本發(fā)明屬于澆注液面檢測領(lǐng)域，具體說是一種基于激光光源的真空澆注液面視覺檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、真空澆注技術(shù)是指在真空環(huán)境下采用環(huán)氧樹脂澆注成型的技術(shù)。相對常壓注成型技術(shù)，真空澆注成型可以更容易排出澆注料中的氣泡，大大提高制品質(zhì)量。在澆注過程中,澆口杯、鑄件和冒口杯做在一個(gè)砂型中，彼此連通。上半部分是澆口杯,下半部分是鑄件，鑄件與冒口杯底部相連通。澆注液體經(jīng)過澆口杯注入下半部分的鑄件，并從底部流入冒口杯中，同時(shí)冒口杯液面上升。通過不斷在澆口杯中注入材料液體，并保持澆口和冒口液面相當(dāng)，當(dāng)冒口杯和澆口杯均滿時(shí)，澆注完成。當(dāng)注入澆口杯中的液體流量過大時(shí),由于澆注液體有一定的粘稠度，冒口液面上升速度跟不上澆口液體流入速度，的液體會從澆口杯中流出，產(chǎn)生浪費(fèi)。當(dāng)液體流量過小時(shí),不能快速在澆口杯中建立液面,會產(chǎn)生次品。因此需要實(shí)時(shí)監(jiān)控和測量澆口杯和冒口杯中液位的高度。但在真空高溫的情況下很難使用一般的傳感器來測量液位高度。如何在真空高溫的條件下實(shí)時(shí)監(jiān)控和測量澆口杯和冒口杯中液位的高度成為一個(gè)難點(diǎn)。

2、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究方向主要集中采用相機(jī)采集液面圖像，利用控制算法和圖像處理方法,提取澆注液面的圖像特征信息,然后利用己有信息更好的來控制澆注過程,取得較理想的澆注效果。目前，成型自動(dòng)視覺澆注系統(tǒng),圖像處理采用簡單的面積法,利用對采集圖像液面面積的計(jì)算，間接判斷液面是否達(dá)到固定高度，存在以下幾個(gè)方面不足：

3、1)受外界光照影響，采集液面圖像在不同的光照下，灰度或顏色都會存在差異，造成系統(tǒng)對液面圖像面積統(tǒng)計(jì)的失真，大大影響自動(dòng)視覺澆注系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

4、2)受到澆口杯和冒口杯直徑變化影響，液面面積判斷閾值隨之變化。在實(shí)際的澆注過程中，根據(jù)鑄件的不同，澆口杯和冒口杯直徑會相應(yīng)改變，應(yīng)用圖像液面面積方法，降低了自動(dòng)視覺澆注系統(tǒng)控制準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是提供一種基于激光光源的真空澆注液面視覺檢測裝置及方法，以克服上述成型自動(dòng)視覺澆注系統(tǒng)的缺陷。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于激光光源的真空澆注液面視覺檢測裝置，包括：圖像處理主機(jī)、澆注料口控制器、澆注單元、激光單元以及圖像采集單元；

3、所述圖像采集單元設(shè)于澆筑單元正上方，且通過主機(jī)連接線纜與圖像處理主機(jī)連接，用于接收拍攝指令，并將采集到激光輻照的澆注單元液面圖像發(fā)送至圖像處理主機(jī)進(jìn)行處理；

4、所述激光單元與圖像處理主機(jī)連接，用于接收圖像處理主機(jī)的開啟指令，向澆注單元發(fā)射激光；

5、所述澆注料口控制器通過控制器線纜與圖像處理主機(jī)連接，且所述澆筑單元與澆注料口控制器連接，用于接收到圖像處理主機(jī)的澆注指令，根據(jù)自動(dòng)判斷規(guī)則完成澆注流程；

6、所述圖像處理主機(jī)，用于接收到激光輻照的澆注單元液面圖像進(jìn)行圖像處理操作，并根據(jù)得到處理后的圖像，通過圖像激光線位置檢測算法測量出液面高度。

7、所述澆注單元，包括：真空澆注箱以及設(shè)置在其內(nèi)部的澆注料口、澆口杯、冒口杯以及鑄件模具；

8、所述鑄件模具設(shè)于真空澆注箱內(nèi)部中心處，鑄件模具頂面兩端對稱設(shè)有澆口杯和冒口杯；所述澆口杯的杯口正上方與澆注料口相對應(yīng)；所述冒口杯的杯口正上方與圖像采集單元相對應(yīng)；

9、所述真空澆注箱內(nèi)對應(yīng)澆口杯一側(cè)頂部設(shè)有激光單元；

10、所述澆注料口通過線纜與澆注料口控制器連接，用于接收澆注料口控制器的控制進(jìn)行澆注操作。

11、所述圖像采集單元，包括：玻璃片和相機(jī)；

12、所述玻璃片嵌設(shè)于真空澆注箱頂面上，且正對于澆口杯和冒口杯的杯口上方；在玻璃片上方設(shè)有相機(jī)；

13、所述相機(jī)為高分辨率彩色相機(jī)，所述相機(jī)的視場方向垂直于玻璃片，且相機(jī)的視場覆蓋于澆口杯和冒口杯的液面；

14、所述相機(jī)通過主機(jī)連接線纜與圖像處理主機(jī)連接，以接收拍攝指令，并將采集到的圖像發(fā)送至圖像處理主機(jī)。

15、所述玻璃片為帶通濾光鋼化玻璃片；

16、所述玻璃片的厚度為15mm～20mm；玻璃片表面涂有窄帶濾波涂層，允許通過光線波長范圍為：500nm～600nm之間；

17、所述激光單元，包括：線激光光源以及與其連接的光源控制器；

18、所述線激光光源設(shè)于真空澆注箱內(nèi)的頂部，其發(fā)射的激光覆蓋于澆口杯和冒口杯的液面；

19、所述光源控制器與圖像處理主機(jī)連接，用于接收圖像處理主機(jī)指令，開啟線激光光源。

20、一種基于激光光源的真空澆注液面視覺檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：

21、1)圖像處理主機(jī)通過光源控制器打開線激光光源，線激光光源將激光線投射在澆口杯和冒口杯的液面上，并向澆口控制器發(fā)送澆注指令，開始向澆口杯內(nèi)注入原料，澆注料口的入料速度分為快速擋位和慢速擋位，開始澆注時(shí)，澆口控制器控制澆注料口采用快速擋位進(jìn)行澆注；

22、2)圖像處理主機(jī)向相機(jī)發(fā)送拍攝指令，同時(shí)，接收來自相機(jī)的圖像，并對圖像進(jìn)行圖像處理操作，得到處理后的圖像；

23、3)設(shè)定液面高度的警戒線和安全線；圖像處理主機(jī)根據(jù)處理后的圖像，通過圖像激光線位置檢測算法測量出液面高度；

24、4)圖像處理主機(jī)根據(jù)圖像種解算的澆口杯和冒口杯液面高度，根據(jù)自動(dòng)判斷規(guī)則完成澆注流程；

25、5)當(dāng)冒口液面高度達(dá)到警戒線后，澆注完成。

26、所述步驟2)，具體為：

27、2-1)對激光線散斑圖像進(jìn)行預(yù)處理：分別對激光線散斑圖像進(jìn)行激光成像參數(shù)計(jì)算、高斯增益系數(shù)計(jì)算、自適應(yīng)對比度圖像增強(qiáng)操作；

28、2-2)獲取完成預(yù)處理的圖像中激光線斷點(diǎn)的位置，并對圖像進(jìn)行灰度膨脹運(yùn)算；

29、2-3)通過高斯濾波、hessian矩陣變換的方法對圖像的激光線中心坐標(biāo)進(jìn)行提取。

30、所述通過圖像激光線位置檢測算法測量出液面高度，具體為：

31、3-1)設(shè)定點(diǎn)a為滿液面時(shí)激光線上的一點(diǎn)，點(diǎn)b為當(dāng)前液面高度下的激光線上的一點(diǎn)，點(diǎn)c為激光光源的發(fā)射點(diǎn)；

32、3-2)將點(diǎn)a、b、c形成一個(gè)三角形切面，則當(dāng)前液面與杯口平面的高度差h為：

33、h＝tanθ×l

34、其中，θ為激光光源和液面之間的夾角，l為滿液面時(shí)激光線和當(dāng)前液面高度下的激光線之間的水平距離；

35、3-3)設(shè)定a1為a的垂直投影，得到滿液面時(shí)激光線和當(dāng)前液面高度下的激光線之間的水平距離l，即：

36、l＝pl×ε

37、其中，pl為滿液面時(shí)激光線和當(dāng)前液面高度下的激光線之間的圖像像素個(gè)數(shù),ε為成像系統(tǒng)的最小測量長度，其單位為mm/pixel；

38、3-4)根據(jù)步驟3-2)～步驟3-3)，進(jìn)而當(dāng)前液面與杯口平面的高度差h為：

39、h＝tanθ×pl×ε

40、3-5)根據(jù)三角形原理，獲取到澆口杯或冒口杯液面高度uh，即：

41、uh＝ul-h

42、其中，ul為澆口杯或冒口杯的垂直高度，uh為澆口杯或冒口杯液面高度。

43、所述根據(jù)自動(dòng)判斷規(guī)則完成澆注流程，具體為：

44、4-1)當(dāng)澆口杯和冒口杯液面高度均低于安全線，向澆口控制器發(fā)送快速擋位注入原料指令；

45、4-2)當(dāng)澆口杯或冒口杯液面高度在安全線和警戒線之間，向澆口控制器發(fā)送慢速擋位注入原料指令；

46、4-3)當(dāng)澆口杯或冒口杯液面高度高于警戒線，向澆口控制器停止?jié)沧⒅噶睢?/p>

47、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

48、1、本發(fā)明一種基于激光光源的真空澆注液面視覺檢測裝置的自動(dòng)控制澆注裝置和方法，能否解決人工澆注中澆注液面控制問題，極大的提高了澆注效率，并同時(shí)較少了由于人工監(jiān)控液面位置不準(zhǔn)確而引起的物料溢出的資源浪費(fèi)問題和減少次品的概率。

49、2、發(fā)明了一種基于線激光的液面高度的計(jì)算方法,解決了現(xiàn)有的視覺澆注系統(tǒng)采用的面積法間接判斷液面高度，因受外界光照變化影響下而造成計(jì)算不準(zhǔn)確的問題，大大提升了自動(dòng)視覺澆注系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

50、3、本文發(fā)明一種基于一種激光散斑光條中心提取方法，可以極大提升在實(shí)際應(yīng)用場景中液面高度計(jì)算的準(zhǔn)確程度，從而提升了自動(dòng)視覺澆注系統(tǒng)的控制準(zhǔn)確性。