本發(fā)明涉及工業(yè)檢測技術(shù)，特別涉及一種基于工業(yè)以太網(wǎng)的柔性在線檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于機(jī)器視覺的在線檢測技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣,也出現(xiàn)了很多應(yīng)用于具體行業(yè)和應(yīng)用的專用在線檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)往往需要根據(jù)具體檢測任務(wù)選用專用的硬件并且編制專用的軟件。由于自動(dòng)化生產(chǎn)線上的需求比較多樣化，市場變化也非?？?，所以對檢測模塊和設(shè)備的柔性要求比較高。而傳統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較固化,軟件和硬件的配置性較差,所以新的設(shè)備研發(fā)成本高，研發(fā)周期長，對市場的反應(yīng)比較慢。后期的系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)的比較困難。自動(dòng)化生產(chǎn)線還有一個(gè)趨勢就是速度向著高速化方向發(fā)展，而且對產(chǎn)品質(zhì)量和多樣性的要求越來越高，也就是需要的檢測項(xiàng)目也在逐漸增加。因此對在線檢測系統(tǒng)的處理能力和靈活性有了更高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種基于工業(yè)以太網(wǎng)的柔性在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很高的柔性,可配置性和可擴(kuò)展性，可以應(yīng)用到自動(dòng)化生產(chǎn)線上幾乎所有的在線檢測模塊上。利用該系統(tǒng)可以預(yù)先不固定具體的檢測應(yīng)用，而通過將系統(tǒng)模塊化軟件配置可以實(shí)現(xiàn)不同的具體的檢測任務(wù)。利用該系統(tǒng)可以大大降低新產(chǎn)品的研發(fā)成本和開發(fā)周期。能夠加快在線檢測產(chǎn)品投向市場的能力并更好的滿足行業(yè)內(nèi)客戶的需求。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于工業(yè)以太網(wǎng)的柔性在線檢測系統(tǒng)，包括分布于工業(yè)以太網(wǎng)上的信號(hào)采集元器件、控制器、工業(yè)PC主機(jī)，其中，

信號(hào)采集元器件，包括與工業(yè)PC主機(jī)相連接數(shù)字相機(jī)、與控制器連接傳感器；

工業(yè)PC主機(jī)，完成圖像的采集和圖像處理任務(wù)，以及運(yùn)行系統(tǒng)的人機(jī)交互界面；

控制器，完成被檢測物在生產(chǎn)線上的跟蹤，控制數(shù)字相機(jī)拍照、傳感器采集數(shù)據(jù)以及對被檢測物最后的執(zhí)行動(dòng)作。

優(yōu)選的，所述工業(yè)以太網(wǎng)上還連接有工業(yè)PC構(gòu)成的計(jì)算單元，用于擴(kuò)展檢測系統(tǒng)的運(yùn)算能力；每個(gè)計(jì)算單元上運(yùn)行一個(gè)客戶服務(wù)程序，該服務(wù)程序和工業(yè)PC主機(jī)通訊，執(zhí)行系統(tǒng)的自動(dòng)發(fā)布任務(wù)。

優(yōu)選的，檢測系統(tǒng)的一個(gè)檢測任務(wù)實(shí)現(xiàn)包含三個(gè)環(huán)節(jié)：信號(hào)采集元器件采集數(shù)據(jù)、工業(yè)PC主機(jī)和計(jì)算單元處理和分析數(shù)據(jù)、控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；

檢測系統(tǒng)把檢測任務(wù)分解成多個(gè)檢測步驟，各檢測步驟共同完成一個(gè)完整的檢測任務(wù)，檢測任務(wù)可以包含多個(gè)檢測項(xiàng)目；

一個(gè)檢測步驟作為一個(gè)計(jì)算任務(wù)由系統(tǒng)分配到工業(yè)以太網(wǎng)上任意一臺(tái)計(jì)算單元或工業(yè)PC主機(jī)上；

在檢測系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，檢測任務(wù)由工業(yè)PC主機(jī)分配到指定的計(jì)算單元上，并且在計(jì)算單元上啟動(dòng)檢測程序；檢測程序自動(dòng)和主程序通訊組成一個(gè)動(dòng)態(tài)的檢測系統(tǒng)。

優(yōu)選的，檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集包括相機(jī)圖像采集和傳感器信號(hào)采集。

所述傳感器信號(hào)采集是通過控制器的輸入輸出和傳感器連接取得數(shù)據(jù)，最終通過工業(yè)以太網(wǎng)從控制器傳遞給工業(yè)PC主機(jī)，通過軟件的配置定義需要采集的輸入輸出通道，控制器每個(gè)執(zhí)行周期將這些通道的值實(shí)時(shí)采集，并且將數(shù)據(jù)打包通過UDP通訊協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)廣播傳送數(shù)據(jù)；需要傳感器信號(hào)的檢測程序通過以太網(wǎng)廣播數(shù)據(jù)包取得數(shù)據(jù)，并且將歷史數(shù)據(jù)按照參考信號(hào)進(jìn)行排序存儲(chǔ)。

所述相機(jī)圖像采集是通過工業(yè)PC主機(jī)利用相機(jī)驅(qū)動(dòng)程序來取得圖像，在工業(yè)PC主機(jī)系統(tǒng)軟件中加入一個(gè)中間層，定義一個(gè)通用的相機(jī)操作接口，對不同廠商以及不同接口的相機(jī)分別調(diào)用各自的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)通用接口中具體的功能，包裝成一個(gè)單獨(dú)的動(dòng)態(tài)連接庫。

優(yōu)選的，所述工業(yè)PC主機(jī)和計(jì)算單元通過檢測樹技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊化的圖像和數(shù)據(jù)處理；所述檢測樹技術(shù)是將一個(gè)個(gè)小的圖像和數(shù)據(jù)處理的算法串聯(lián)起來，形成鏈條，若干鏈條再形成檢測樹，檢測樹上的每一個(gè)算法都是通用的算法，完成一定的處理任務(wù)，通過通用的圖像處理庫和檢測樹搭建出大型的圖像處理應(yīng)用。

優(yōu)選的，所述檢測系統(tǒng)包括一個(gè)通用的圖像處理算法庫，圖像處理庫中的算法按照用途和功能進(jìn)行分類，通過軟件平臺(tái)根據(jù)檢測任務(wù)的需要搭建圖像處理鏈。

優(yōu)選的，在線檢測系統(tǒng)中執(zhí)行動(dòng)作包括觸發(fā)相機(jī)，開始采集信號(hào)，觸發(fā)剔除裝置，或者是將計(jì)算的結(jié)果通過工業(yè)總線發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；在控制器中把常用的控制定義成一個(gè)個(gè)動(dòng)作，然后將常用的動(dòng)作建立一個(gè)動(dòng)作庫以供調(diào)用；控制器程序跟蹤檢測對象，在固定的時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行動(dòng)作庫當(dāng)中的動(dòng)作；控制的邏輯通過配置文件描述并傳遞給控制器；控制器上運(yùn)行一個(gè)控制解釋程序，根據(jù)定義的跟蹤邏輯和動(dòng)作作出實(shí)際的控制動(dòng)作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1．本發(fā)明所提供的基于工業(yè)以太網(wǎng)的柔性在線檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)比較固定，可以通用于不同行業(yè)內(nèi)各種不同在線檢測設(shè)備。

2．本發(fā)明的在線檢測系統(tǒng)將圖像和數(shù)據(jù)的采集，處理以及控制邏輯都通用化，相對于傳統(tǒng)的專用在線檢測系統(tǒng)，具有新設(shè)備研發(fā)周期短，研發(fā)和維護(hù)成本低，系統(tǒng)的升級(jí)換代簡單，并且具有很好的延續(xù)性。

3. 本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理通過利用一個(gè)通用的圖像處理庫和檢測樹技術(shù),可以將通用的算法搭建出不同的圖像處理應(yīng)用,使得一套檢測系統(tǒng)應(yīng)用于所有檢測設(shè)備成為可能。相對于傳統(tǒng)的圖像處理方法，具有算法和應(yīng)用分開的優(yōu)勢，具有很好的可配置性和可擴(kuò)展性。

4．本發(fā)明的在線檢測系統(tǒng)使用基于工業(yè)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和并且應(yīng)用以太網(wǎng)內(nèi)并行計(jì)算技術(shù)，使得系統(tǒng)的圖像采集單元和運(yùn)算單元非常容易擴(kuò)展。使用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超高速的大型檢測系統(tǒng)，在技術(shù)上為在線檢測系統(tǒng)跨行業(yè)提供了可能性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)的柔性在線檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2為本發(fā)明所述的通用相機(jī)操作接口的中間層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 為本發(fā)明所述的檢測樹技術(shù)的示意圖；

圖4為實(shí)施例中控制器一個(gè)配置文件的實(shí)例示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明所揭示的基于工業(yè)以太網(wǎng)的柔性在線檢測系統(tǒng)，包括信號(hào)采集元器件、控制器和工業(yè)PC主機(jī)，其中：信號(hào)采集元器件包括數(shù)字相機(jī)、傳感器，數(shù)字相機(jī)和工業(yè)PC主機(jī)相連接，傳感器的信號(hào)和控制器通過導(dǎo)線或者工業(yè)總線連接；工業(yè)PC主機(jī)完成圖像的采集和圖像處理任務(wù)，以及運(yùn)行系統(tǒng)的人機(jī)交互界面；控制器完成被檢測物在生產(chǎn)線上的跟蹤，控制數(shù)字相機(jī)拍照、傳感器采集數(shù)據(jù)以及對被檢測物最后的執(zhí)行動(dòng)作。所述工業(yè)PC主機(jī)和控制器之間通過工業(yè)以太網(wǎng)連接、通過TCP/IP以及UDP協(xié)議通訊。所述工業(yè)以太網(wǎng)上還連接有工業(yè)PC構(gòu)成的計(jì)算單元，用于擴(kuò)展檢測系統(tǒng)的運(yùn)算能力。工業(yè)以太網(wǎng)上還連接有3G或4G模塊，通過3G或4G模塊將檢測系統(tǒng)和外界相連接，將檢測系統(tǒng)的生產(chǎn)報(bào)告和診斷數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給管理人員的移動(dòng)通訊裝置。

一個(gè)檢測任務(wù)使用一個(gè)或者多個(gè)相機(jī)以及信號(hào)通道采集數(shù)據(jù)。檢測任務(wù)的實(shí)現(xiàn)通過檢測程序軟件來實(shí)現(xiàn)。檢測軟件運(yùn)行在工業(yè)PC主機(jī)上面。而實(shí)時(shí)的控制任務(wù)通過控制器來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)檢測系統(tǒng)可以有多個(gè)檢測任務(wù)，一個(gè)主機(jī)工業(yè)PC主機(jī)可以運(yùn)行一個(gè)或者多個(gè)檢測程序。當(dāng)工業(yè)PC主機(jī)的運(yùn)行能力不夠的時(shí)候，可以將檢測程序分配到以太網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它計(jì)算單元上。各個(gè)檢測程序通過和控制器通訊并行協(xié)同的工作和處理。計(jì)算單元之間通過以太網(wǎng)通訊。每個(gè)計(jì)算單元在網(wǎng)絡(luò)上都獨(dú)立的IP地址，而且和主機(jī)在一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)。一個(gè)完整的檢測程序運(yùn)行在工業(yè)PC主機(jī)上，檢測程序和控制器之間不斷的通訊和交換數(shù)據(jù)。計(jì)算單元可以根據(jù)運(yùn)算能力的需要進(jìn)行擴(kuò)展，通過這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)從小型的在線檢測模塊到超大型的檢測系統(tǒng)。

檢測系統(tǒng)的一個(gè)檢測任務(wù)實(shí)現(xiàn)包含三個(gè)環(huán)節(jié)：信號(hào)采集元器件采集數(shù)據(jù)、工業(yè)PC主機(jī)和計(jì)算單元處理和分析數(shù)據(jù)、控制器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。檢測系統(tǒng)把檢測任務(wù)分解成多個(gè)檢測步驟，各檢測步驟共同完成一個(gè)完整的檢測任務(wù)，檢測任務(wù)可以包含多個(gè)檢測項(xiàng)目；一個(gè)檢測步驟作為一個(gè)計(jì)算任務(wù)由系統(tǒng)分配到工業(yè)以太網(wǎng)上任意一臺(tái)計(jì)算單元或工業(yè)PC主機(jī)上；在檢測系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，檢測任務(wù)由工業(yè)PC主機(jī)分配到指定的計(jì)算單元上，并且在計(jì)算單元上啟動(dòng)檢測程序；檢測程序自動(dòng)和主程序通訊組成一個(gè)動(dòng)態(tài)的檢測系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集在硬件上是通過數(shù)字相機(jī)、傳感器以及輔助設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。通常的情況還需要一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)來固定采集硬件和附件。對于具體的檢測任務(wù)，會(huì)選用不同的硬件，附件和機(jī)械結(jié)構(gòu)，最后通過檢測系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)圖像和數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)的處理是通過運(yùn)行在工業(yè)PC主機(jī)或計(jì)算單元上的軟件對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，對比，分析得到需要的結(jié)果，判定被檢測對象是否合格，最后將結(jié)果傳遞給控制器。在線檢測系統(tǒng)上所有要求實(shí)時(shí)性的動(dòng)作都是由控制器來控制，比如相機(jī)的實(shí)時(shí)觸發(fā)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制等等。

檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集包括相機(jī)圖像采集和傳感器信號(hào)采集。所述傳感器信號(hào)采集是通過控制器的輸入輸出和傳感器連接取得數(shù)據(jù)，最終通過工業(yè)以太網(wǎng)從控制器傳遞給工業(yè)PC主機(jī)，通過軟件的配置定義需要采集的輸入輸出通道，控制器每個(gè)執(zhí)行周期將這些通道的值實(shí)時(shí)采集，并且將數(shù)據(jù)打包通過UDP通訊協(xié)議在工業(yè)以太網(wǎng)內(nèi)廣播傳送數(shù)據(jù)；需要傳感器信號(hào)的檢測程序通過以太網(wǎng)廣播數(shù)據(jù)包取得數(shù)據(jù)，并且將歷史數(shù)據(jù)按照參考信號(hào)進(jìn)行排序存儲(chǔ)。每個(gè)檢測程序都可以取得感興趣的信號(hào)通道的歷史數(shù)據(jù)。

所述相機(jī)圖像采集是通過工業(yè)PC主機(jī)利用相機(jī)驅(qū)動(dòng)程序來取得圖像。市場上相機(jī)有不同的品牌，不同的接口，相機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序也不盡相同。為了保證系統(tǒng)的通用性，本發(fā)明在工業(yè)PC主機(jī)系統(tǒng)軟件中加入一個(gè)中間層，將相機(jī)的功能進(jìn)行抽象化，定義一個(gè)通用的相機(jī)操作接口，然后對不同廠商以及不同接口的相機(jī)分別調(diào)用各自的驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)通用接口中具體的功能，包裝成一個(gè)單獨(dú)的動(dòng)態(tài)連接庫。如果需要支持新的相機(jī)，只需要按照通用接口實(shí)現(xiàn)一個(gè)新的動(dòng)態(tài)連接庫。通過中間層結(jié)構(gòu)可以保證系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)展性，如圖2所示。

圖像和數(shù)據(jù)處理的過程對于不同的應(yīng)用完全是不一樣的，傳統(tǒng)的方法有將算法固化到硬件中，也有通過編寫專用的軟件程序來進(jìn)行。不管哪種方法都要求根據(jù)應(yīng)用的不同對系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和開發(fā)。相對于傳統(tǒng)的方法，本發(fā)明所述在線檢測系統(tǒng)通過檢測樹技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊化的圖像和數(shù)據(jù)處理。檢測樹是將一個(gè)個(gè)小的圖像和數(shù)據(jù)處理的算法連接起來，串在一起像一個(gè)鏈條。鏈條上的每一個(gè)算法都是通用的算法，完成一定的處理任務(wù)。每一個(gè)算法都有輸入?yún)?shù)或者輸出參數(shù)。在檢測樹前面的算法的輸出可以作為后面算法的輸入，所以所有算法的計(jì)算結(jié)果可以一直在檢測樹中向后傳遞。這樣就實(shí)現(xiàn)了檢測樹的功能和信息的流通。單個(gè)算法本身不依賴于任何應(yīng)用，但是不同的算法串聯(lián)成檢測樹之后就可以完成各種不同的檢測功能。圖3是一個(gè)檢測樹的實(shí)例圖以及輸入輸出參數(shù)在檢測樹中的傳遞。

所述檢測系統(tǒng)包括一個(gè)通用的圖像處理算法庫，圖像處理庫中的算法按照用途和功能進(jìn)行分類，通過軟件平臺(tái)根據(jù)檢測任務(wù)的需要搭建圖像處理鏈。檢測樹中也可以有層次結(jié)構(gòu)，也就是檢測樹上可以有目錄，而目錄中可以包含子檢測鏈條。。通過通用的圖像處理庫和檢測樹可以搭建出大型的圖像處理應(yīng)用來。

在線檢測系統(tǒng)中執(zhí)行動(dòng)作包括觸發(fā)相機(jī)，開始采集信號(hào)，觸發(fā)剔除裝置，或者是將計(jì)算的結(jié)果通過工業(yè)總線發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。本發(fā)明為了使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制通用化，在控制器中把常用的控制定義成一個(gè)個(gè)動(dòng)作，然后將常用的動(dòng)作建立一個(gè)動(dòng)作庫以供調(diào)用；控制器程序跟蹤檢測對象，在固定的時(shí)間點(diǎn)執(zhí)行動(dòng)作庫當(dāng)中的動(dòng)作；控制的邏輯通過配置文件描述并傳遞給控制器；控制器上運(yùn)行一個(gè)控制解釋程序，根據(jù)定義的跟蹤邏輯和動(dòng)作作出實(shí)際的控制動(dòng)作。

圖4是控制器一個(gè)配置文件的實(shí)例示意圖。瓶子在生產(chǎn)線上傳送，經(jīng)過三個(gè)工作位置，在不同的位置上完成不同的動(dòng)作工序。瓶子通過最左端的光電傳感器感應(yīng)進(jìn)入工作區(qū)，之后通過傳送帶的脈沖計(jì)數(shù)器來定位瓶子在生產(chǎn)線上的位置。首先我們對生產(chǎn)的自動(dòng)化過程對于單個(gè)生產(chǎn)對象進(jìn)行描述。在這個(gè)實(shí)例中，當(dāng)瓶子進(jìn)入工作區(qū)之后100個(gè)傳送帶脈沖時(shí)候?qū)ζ孔訄?zhí)行吹干，然后200個(gè)脈沖之后對對象拍照檢測對象是否合格，最后200個(gè)脈沖處將不合格產(chǎn)品剔除出傳送帶。在這個(gè)過程當(dāng)中，動(dòng)作執(zhí)行相對于對象進(jìn)入工作區(qū)起始位置的傳送帶脈沖延遲就是目標(biāo)值。每個(gè)目標(biāo)值處可以執(zhí)行動(dòng)作庫中的一個(gè)或者多個(gè)動(dòng)作。由于解釋程序是一個(gè)通用程序，而控制的邏輯可以通過檢測系統(tǒng)通用軟件以配置文件的形式定義。配置文件可以傳遞給控制器而被解釋程序解釋。所以通過該檢測系統(tǒng)的控制執(zhí)行也保持了系統(tǒng)的通用性。

經(jīng)實(shí)踐，本發(fā)明所提供的在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用在飲料生產(chǎn)行業(yè)中瓶蓋檢測，罐裝液位，噴碼檢測，最高處理速度可以到達(dá)九萬瓶每小時(shí)。包裝行業(yè)的糊盒機(jī)高速噴膠檢測，紙箱喇叭口檢測速度最高可以達(dá)到六萬個(gè)紙箱每小時(shí)，最高線性傳送速度四百米每分鐘。本公司所有的在線檢測系統(tǒng)都是使用完全一樣的檢測平臺(tái)和控制系統(tǒng)，也就是說不需要為新的設(shè)備開發(fā)專門的軟件和控制系統(tǒng)。所以基于該系統(tǒng)，新產(chǎn)品研發(fā)和向市場發(fā)布的周期比較短，很容易根據(jù)客戶的需求定制和擴(kuò)展在線檢測功能而不需要更改核心系統(tǒng)。最終降低了研發(fā)成本并提高了產(chǎn)品的市場核心競爭力。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。