内无相关板料偏移的检测设备，设备在本发明的优点进一步包括：
62.本发明所述视觉检测系统可有效采集冲压加工前后板料偏移检测所需的图片信息；
63.相比于其他专利所述方案，本发明所述方案使用较少机械运动的结构设计，从而减少了潜在风险和设备维护成本。
64.本发明所述视觉检测系统在实施时，无需打断原有冲压生产线，只需生产线plc给出拍摄信号，即可自动完成拍摄。
65.本发明所述视觉检测系统在实施时，不影响原有冲压生产线的生产节拍的同时完成自动图片采集。
66.本发明实现了远距离(3m远)料片偏移距离的检测，架设方便；可复制性强，更换产线后仍可检测，普及性较高。
67.当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
68.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
69.图1是本发明实施例提供的基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量系统图。
70.图中：1、拍摄单元；2、控制单元；2
‑
1、光源控制机构；2
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2、拍摄角度控制机构；2
‑
3、镜头对焦控制机构；3、数据处理单元；4、算法识别单元。
71.图2是本发明实施例提供的基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量方法流程图。
72.图3是本发明实施例提供的相机接受到触发信号后每一模所采集到的图像效果图。
73.图4是本发明实施例提供的确定本次冲压加工后，板料的实际偏移量检测结果图。
具体实施方式
74.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
75.如图1所示，本发明公开实施例所提供的基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量系统包括：
76.拍摄单元1、控制单元2、数据处理单元3、算法识别单元4。
77.所述拍摄单元1包括：高精度矩阵相机和镜头组成的拍摄模组，以及专用的高亮度聚光光源模组。
78.所述控制单元2包括光源控制机构2
‑
1，拍摄角度控制机构2
‑
2，镜头对焦控制机构2
‑
3；
79.所述光源控制机构2
‑
1，用于在生产线外控制光源的开启和关闭；
80.拍摄角度控制机构2
‑
2，用于在生产线外控制拍摄单元的方向及角度移动以便对准目标板料边缘部分；
81.所述镜头对焦机构2
‑
3，用于实现生产线外相机镜头对焦。可以实现无需操作人员进入冲压生产线，即可调整拍摄方向，对焦和开关光源操作。避免了生产线停顿，消除了人员进入产线作业的安全隐患。
82.所述数据处理单元3包含工控机，交换机等设备。
83.所述工控机，交换机等设备用于分别与拍摄模组的高精度矩阵相机、控制单元2以及plc控制器相连，存储高精度矩阵相机所采集的图像并对图像进行处理，控制光源的亮灭以及将图像检测结果发送plc控制器或进行信息的传输等。
84.所述算法识别单元4，用于实施标定与实时检测。
85.下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步描述。
86.实施例
87.在本发明的一个实施例中，拍摄单元包括：高精度矩阵相机和镜头组成的拍摄模组，以及专用的高亮度聚光光源模组。
88.根据相机成像原理：确定所要达到的视野范围(fov)和工作距离(wd)，根据二者计算得出工业镜头的焦距(f)，计算公式如下：
89.焦距f＝wd
×
靶面尺寸h/fov(h or v)
90.视野范围hf＝wd
×
靶面尺寸(h)/焦距f
91.视场fov(h or v)＝靶面尺寸(h)/光学倍率
92.工作距离wd＝f(焦距)
×
靶面尺寸(h)/fov(h or v)
93.光学倍率＝靶面尺寸(h)/fov(h or v)。
94.根据冲压模具开合的最大间距和板料在模具中的位置，确定工作距离wd，相机工作距离料片边缘3m远，相机拍摄角度根据模具大小边缘位置确定，可由角度调节装置调节；对于视野范围hf，hf应大于板料的宽度d，视野范围hf定为1000mm
×
1000mm；选用镜头的焦距f，f应满足f＝工作距离wd
×
相机靶面尺寸(h)/视野范围hf，根据公式换算，计算得到镜头的焦距f为25mm；并由控制单元实现遥控对焦；考虑到冲压板料通常是表面较光滑的金
属，且拍摄位置必须远离加工生产线，一半的工业光源无法满足要求，所以选用聚光性较好的高亮光源，跟随相机视野对板料边缘和附近位置打光；选用100w的聚光远投光源。
95.根据工业现场情况，现场环境及距离要求，拍摄模组距离料片边缘工作距离为3m远，待检测模具视野检测范围要求为1m
×
1m，检测精度要小于0.7mm/pix，由于需要在较远的物距(>2米)拍摄光滑金属，一般的工业漫射光无法满足，故在实验后确定使用较大功率光束聚集的投影光源，并根据客户的精度和视野要求，选择较大尺寸相机靶面和高像素的高帧率相机，根据检测需求，相机选择为2000万usb3.0黑白工业相机；镜头为25mmfa镜头，光源为100w聚光型led工业远投光源，3m远的视野范围为1m
×
1m。
96.综合选型为高精度2000万矩阵相机和25mmfa镜头组成的拍摄模组，专用的100w高亮度聚光光源模组。
97.在本发明一实施例中，算法识别单元包括标定步骤与检测步骤两部分组成。
98.如图2所示，提供一种基于机器视觉的冲压工艺板料偏移视觉测量方法，包括：
99.s101,使用标定尺在冲压模具中的拍摄位置拍摄一张图片，并根据标定尺在照片中的尺寸计算拍摄的实际单像素精度；
100.s102,统计型号模具在冲压时的板料位于准确位置的状态作为比对基准，计算并记录板料边缘在图片中的所在位置，将此位置设定为基准位置；以设备运行第一模为标定图像，对取待检测区域采取边缘提取算法提取基准边缘，将基准线起始点的行列值存储；
101.s103,拍摄模组的高精度矩阵相机接收到机床开模合模的触发信号后，根据触发信号拍摄生产过程中的板料图片，记录此时板料边缘在图片中的所在位置，并与基准位置比对，计算出此时板料相对于基准位置的偏移量，并乘以计算得到的单像素精度，确定本次冲压加工后，板料的实际偏移量。
102.在一优选实施例步骤s101中,单像素精度(mm/pix)＝单方向视场大小(mm)/相机单方向分辨率(pix)。
103.在一优选实施例步骤s102中，拍摄模组的高精度矩阵相机接收到机床开模合模的触发信号后，根据触发信号拍摄生产过程中的板料图片，图3即为相机接受到触发信号后每一模所采集到的图像效果图。
104.在一优选实施例步骤s103中，记录此时板料边缘在图片中的所在位置，利用客户方选取的图片为基准图片，提取待测图片的料片边缘，并根据基准找到边缘特征点，并乘以单像素精度计算边缘偏移量，判断是否有料边偏移现象。即可确定本次冲压加工后，板料的实际偏移量。如图4所示，即为检测结果。利用客户方选取的图片为基准图片，提取待测图片的料片边缘，并乘以单像素精度计算边缘偏移量，判断是否有料边偏移现象。如：以第一行为基准，第二行为待测图片，计算得偏移像素平均值为18.527pix，偏移量为18.527(pix)
×
0.34(mm/pix)＝6.12mm。查看图片，对应于实际尺寸标定，可判断算法工作正常。
105.在本发明提供的一优选实施例中，在冲压机工作第一模具图像中可框选一区域image1为基准区域；并且在后续冲压过程中，冲压机工作中可实时监测某一模图像image2；而且可以根据基准图像找寻到标志点图像；通过比较image1与image2中基准点的偏移量，后期数据处理；经过上述对比处理，6.12mm即为偏移量。实时检测每一模具数值，根据客户需求，如超过5mm报警，即可实时检测。
106.在本发明一优选实施例中，本发明提供的算法处理流程为：
107.(1)若为第一模图像，图示roi区域为现场操作工人手动画取roi区域，对于非第一模图像，图像roi区域由第一模图像基准顺延。后续对图像进行算法处理，算法处理过程每一模图像均一致。
108.(2)可使用自适应阈值做筛选，配合区域膨胀腐蚀将料片边缘待检测区域画取出来；
109.(3)对区域做canny边缘提取，即可以提取出料片边缘待检测位置；
110.(4)将料片边缘线沿着图像行值、列值区域划分，得到特征点，比较第一模具与实时模具特征点的偏移量，即可得到料片偏移量是否超标。
111.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
112.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。