基于多模式配准的在线检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于多模式配准的在线检测装置，包括自上而下依次安装于机械承载平台上方的模式配准单元和智能照明总成；人工干预单元安装于模式配准单元的右侧，模式配准单元由多个模式配准子单元组成，每个模式配准子单元和人工干预单元均通过交互数据通讯总线分别与中央处理单元连接。本发明同时对检测目标的多个特征信息进行配准分析,实现多个特征信息的分类、汇集和综合，实现高效、精准的在线检测识别；综合了多个特征信息配准的结果，有效实现多特征信息的压缩，减少冗余特征信息，大大减轻硬件系统处理图像信息的压力，提高系统检测精度，综合多模式配准信息的结果为生产线的自动化控制的分析和决策提供有效支撑。
【专利说明】基于多模式配准的在线检测装置
【技术领域】
[0001]本发明属于一种在线检测装置，具体涉及一种基于多模式配准的在线检测装置。
【背景技术】
[0002]在现代工农业生产过程中，在线检测技术已在产品生产、品质检验和质量控制等领域得到了广泛的应用，并逐渐成为现代工业的基础技术之一。在这些应用中，通过对各种产品部件的某个特征进行配准识别，以实现产品的缺陷、划痕、污渍及形状、安装位置的检测，进而消除或减少残次品。相对而言，这是一种传统的图像匹配方法，需要对检测目标的图像灰度等信息进行较为严格的处理，并通过一系列图象算法的优化处理，才能达到满意的识别精度要求。
[0003]但不可避免的是，大部分的生产线均存在各种张力波动、噪声干扰等现象，实际获取到的检测目标图像或多或少的都存在不同情况的拉伸变形、背景复杂等问题。随着在线检测应用场合的复杂化和对检测要求的不断提高，依靠单一的特征信息难以描述检测场景中的全部信息，而传统的在线检测系统利用单一的图像特征模式进行检测识别，在特定的光源等条件下，每次只能获取检测目标的一个特征信息，而往往最终处理后用作检测识别匹配的该特征信息并不符合预期的要求。
[0004]同时，检测现场的不确定性给在线检测系统的运行效率、硬件成本、算法复杂度带来了诸多困难，由于检测目标位置、光源等条件处于变化的场合之中，在很多时候利用单一的特征来识别检测目标，很难达到理想的效果。
[0005]在诸多需要在线检测的现场，很多时候需要对产品的多个特征进行检测，如生产线上对机械产品的表面情况、内部结构损伤、安装位置等进行检测，此时利用单一的模式配准方法其效率和准确度显然很难以满足要求，为快速和精准的实现检测目标的在线检测，有必要设计一种简单、可靠、低成本的技术解决方案。
【发明内容】
[0006]本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种基于多模式配准的在线检测装置。
[0007]本发明的技术方案是:
一种基于多模式配准的在线检测装置，所述检测装置包括机械承载平台、智能照明总成、模式配准单元、人工干预单元、交互数据通讯总线和中央处理单元；模式配准单元和智能照明总成自上而下依次安装于机械承载平台上方；人工干预单元安装于模式配准单元的右侧，模式配准单元由多个模式配准子单元组成，每个模式配准子单元和人工干预单元均通过交互数据通讯总线分别与中央处理单元连接。
[0008]所述模式配准子单元由镜头、传感器、驱动电路、STM32处理器组成；驱动电路由信号采集模块和高速脉冲模块组成，STM32处理器产生信号采集模块和高速脉冲模块工作所需的时序脉冲，高速脉冲模块产生传感器工作所需的高速时序脉冲信号，信号采集模块采集传感器的信号，并将信号传送入STM32处理器处理。
[0009]所述智能照明总成由多个照明光源和光源通讯模块组成，各个照明光源随检测目标的运动方向依次安装，且各个照明光源与各个模式配准子单元一一对应设置，每个照明光源均由灯体、多个发光源、光学辅助配件和多个驱动控制模块组成，灯体由两个相对设置的弧形板组成，发光源均布于灯体内圆周，光学辅助配件安装于灯体下方，各个发光源与各个驱动控制模块--对应连接，每个驱动控制模块均与光源通讯模块连接，光源通讯模块与中央处理单元连接。
[0010]所述中央处理单元由FPGA、DSP、SDRAM和数据存储单元组成，FPGA连接交互数据通讯总线，FPGA和DSP之间连接，DSP和数据存储单元连接，DSP和SDRAM连接。
[0011]本发明的有益效果是:
本发明在一个检测系统中实现了多个模式配准单元，可以同时实现对检测目标的多个特征信息进行配准分析；检测系统的最终输出结果经所有配准单元结果进行综合分析处理后得出，同时检测过程中人工干预单元的实时参与，修正了因现场工况复杂带来的检测失效或错误，有利于专家规则的智能化完善；基于多模式配准的在线检测实现了多个特征信息的分类、汇集和综合，有助于实现检测样本的样本分类统计，实现高效、精准的在线检测识别，提高整个生产线的自动化生产水平；综合了多个特征信息配准的结果，有效实现了多特征信息的压缩，减少了冗余特征信息，减轻硬件系统处理特征信息的压力，提高了系统检测精度；综合了多模式配准信息的结果为生产线自动化控制的分析和决策提供了有效支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明基于多模式配准的在线检测装置的结构示意图；
图2是本发明中模式配准单元的结构示意图；
图3是本发明中模式配准子单元的结构示意图；
图4是本发明中智能照明总成的照明光源的结构示意图；
图5是本发明中中央处理单元的结构示意图。
[0013]其中:
I机械承载平台2检测目标
3智能照明总成4模式配准单元
5人工干预单元6交互数据通讯总线
7中央处理单元8模式配准子单元
9 STM32处理器10驱动电路
11传感器12镜头
13信号采集模块14高速脉冲模块
15光学辅助配件16灯体
17发光源18驱动控制模块
19光源通讯模块20 FPGA
21 DSP22数据存储单元
23 SDRAM。
【具体实施方式】
[0014]下面结合说明书附图及实施例对本发明基于多模式配准的在线检测装置进行详细说明:
如图1所示，一种基于多模式配准的在线检测装置，包括机械承载平台1、智能照明总成3、模式配准单元4、人工干预单元5、交互数据通讯总线6和中央处理单元7 ;模式配准单元4和智能照明总成3自上而下依次安装于机械承载平台I上方；人工干预单元5安装于模式配准单元4的右侧，模式配准单元4由多个模式配准子单元8组成，每个模式配准子单元8和人工干预单元5均通过交互数据通讯总线6分别与中央处理单元7连接。
[0015]如图2、3所示，所述模式配准子单元8由镜头12、传感器11、驱动电路10、STM32处理器9组成；驱动电路10实现了对传感器11的驱动与控制，其由信号采集模块13和高速脉冲模块14组成，由STM32处理器9产生信号采集模块13和高速脉冲模块14工作所需的时序脉冲。高速脉冲模块14负责产生传感器11工作所需的高速时序脉冲信号，信号采集模块13主要负责传感器11信号的采集，所采集到的信号最终送入STM32处理器9进行处理。根据检测目标2的不同，各个模式配准子单元8中的传感器11可以选择可见光CCD、红外CCD等不同类型的传感器，并可以根据需要配置重复的模式配准子单元8以实现重复检测的目的。各个模式配准子单元8中的镜头12、驱动电路10均根据该模式配准子单元8中的传感器11不同和具体的配准要求来设计。STM32处理器9负责模式配准子单元8配准动作的执行并与中央处理单元7进行实时交互，本实施例中STM32处理器9选用ST公司的STM32F103 系列 MCU。
[0016]所述人工干预单元5由键盘或触摸屏等输入设备组成，用以直接输入干预规则，其安装于模式配准单元4的最后一个模式配准子单元8右侧，当所有模式配准子单元8均未能输出有效检测结果或检测结果不理想，由人工干预单元5根据实际情况予以干预，提供人工判决结果。人工干预单元5形成的配准规则可以实时更新到专家规则当中。
[0017]如图4所示，所述智能照明总成3由多个照明光源和光源通讯模块19组成，各个照明光源随检测目标2的运动方向(如图1中箭头所示)依次安装，且各个照明光源与各个模式配准子单元8—一对应设置，每个照明光源均由灯体16、多个发光源17、光学辅助配件15和多个驱动控制模块18组成，灯体16由两个相对设置的弧形板组成，发光源17均布于灯体16内圆周，光学辅助配件15安装于灯体16下方，各个发光源17与各个驱动控制模块
18--对应连接，每个驱动控制模块18均与光源通讯模块19连接，光源通讯模块19与中央处理单元7连接。智能照明总成3中的每个照明光源均根据模式配准单元4中每个模式配准子单元8的不同为该子单元提供不同的照明光源，每个照明光源均可以根据需要提供不同的照明方向、照射角度、光源颜色及不同的光源光谱。如检测芯片表面的印刷字符时，可以控制光源以低角度进行照明，从而突出字符。每个照明光源中驱动控制模块18均与光源通讯模块19连接用以接受光源配置命令。灯体16可以根据检测的需要设计为穹形或环形的结构，发光源17可以选择LED、红外卤素灯等光源，驱动控制模块18主要实现光源的驱动与控制，合理的选用光学辅助配件15可以有效提高本发明中检测系统的照明质量，根据现场工况和实际检测的要求光学辅助配件15 —般可以选用偏振片或漫射板等光学元件，驱动控制模块18负责光源的驱动控制，而中央处理单元6通过光源通讯模块19可以实现对单独某个照明光源的实时控制。
[0018]如图5所示，所述中央处理单元7负责整个检测系统的协调与控制，其通过交互数据通讯总线6与模式配准单元4的各个模式配准子单元8和人工干预单元5连接，实现配准运行时与各配准子单元数据的实时交互，其通过与智能照明总成3的连接实现对各配准子单元对应的照明光源的配置。中央处理单元6主要由现场可编程门阵列FPGA (FieldProgrammable Gate Array) 20、数字信号处理器 DSP(Digital Signal Processor) 21、同步动态随机存储器 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) 23 和数据存储单元22组成。其中FPGA 20作为DSP信号处理器的协处理器，主要完成光源控制、驱动与预处理、总线管理以及一些低阶的逻辑功能，而DSP主要负责完成规则样本学习、决策结果处理等高阶处理算法。SDRAM 23和数据存储单元22分别用于中央处理单元6高速工作时的存储与读取，如专家规则的智能学习与实时更新等。这种平台架构，提高了系统工作效率，提升了系统的整体性能。
[0019]本发明的使用方法:
(i )初始化
根据检测目标2的检测要求，利用人工搜集检测样本，初步确定合适配准模式和配准规则(SI);
(ii)优化配准规则
设置综合专家配准规则，结合现场工况，依次确定模式配准单元4中各个模式配准子单元8的配准规则并进行优化，优化后的配准规则输入中央处理单元7的数据存储单元22中(S2)；
(iii)模式配准单元配置
根据步骤(? )中的规则和检测目标2的具体检测要求，对模式配准单元4中各个模式配准子单元8进行配置，包括传感器11和镜头12的选择(S3);
(iv)照明光源配置
结合步骤(iii)中对应传感器11和镜头12的选择，选用合适照明光源，通过中央处理单元7对智能照明总成3中各个照明光源进行控制，根据各个照明光源对应的模式配准子单元8，配置合适的照明程序方案(S4);
(V)启动配准程序
中央处理单元7通过交互数据通讯总线6将各个模式配准子单元8的配准规则下发至该模式配准子单元8，当检测目标2依次经过第i个模式配准子单元、第ii个模式配准子单元2……第η个模式配准子单元等子单元时，对应模式配准子单元8开始运行S5 ;
(vi)配准结果判定
模式配准单元4中各个模式配准子单元8分别将配准结果送至中央处理单元7，中央处理单元7对各个配准结果进行综合运算处理(S6);
(ν?)修改专家规则
若与设置的预期检测目标不相符合，通过人工干预单元5直接修改综合专家配准规则
(S7)，重新开始步骤(i )执行检测，直至检测结果符合预期；
(viii)结束
若与设置的预期检测目标相符合，则该次检测结束(S8)。
[0020]本发明的主要优点有:
(-)在一个检测系统中实现了多个模式配准单元，可以同时实现对检测目标的多个特征信息进行配准分析。
[0021]㈡检测系统的最终输出结果经所有配准单元结果进行综合分析处理后得出，同时检测过程中人工干预单元的实时参与，修正了因现场工况复杂带来的检测失效或错误，有利于专家规则的智能化完善。
[0022]㈢基于多模式配准的在线检测实现了多个特征信息的分类、汇集和综合，有助于实现检测样本的样本分类统计，实现高效、精准的在线检测识别，提高整个生产线的自动化生产水平。
[0023](H)综合了多个特征信息配准的结果，有效实现了多特征信息的压缩，减少了冗余特征信息，减轻硬件系统处理特征信息的压力，提高了系统检测精度。
[0024]?综合了多模式配准信息的结果为生产线自动化控制的分析和决策提供了有效支撑。
【权利要求】
1.一种基于多模式配准的在线检测装置，其特征在于:所述检测装置包括机械承载平台(I)、智能照明总成(3)、模式配准单元(4)、人工干预单元(5)、交互数据通讯总线(6)和中央处理单元(7);模式配准单元(4)和智能照明总成(3)自上而下依次安装于机械承载平台(I)上方；人工干预单元(5)安装于模式配准单元(4)的右侧，模式配准单元(4)由多个模式配准子单元(8 )组成，每个模式配准子单元(8 )和人工干预单元(5 )均通过交互数据通讯总线(6)分别与中央处理单元(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于多模式配准的在线检测装置，其特征在于:所述模式配准子单元(8 )由镜头(12 )、传感器(11)、驱动电路(10 )、STM32处理器(9 )组成；驱动电路(10)由信号采集模块(13)和高速脉冲模块(14)组成，STM32处理器(9)产生信号采集模块(13)和高速脉冲模块(14)工作所需的时序脉冲，高速脉冲模块(14)产生传感器(11)工作所需的高速时序脉冲信号，信号采集模块(13)采集传感器(11)的信号，并将信号传送入STM32处理器(9)处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于多模式配准的在线检测装置，其特征在于:所述智能照明总成(3 )由多个照明光源和光源通讯模块(19 )组成，各个照明光源随检测目标(2 )的运动方向依次安装，且各个照明光源与各个模式配准子单元(8)—一对应设置，每个照明光源均由灯体(16)、多个发光源(17)、光学辅助配件(15)和多个驱动控制模块(18)组成，灯体(16)由两个相对设置的弧形板组成，发光源(17)均布于灯体(16)内圆周，光学辅助配件(15)安装于灯体(16)下方，各个发光源(17)与各个驱动控制模块(18) 一一对应连接，每个驱动控制模块(18)均与光源通讯模块(19)连接，光源通讯模块(19)与中央处理单元(7)连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于多模式配准的在线检测装置，其特征在于:所述中央处理单元(7)由FPGA (20),DSP (21),SDRAM (23)和数据存储单元(22)组成，FPGA (20)连接交互数据通讯总线(6)，FPGA (20)和DSP (21)之间连接，DSP (21)和数据存储单元(22)连接，DSP (21)和 SDRAM (23)连接。
【文档编号】G01N21/88GK104483324SQ201410790349
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】徐晓明, 胥和平, 刘恩树, 马常松, 王志为 申请人:核工业理化工程研究院华核新技术开发公司