本发明涉及监测技术领域，具体而言，涉及一种异物监测方法、装置及冲压机系统。
背景技术：
冲压机是一种高效的金属加工机床，广泛应用于机械、汽车、航空航天等多个领域的零件加工。冲压机通过上下模具的闭合使得金属变形，得到规定形状的零件。在冲压过程中会出现因为震动等原因导致模具上的螺钉等零部件掉落到下模具上，同时生产中冲压的废料也会粘连在上模具上，被上模具带起后掉落到下模具上。由于下模具存在这些异物会导致模具闭合后破坏整个模具，需要实时监视模具内情况，一旦出现异物掉落或者废料飞起，能够及时停机清理。目前，很多生产企业往往通过操作冲压机的工人查看模具内情况，由操作工人发现异物掉落，及时停机排除异物。但是，由于冲压机是连续作业机床，且冲压频率高，仅用肉眼观察不能满足实际需要，且增加工人的劳动强度。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种异物监测方法，其能够实时监测冲压机的冲压区域中是否有异物存在，精度高并且减少了工人的劳动强度。
本发明的第二目的在于提供一种异物监测装置，其能够实现上述的异物监测方法，其能够有效地监测冲压机的冲压区域是否有异物，并且精度高。
本发明的第三目的在于提供一种冲压系统，其包括了上述的异物监测装置，能够精确地实时监测其冲压区域是否存在异物，节省人力，保障了生产的安全。
本发明的实施例是这样实现的：
一种异物监测方法，应用于冲压机，其包括：
将图像采集设备和背光源相对设置于冲压区域的两侧，利用图像采集设备获取冲压区域图像；
根据冲压区域图像的灰度值信息筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域；
在感兴趣区域中筛选出灰度值处于目标范围内的目标区域；
根据目标区域的几何特征判断冲压区域是否存在异物。
在本发明的一种实施例中，在利用图像采集设备获取冲压区域图像之后，对冲压区域图像进行降噪、平滑预处理。
在本发明的一种实施例中，根据冲压区域图像的灰度值信息筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域，具体包括：
根据冲压区域图像中的最大灰度值确定第一预设灰度值；
筛选出冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域，第一预设灰度值小于最大灰度值；
识别冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域的最大外轮廓。
在本发明的一种实施例中，根据冲压区域图像的灰度值信息筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域，具体还包括：
对最大外轮廓内的区域进行第一次填充处理、腐蚀处理以及第二次填充处理。
在本发明的一种实施例中，在感兴趣区域中筛选出灰度值处于目标范围内的目标区域，具体包括：
根据冲压区域图像中的最小灰度值确定第二预设灰度值；
筛选出感兴趣区域中灰度值小于第二预设灰度值的区域作为目标区域；第二预设灰度值大于最小灰度值，小于第一预设灰度值。
在本发明的一种实施例中，当判定冲压区域存在异物时，发出报警信号。
本发明提供的一种异物监测装置，应用于冲压机，其包括：
背光源；
与背光源相对间隔设置的图像采集设备，图像采集设备用于获取冲压区域图像；
报警装置；以及
与图像采集设备和报警装置电连接的控制器；
其中，控制器包括用于筛选感兴趣区域的区域筛选模块、用于从感兴趣区域中筛选出目标区域的目标筛选模块、用于根据目标区域的几何特征判断是否存在异物的判断模块以及用于控制报警装置的报警控制模块。
在本发明的一种实施例中，区域筛选模块包括：
第一灰度计算单元，用于根据冲压区域图像中最大灰度值确定第一预设灰度值，第一预设灰度值小于冲压区域图像中的最大灰度值；
筛选单元，用于筛选出冲压区域图像中灰度值大于第一预设灰度值的区域；
轮廓识别单元，用于识别冲压区域图像中灰度值大于第一预设灰度值的区域的最大外轮廓；
区域处理单元，用于对最大外轮廓内的区域进行优化处理。
在本发明的一种实施例中，目标筛选模块包括：
第二灰度计算单元，用于根据冲压区域图像中最小灰度值确定第二预设灰度值，第二预设灰度值大于冲压区域图像中的最小灰度值，并小于第一预设灰度值；
目标识别单元，用于识别感兴趣区域图像中灰度值小于第二预设灰度值的区域，以获得目标区域。
本发明的一种冲压系统，其包括冲压机以及如权利要求7-9中任一项的异物监测装置；冲压机包括上模具和下模具，上模具和下模具之间形成冲压区域，背光源与图像采集设备位于冲压区域的两侧并相对设置。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例的异物监测方法包括将图像采集设备和背光源相对设置于冲压区域的两侧，利用图像采集设备获取冲压区域图像；根据冲压区域图像的灰度值信息筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域；在感兴趣区域中筛选出灰度值处于目标范围内的目标区域；根据目标区域的几何特征判断冲压区域是否存在异物。这样可以利用图像灰度识别的方法来监测冲压区域中是否有异物掉落，减少了人力也提高了监测的准确性。
本发明实施例的异物监测装置包括图像采集设备、背光源、控制器以及报警装置，其能够实现上述的监测方法并在判定存在异物时发出报警信号。
本发明实施例的冲压系统包括了上述的异物监测装置以及冲压机，能够精确地实时监测其冲压区域是否存在异物，节省人力，保障了冲压生产的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一种实施例中冲压系统的示意图；
图2为本发明一种实施例中异物监测方法的流程图；
图3为本发明一种实施例中获取冲压区域图像的流程图；
图4为本发明一种实施例中筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域的流程图；
图5为本发明一种实施例中筛选出目标区域的流程图；
图6为本发明一种实施例中控制器的示意图；
图7为本发明一种实施例中图像接收模块的示意图；
图8为本发明一种实施例中区域筛选模块的示意图；
图9为本发明一种实施例中目标筛选模块的示意图。
图中：10-冲压系统；11-下模具；12-背光源；13-图像采集设备；14-高度调节机构；15-报警装置；16-工件；100-控制器；110-图像接收模块；112-接收单元；114-预处理单元；120-区域筛选模块；122-第一灰度计算单元；124-筛选单元；126-轮廓识别单元；128-区域处理单元；130-目标筛选模块；132-第二灰度计算单元；134-目标识别单元；140-判断模块；150-报警控制模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
图1为本发明一种实施例中冲压系统10的示意图。请参照图1，在本发明的一种实施例中，冲压系统10包括了冲压机以及异物监测装置。冲压机包括了上模具(图中未示出)以及下模具11，上模具与下模具11之间形成冲压区域。在一种可选的情况下，带状的工件16沿长度方向送至下模具11的上表面放置，并被上模具冲压成型。
异物监测装置包括图像采集设备13、背光源12、报警装置15以及与所述图像采集设备13和报警装置15电连接的控制器100，控制器100同时也与冲压机电连接。图像采集设备13和背光源12分别设置于冲压区域的两侧，优选地位于带料传输方向的两侧，背光源12的光线朝向图像采集设备13，图像采集设备13的镜头朝向背光源12。图像采集设备13用于获取冲压区域图像，背光源12用于向图像采集设备13提供足够的光线以提高整个冲压区域的亮度，当异物掉落于上模具和下模具11之间时，会遮挡背光源12提供的光线，因此被图像采集设备13捕捉到灰度值较低的区域，从而判断冲压区域存在异物。
当控制器100判定存在异物时，控制器100控制报警装置15发出报警信息，以提醒工人冲压作业发生异常。在本发明的一种实施例中，控制器100在监测到存在异物时，还可以停止冲压机运行，防止生产事故发生。
在本发明的一种实施例中，图像采集设备13为工业相机，其设置于高度调节机构14上，高度调节机构14包括气缸(图中未示出)，气缸与控制器100电连接，使得图像采集设备13的高度可调。在图1的实施例中，可沿工件16的输送方向设置多个图像采集设备13，比如4个，在另一些实施例中，可以根据实际情况对图像采集设备13的个数进行增减；高度调节机构14的气缸可以替换为液压缸、直线电机等其他驱动装置，图像采集设备13也可以设置于高度不可调节的固定支架上。
优选地，背光源12的高度应当大于上下模具11的最大间距，这样使得整个冲压区域能够被照亮，背光源12可选为LED灯。
在本发明的一种实施例中，控制器100可以是存储有程序模块的单片机、PLC或者PC。报警装置15可以发出的报警信号包括闪烁的灯光以及报警声。
图2为本发明一种实施例中异物监测方法的流程图。该异物监测方法可以应用于上述的冲压系统10中，请参照图2并结合图1，在本发明的一种实施例中，异物监测方法包括：
S1、将图像采集设备13和背光源12相对设置于冲压区域的两侧，利用图像采集设备13获取冲压区域图像。
S2、根据冲压区域图像的灰度值信息筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域。
以本发明实施例提供的异物监测装置为例，异物监测装置的控制器100可以包括区域筛选模块，来通过图像的灰度值筛选出感兴趣区域。因为冲压区域的图像内容可能包含不受关注的部分，比如上模具压下时，图像内具有上模具的图像，而感兴趣区域往往是上下模具11之间的部分，感兴趣区域中的异物是容易影响冲压作业的，因此只对感兴趣区域中出现的异物进行监测。
S3、在感兴趣区域中筛选出灰度值处于目标范围内的目标区域。
以本发明实施例提供的异物监测装置为例，异物监测装置的控制器100可以包括目标筛选模块，来从感兴趣区域中筛选出灰度值处于目标范围的目标区域。
S4、根据目标区域的几何特征判断冲压区域是否存在异物。
以本发明实施例提供的异物监测装置为例，异物监测装置的控制器100可以包括判断模块，来判断目标区域的几何特征判断目标区域是否是由异物导致的，从而判断冲压区域是否存在异物，判断的标准可以是大小或/和形状，比如在一个预设方向上的尺寸处于0.5cm～10cm之间可以判定为异物，再比如狭长的细条可能是带状的工件16，因此不会被判断为异物。
在本发明的一种实施例中，当判定存在异物时执行步骤S41：发出报警信号；当判定不存在异物时执行步骤S42：继续进行异物监测。应当理解，在本发明的一些实施例中，步骤S41还可以包括停止冲压机运行。
图3为本发明一种实施例中获取冲压区域图像的流程图。请参照图3，在本发明的一种实施例中，步骤S1中可以包括：
S11、接收图像采集设备13采集的冲压区域图像。
S12、对接收的冲压区域图像进行降噪、平滑预处理。
以本发明实施例提供的异物监测装置为例，异物监测装置的控制器100内可以包括接收单元和预处理单元来分别实现步骤S11和步骤S12。
图4为本发明一种实施例中筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域的流程图。请参照图4，在本发明的一种实施例中，步骤S2具体可以包括：
S21、根据冲压区域图像中的最大灰度值确定第一预设灰度值。
S22、筛选出冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域。其中，第一预设灰度值小于最大灰度值。
S23、识别冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域的最大外轮廓。
S24、对最大外轮廓内的区域进行第一次填充处理、腐蚀处理以及第二次填充处理。
以本发明实施例中的异物监测装置为例，其控制器100中的区域筛选模块可以包括第一灰度计算单元、筛选单元、轮廓识别单元以及区域处理单元，来分别执行步骤S21、步骤S22、步骤S23以及步骤S24。由于采用了背光源12，因此上模具与下模具11之间的区域灰度值较高，亮度较大，将此区域筛选出来作为感兴趣区域，因此也可以理解，在上模具运动过程中，感兴趣区域的轮廓是实时变化的。第一预设灰度值可以是用最大灰度值减去一个偏移量来获得的。例如，最大灰度值是220，可取偏移量20，则第一预设灰度值为200，那么感兴趣区域的标准则为灰度值在200～220的区域。由于感兴趣区域中可能存在异物，导致背光源12的光线被阻挡，图像上则显示灰度值较低。这样的话通过上述的筛选方法会筛掉这部分低灰度值区域，因此，为了保留这部分需要监测的目标区域，识别冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域的最大外轮廓，最大外轮廓内的所有范围都作为感兴趣区域。
具体的，步骤S23可以包括利用边缘识别算法识别出冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域的轮廓，再通过条件筛选算子筛选出最大轮廓。步骤S24可以包括利用漫水填充算法对轮廓进行第一次填充处理；接着进行腐蚀处理，消除掉边缘的反光干扰；再对腐蚀处理后的图像进行第二次填充处理，得到优质的感兴趣区域。
图5为本发明一种实施例中筛选出目标区域的流程图。请参照图5，在本发明的一种实施例中，步骤S3具体可以包括：
S31、根据冲压区域图像中的最小灰度值确定第二预设灰度值。
S32、筛选出感兴趣区域中灰度值小于第二预设灰度值的区域作为目标区域。第二预设灰度值大于最小灰度值，但小于第一预设灰度值。
以本发明实施例中的异物监测装置为例，其控制器100中的目标筛选模块可以包括第二灰度计算单元以及目标识别单元，来分别实现步骤S31和步骤S32。在执行S32步骤前，可以先裁剪出感兴趣区域再进行步骤S32。第二预设灰度值可以通过最小灰度值加上一个偏移量来获得，比如最小灰度值为40，偏移量为20，那么第二预设灰度值为60，感兴趣区域中的目标区域则为灰度值在40～60的区域。
图6为本发明一种实施例中控制器100的示意图。请参照图6，在本发明的一种实施例中，控制器100包括：
图像接收模块110，用于接收图像采集设备13输送的图像信息。
区域筛选模块120，用于筛选出感兴趣区域。
目标筛选模块130，用于从感兴趣区域中筛选出目标区域。
判断模块140，用于根据目标区域的几何特征判断是否存在异物。
报警控制模块150，用于当判定存在异物时控制报警装置15进行报警；在本发明的一些实施例中，报警控制模块150也可以控制冲压机停止运行。
图7为本发明一种实施例中图像接收模块110的示意图。图像接收模块110可以包括：
接收单元112，用于接收图像采集设备13采集的冲压区域图像。
预处理单元114，用于对接收的冲压区域图像进行降噪、平滑预处理。
图8为本发明一种实施例中区域筛选模块120的示意图。区域筛选模块120可以包括：
第一灰度计算单元122，用于根据冲压区域图像中最大灰度值确定第一预设灰度值。
筛选单元124，用于筛选出冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域。其中，第一预设灰度值小于最大灰度值。
轮廓识别单元126，用于识别冲压区域中灰度值大于第一预设灰度值的区域的最大外轮廓。
区域处理单元128，用于对最大外轮廓内的区域进行第一次填充处理、腐蚀处理以及第二次填充处理，以得到优质的感兴趣区域。
图9为本发明一种实施例中目标筛选模块130的示意图。目标筛选模块130可以包括：
第二灰度计算单元132，用于根据冲压区域图像中最小灰度值确定第二预设灰度值。
目标识别单元134，用于筛选出感兴趣区域中灰度值小于第二预设灰度值的区域作为目标区域。其中，第二预设灰度值大于最小灰度值，但小于第一预设灰度值。
当目标区域被选中后，判断模块140可以根据目标区域的尺寸或/和形状来判断该目标区域是否是由冲压区域内的异物造成的，在一些情况下目标区域并非为异物产生；在有些情况下，异物尺寸过于细小可以忽略。当判定为存在异物时，报警控制模块150控制报警装置15发出报警信号，以提醒工作人员冲压作业发生异常，如果判定不存在异物时，则继续监测。
综上所述，本发明的异物监测方法包括将图像采集设备和背光源相对设置于冲压区域的两侧，利用图像采集设备获取冲压区域图像；根据冲压区域图像的灰度值信息筛选出冲压区域图像中的感兴趣区域；在感兴趣区域中筛选出灰度值处于目标范围内的目标区域；根据目标区域的几何特征判断冲压区域是否存在异物。这样可以利用图像灰度识别的方法来监测冲压区域中是否有异物掉落，减少了人力也提高了监测的准确性。
本发明实施例的异物监测装置包括图像采集设备、背光源、控制器以及报警装置，其能够实现上述的监测方法并在判定存在异物时发出报警信号。
本发明实施例的冲压系统包括了上述的异物监测装置以及冲压机，能够精确地实时监测其冲压区域是否存在异物，节省人力，保障了冲压生产的安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。