基于机器视觉的装载机三项和时间在线检测系统及方法

本发明涉及在线检测，更具体的说是涉及一种基于机器视觉的装载机三项和时间在线检测系统及方法。

背景技术：

1、轮式装载机的三项和时间即是轮式装载机完成一个铲斗举升、卸料、下降的完整装卸动作这三项总和的时间，是一项评价装载机工作能力的重要指标，直接决定了装载机工作效率，并且是装载机出产必须检测的一项技术指标，这就使得轮式装载机的三项和时间测量技术的精度与效率变得尤为重要。

2、目前轮式装载机三项和时间测量技术有两种，一是利用人工掐表进行多次多组的时间测量，去掉个别偏差较大的数值，再求其平均值，并以此作为测试结果输出。这种方法操作简单，成本低廉，一般偶尔使用在对所测的时间精度要求不高的场合使用。

3、第二种是在装载机上安装如液压传感器、角度传感器、位移传感器等各类传感器，收集轮式装载机在铲斗举升、卸料、下降的过程中的装载机液压压力、铲斗抬升角度、铲斗运动起止点位置等技术数据，将这些数据传入提前设计好的计算机程序中，进行数据分析，计时换算输出所得的测试结果，是目前企业主流的测量轮式装载机三项和时间方法，用各类传感代替人工掐表，自动化程度高、提高了测试效率、减低企业运行的人工成本，测得数据结果相较于第一种，其精度有了质的飞跃。

4、第一种利用人工掐表计时来测轮式装载机三项和时间，因为人工操作受影响因素太多，误差大，现代化的大型企业早已淘汰不再使用。

5、现如今的轮式装载机三项和时间测量技术基本都是第二种，利用基于各类传感器来获得各种技术数据，然后再将这些数据指标传入计算机进行处理，获得测试结果。这其中就有以下几个问题及缺陷：

6、1、测量误差较大。现如今的轮式装载机三项和时间在线检测技术各个工作环节太多太复杂，人工参与环节较多，误差易积累；从最开始的收集这些技术参数的传感器自身的设计误差、安装误差、观测误差、到最后输入计算机处理出结果等一系列过程中的每一步都不可避免存在各种误差，使得最后得到的结果与实际差距较大。

7、2、测量费用较高。相较于利用机器视觉测量，传统的轮式装载机三项和时间在线检测技术为了获得参数往往需要各类传感器，而一旦对测量精度要求高点所需的传感器费用较高昂。并且如果被测对象因为自身设计的原因，一般量产化的传感器还无法安装观测，需要定制的专门为检测这一产品的参数而设计的话价格就更加昂贵。

8、3、在线检测方案开发周期长，测量过程耗时较久。需要对检测被测对象的传感器进行设计，选择安装方案，现场调试，程序开发，程序调试等等，如果换下一个同类型的测试对象，又要重新安装调试，开发周期和测量耗时较久。

9、4、现如今的轮式装载机三项和时间在线检测技术都是接触式测量，在安装检测过程中安全性较低，易对被测对象造成损失。

10、以上技术问题是目前利用基于各类传感器来测量轮式装载机三项和时间所无法解决的，因此，如何克服传感器测量导致的测量精度低、费用高、周期长、安全性低等缺陷，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于机器视觉的装载机三项和时间在线检测系统及方法，利用机器视觉技术来测量装载机三项和时间的方法，从根本上解决了以上技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于机器视觉的装载机三项和时间在线检测系统，包括视觉捕捉摄像头、图像处理模块、显示模块、数据库模块，所述视觉捕捉摄像头、图像处理模块、显示模块依次连接，所述数据库模块分别与视觉捕捉摄像头、图像处理模块、显示模块连接，其中：

4、所述视觉捕捉摄像头，用于分别采集装载机在铲斗举升阶段、卸料阶段、下降阶段的图像数据；

5、所述图像处理模块，用于对所述图像数据进行图像处理，分别得到铲斗举升阶段、卸料阶段、下降阶段的起止点；依据铲斗举升阶段、卸料阶段、下降阶段的起止点，得到装载机三项和时间；

6、所述显示模块，用于显示装载机三项和时间；

7、所述数据库模块，用于存储每台装载机信息及其图像数据、三项和时间。

8、可选的，所述图像处理模块包括应用处理器和图像处理器，所述视觉捕捉摄像头的输出端与图像处理器的输入端连接，所述图像处理器的输出端与应用处理器的输入端连接。

9、可选的，所述显示模块包括led显示屏。

10、可选的，所述led显示屏用于显示装载机三项和时间，还用于进行操作指令的文字提示。

11、可选的，还包括扬声器，与led显示屏连接，用于进行操作指令的语音提示。

12、可选的，所述数据库模块包括存储器，为内存条或tf卡。

13、一种基于机器视觉的装载机三项和时间在线检测方法，包括以下步骤：

14、分别采集装载机在铲斗举升阶段、卸料阶段、下降阶段的图像数据；

15、对所述图像数据进行图像处理，分别得到铲斗举升阶段、卸料阶段、下降阶段的起止点；依据铲斗举升阶段、卸料阶段、下降阶段的起止点，得到装载机三项和时间；

16、显示装载机三项和时间；

17、存储每台装载机信息及其图像数据、三项和时间。

18、可选的，在采集图像数据时，通过视觉捕捉识别装载机及其铲斗和动臂，拍摄装载机在铲斗举升阶段、卸料阶段、下降阶段的图像数据。

19、可选的，装载机在铲斗举升阶段的图像数据是指装载机负载时铲斗举升阶段的图像数据。

20、可选的，装载机在卸料阶段、下降阶段的图像数据是指装载机空斗时卸料阶段、下降阶段的图像数据。

21、可选的，所述图像处理的过程包括：颜色分割、背景分割、二值化、形态学处理、颗粒分析、目标特征提取、姿态分析、生成曲线、曲线滤波、梯度及趋势分析、拐点捕捉、计时换算。

22、经由上述的技术方案可知，本发明公开了一种基于机器视觉的装载机三项和时间在线检测系统及方法，与现有技术相比，本发明首次将机器视觉处理技术引入装载机三项和时间在线检测中，通过对系统设备、工艺流程进行优化，解决了现有技术中存在的缺陷，完美避免了目前在测量装载机三项和时间时遇到的测量误差较大、成本较高、耗时较久等难以解决的技术问题；拥有适应范围广、自动化程度高、无需与被测对象接触从而不在测试过程中损伤被测对象等优点，具体有益效果如下：

23、(1)本发明首次在工程机械领域应用机器视觉动态跟踪捕捉技术，实现高精度三项和时间的检测(检测精度0.0625s)，弥补了人工掐表计算精度差，可靠性低的缺点；同时实现了三项和数据与整机号数据绑定关联，避免人工填表造成人工对数据不准确性的干扰。

24、(2)本发明无需设计传感器和传感器安装位置，测量方案开发周期短；无需安装和调试传感器，全程自动化操作，测量耗时短。

25、(3)本发明提供了三项和检测过程中的数据完整保存，可随时重复调研分析产品的检测过程，为产品研发及质量追溯、数据重现提供了可靠的分析数据。

26、(4)本发明替代了该工序的人力(只需1人/工位)投入，使得该工序从目前的抽检变成全检成为可能。

27、(5)本发明采用视觉非接触式测量，具有成本低、安全性高，对产品无损伤。

28、(6)本发明方案可移植性强，可以后期通过小幅度算法修改即可移植到对例如挖掘机、推土机等工程机械上，用于测算其有效工作时间利用系数。