基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置及方法，包括拉力傳感器、拉力傳動機構(gòu)和伺服電機，其特征在于該測量裝置還包括上位機、嵌入式控制器和工業(yè)相機，嵌入式控制器、工業(yè)相機、拉力傳感器、拉力傳動機構(gòu)和伺服電機構(gòu)成下位機；所述嵌入式控制器包括觸摸屏顯示模塊、拉力傳感器處理模塊、相機圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和上位機通信模塊，觸摸屏顯示模塊的輸入端、相機圖像處理模塊的輸出端和上位機通信模塊的輸入端均與數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊同時通過拉力傳感器處理模塊與拉力傳感器相連接，相機圖像處理模塊的輸入端通過USB線和工業(yè)相機相連接；上位機通信模塊通過網(wǎng)線和上位機相連接。
【專利說明】
基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置及方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及用于材料力學參數(shù)測量裝置技術(shù)領域，尤其涉及一種基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電作為當今社會的主要能源之一，已經(jīng)滲透進了我們生產(chǎn)和生活的各個方面，用電安全的問題也隨之而來。電纜護套作為人們用電安全的第一道防線，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。電纜護套就是包裹在金屬導線外部的絕緣橡膠護套。如果電纜護套的質(zhì)量不過關(guān)，在使用年限內(nèi)或規(guī)定的最大外力內(nèi)發(fā)生破損變形導致漏電，進而引起人員觸電或火災，會對廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全帶來巨大的損失。因此電纜護套的性能保障至關(guān)重要。對電纜護套性能的檢測主要在電纜護套拉伸長度測量裝置上進行，反映電線電纜絕緣層材料的抗張強度和斷裂伸長率兩項指標。檢測標準要求5個樣本的實驗結(jié)果，取中間值與標準中數(shù)值進行對比判斷，從而出具檢測報告。
[0003]傳統(tǒng)拉力試驗機在測量電纜護套拉伸長度時，需要使用拉力機將電纜護套拉伸一定的距離，再用拉力計測出電纜護套所受拉力和用游標卡尺測量電纜護套的拉伸長度，然后繼續(xù)拉伸，重復以上操作，直到電纜護套被拉斷為止。這樣會對被檢測材料造成先天壓痕，導致實驗過程中被檢測材料多數(shù)在壓痕處出現(xiàn)斷裂，不滿足國家對電纜護套拉力實驗檢測的要求，需要重復多次才可以得到相對滿意的實驗數(shù)據(jù)，實驗效率差，實驗數(shù)據(jù)不夠準確。采用游標卡尺手動測量被檢測材料斷裂時的拉伸長度，人為判斷電纜護套斷裂時機困難而且不準確，測量結(jié)果因人而異，人為誤差大，且單人單次只能處理一個樣本，工作強度較大，效率低下，采用書寫方式記錄試驗數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)記錄時間長，采用人工計算器計算抗張強度和斷裂伸長率，效率低。如果直接廢棄傳統(tǒng)的拉力試驗機開發(fā)新型的拉力試驗機，開發(fā)成本大，開發(fā)周期長，傳統(tǒng)拉力試驗機的電機傳動裝置利用率差，造成原材料的浪費，不符合節(jié)約資源充分回收利用的原則。
[0004]如解涑轉(zhuǎn)等人(解涑轉(zhuǎn)，李杰，王欣偉.一種新型電子拉力機系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].山西電力，2015(5):25-27.)設計的電子拉力試驗機只能測量被檢測材料的拉力并不能測量被檢測材料的拉伸長度。卞吉(卞吉.實用型微控式電子拉力機[J].中國橡膠，2003
(9):26-27.)設計的實用型微控式電子拉力機使用編碼器測量被檢測材料的拉伸長度，需要在被檢測材料上安裝跟蹤夾，會影響拉力的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是:提供一種基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置及方法。該裝置在傳統(tǒng)拉力試驗機基礎上進行改進，引入嵌入式控制器和工業(yè)相機，采用模塊化設計的方式節(jié)約成本，顯著提高傳統(tǒng)拉力機的實驗效率和測量精度。
[0006]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:提供一種基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，包括拉力傳感器、拉力傳動機構(gòu)和伺服電機，其特征在于該測量裝置還包括上位機、嵌入式控制器和工業(yè)相機，嵌入式控制器、工業(yè)相機、拉力傳感器、拉力傳動機構(gòu)和伺服電機構(gòu)成下位機；
[0007]所述嵌入式控制器包括觸摸屏顯示模塊、拉力傳感器處理模塊、相機圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和上位機通信模塊，觸摸屏顯示模塊的輸入端、相機圖像處理模塊的輸出端和上位機通信模塊的輸入端均與數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊同時通過拉力傳感器處理模塊與拉力傳感器相連接，相機圖像處理模塊的輸入端通過USB線和工業(yè)相機相連接;上位機通信模塊通過網(wǎng)線和上位機相連接，所述拉力傳感器安裝在拉力傳動機構(gòu)上，拉力傳動機構(gòu)與伺服電機連接;拉力傳動機構(gòu)由伺服電機控制，所述上位機內(nèi)存有機器視覺軟件。
[0008]—種基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量方法，使用上述的測量裝置，步驟是:拉力傳動機構(gòu)先與拉力傳感器連接，然后再與夾具連接，夾具用來固定電纜護套;拉力傳動機構(gòu)通過對夾具上下移動完成電纜護套進行拉伸動作;在試驗之前，在被檢測的電纜護套上用記號筆進行標記，用標記點之間的距離作為電纜護套的拉伸長度，通過工業(yè)相機采集電纜護套的圖像信息，計算標記點之間的距離，從而得到電纜護套的拉伸長度;通過嵌入式控制器將采集的數(shù)據(jù)進行處理，并將計算所得的數(shù)據(jù)顯示在嵌入式控制器的觸摸顯示屏上，通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸給上位機;上位機通過對接收到的數(shù)據(jù)進行處理繪制出電纜護套所受拉力和拉伸長度對應的二維曲線，填寫報表。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0010]傳統(tǒng)拉力機使用游標卡尺人工測量電纜護套拉伸長度，誤差大，且通過人工計算試驗結(jié)果，效率低，而本申請測量裝置采用工業(yè)相機采集圖像，通過USB線傳輸給下位機，計算拉伸長度，自動化程度高，且本申請測量裝置通過網(wǎng)線將下位機與上位機連接，進行數(shù)據(jù)傳輸，能夠自動計算，效率高。
[0011]本發(fā)明測量裝置通過工業(yè)相機獲取圖像并使用計算機進行圖像處理的方法獲取樣本的拉伸長度，一是對傳統(tǒng)拉力機進行改裝，實現(xiàn)傳統(tǒng)拉力機伺服電機和拉力傳動機構(gòu)等昂貴零部件的回收利用，降低成本;二是采用嵌入式控制器作為主控制器，既可以滿足機器視覺算法運行速度的要求，又比通用計算機的成本低，穩(wěn)定性高，軟件保密性強;三是采用機器視覺的方法，即拉伸長度的測量通過工業(yè)相機拍攝拉伸過程的圖像，通過USB數(shù)據(jù)線傳輸給嵌入式控制器，通過相機圖像處理部分鎖定電纜護套標記點位置，從而計算得到拉伸長度，而不用傳統(tǒng)的卡尺測量，實現(xiàn)樣本拉伸長度的無接觸測量，不會對樣本造成損害或形變，也不會影響樣本所受拉力的測量。四是采用拉力傳感器不會對被檢測樣本產(chǎn)生壓痕，保證了實驗數(shù)據(jù)的可靠性，并且可以通過拉力傳感器的串口將實驗數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式控制器，實現(xiàn)了樣本所受拉力的自動采集;五是可以繪制樣本拉伸長度和所受拉力的對應曲線圖，提供對數(shù)據(jù)更直觀的分析;六是可以記錄每個樣本斷裂時的拉力和拉伸長度，自動計算得出實驗結(jié)果，提高了試驗效率。
[0012]傳統(tǒng)拉力機直接將拉力傳感器與電纜護套相連接，會對電纜護套造成先天壓痕，人工讀數(shù)，效率低。本發(fā)明測量方法先將拉力傳感器與夾具連接，然后再與電纜護套連接，夾具對電纜護套有保護，不會產(chǎn)生先天壓痕，拉力傳感器通過串口實時地將拉力值傳輸給下位機控制器，不用人為操作，方便快捷。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置一種實施例的硬件設備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置一種實施例的嵌入式控制器I的結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖3為本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置一種實施例的拉力傳感器模塊12的軟件流程圖；
[0016]圖4為本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置一種實施例的相機處理模塊13的軟件流程圖。
[0017]圖5為本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置一種實施例的數(shù)據(jù)處理模塊14的軟件流程圖。
[0018]圖6為本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置一種實施例上位機通信模塊15的軟件流程圖。
[0019]圖7為本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置一種實施例的上位機內(nèi)的機器視覺軟件的軟件流程圖。
[0020]圖中，6上位機、I嵌入式控制器、2工業(yè)相機、3拉力傳感器、4拉力傳動機構(gòu)、5伺服電機，11觸摸屏顯示模塊、12拉力傳感器處理模塊、13相機圖像處理模塊、14數(shù)據(jù)處理模塊、15上位機通信模塊。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例及附圖進一步敘述本發(fā)明，具體實例僅用于詳細敘述本發(fā)明，不構(gòu)成對本申請權(quán)利要求保護范圍的限制。
[0022]本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置(簡稱測量裝置，參見圖1-7)包括拉力傳感器3、拉力傳動機構(gòu)4、伺服電機5、上位機6、嵌入式控制器I和工業(yè)相機2，嵌入式控制器1、工業(yè)相機2、拉力傳感器3、拉力傳動機構(gòu)4和伺服電機5構(gòu)成下位機；
[0023]所述嵌入式控制器I包括觸摸屏顯示模塊11、拉力傳感器處理模塊12、相機圖像處理模塊13、數(shù)據(jù)處理模塊14和上位機通信模塊15，觸摸屏顯示模塊11的輸入端、相機圖像處理模塊13的輸出端和上位機通信模塊15的輸入端均與數(shù)據(jù)處理模塊14連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊14同時通過拉力傳感器處理模塊12與拉力傳感器3相連接，拉力傳感器處理模塊12從拉力傳感器3獲取的拉力值發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊14進行處理，同時數(shù)據(jù)處理模塊向拉力傳感器處理模塊發(fā)送是否斷裂的系統(tǒng)消息；相機圖像處理模塊13的輸入端通過USB線和工業(yè)相機2相連接，獲得圖像信息，傳送給數(shù)據(jù)處理模塊14，從而進行數(shù)據(jù)處理，計算出電纜護套的拉伸長度;上位機通信模塊15通過網(wǎng)線和上位機6相連接，將實驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C做進一步處理;所述拉力傳感器3安裝在拉力傳動機構(gòu)4上，拉力傳動機構(gòu)4與伺服電機5連接;拉力傳動機構(gòu)4由伺服電5機控制，有獨立的控制按鈕;所述上位機6內(nèi)存有機器視覺軟件。
[0024]所述觸摸屏顯示模塊11主要完成軟件界面的設計與顯示，提供直觀的操作方式及數(shù)據(jù)交換，觸摸屏顯示模塊11的系統(tǒng)操作界面包括控制按鈕區(qū)域、數(shù)據(jù)顯示窗口和圖像顯示窗口?？刂瓢粹o區(qū)域可以控制整個試驗的過程，包括開始圖像采集、停止圖像采集、退出程序、標記點顏色選擇;數(shù)據(jù)顯示窗口主要顯示電纜護套拉伸長度和所受到的拉力；圖像顯示窗口主要完成試驗過程中采集的圖像、感興趣區(qū)域、標記點位置的顯示。
[0025]所述拉力傳感器處理模塊12主要實現(xiàn)與拉力傳感器3相關(guān)的所有功能，包括:拉力傳感器數(shù)據(jù)采集、拉力值數(shù)據(jù)處理和依據(jù)拉力值判斷電纜護套是否斷裂。拉力傳感器數(shù)據(jù)采集能實現(xiàn)的功能有初始化串口、設定采集模式、設定采集數(shù)據(jù)范圍、設定采集頻率。拉力值數(shù)據(jù)處理包括各通道數(shù)據(jù)分離、數(shù)據(jù)濾波處理、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交互。此模塊實現(xiàn)的另一個重要功能是依據(jù)拉力值數(shù)據(jù)實時地判斷電纜護套是否已經(jīng)斷裂。在判定斷裂后會自動停止數(shù)據(jù)采集。
[0026]本發(fā)明測量裝置中拉力傳感器處理模塊12的軟件程序流程(參見圖3)是:首先對嵌入式控制器的拉力傳感器處理模塊12的串口進行初始化，即波特率、校驗位、數(shù)據(jù)字節(jié)長度和停止位的初始化，然后發(fā)送請求拉力傳感器傳輸數(shù)據(jù)，采集一組拉力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行變換，將計算所得的拉力值存放入數(shù)據(jù)處理模塊14作為拉力數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，之后數(shù)據(jù)處理模塊向拉力傳感器處理模塊發(fā)送是否斷裂的系統(tǒng)消息，判斷電纜護套是否已經(jīng)斷裂，如果被拉斷，那么停止采集拉力值并發(fā)送停止采集操作的系統(tǒng)消息，系統(tǒng)停止;如果沒被拉斷，則需判斷是否需要手動停止，如果需要手動停止試驗，停止采集拉力值并發(fā)送停止采集操作的系統(tǒng)消息，系統(tǒng)停止，如果不需要手動停止試驗，則重新返回采集一組拉力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0027]所述相機圖像處理模塊13主要完成三個功能:采集相機圖像、劃定圖像感興趣區(qū)域和處理圖像數(shù)據(jù)以找到電纜護套上的標記點。在設定工業(yè)相機的參數(shù)后，讀取工業(yè)相機傳輸來的一幅圖像并并進行圖像處理。在相機圖像處理模塊13中首先等待用戶在圖像上劃定感興趣區(qū)域，之后對圖像感興趣區(qū)域進行強化標記點顏色信息和二值化處理，找到標記點后，對標記點進行進一步的處理，以排除檢測到的干擾點。
[0028]本發(fā)明測量裝置中相機圖像處理模塊13的軟件程序流程(參見圖4)是:通過工業(yè)相機2采集一幅圖像，自動從USB接口讀取圖像數(shù)據(jù)，通過工作人員手指在觸摸顯示屏上滑動手指，設置圖像處理的感興趣區(qū)域，即劃定感興趣區(qū)域，對圖像的感興趣區(qū)域的內(nèi)容進行標記點顏色信息增強，得到標記點顏色增強圖像，找到標記點輪廓，計算標記點間的像素距離，從而得到標記點之間的實際距離，用來作為電纜護套的拉伸長度;上位機6監(jiān)聽拉力傳感器是否停止試驗的系統(tǒng)消息，如果停止試驗，則停止采集圖像信息，如果不停止試驗，則繼續(xù)采集一幅圖像信息。
[0029]所述數(shù)據(jù)處理模塊14主要完成試驗中涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲和計算。在試驗中，上位機機器視覺軟件程序?qū)υ囼炛械睦χ禂?shù)據(jù)和圖像中拉伸長度數(shù)據(jù)是分別采集的。根據(jù)試驗對數(shù)據(jù)的要求，需要將同一時刻的兩個數(shù)據(jù)對應起來，即得到某一時刻電纜護套被拉伸長度和此時電纜護套承受的拉力值。數(shù)據(jù)處理模塊首先完成這一功能。之后，根據(jù)得到數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為QString類型和char類型，分別用于文本框的顯示和網(wǎng)口的傳輸。
[0030]本發(fā)明測量裝置中數(shù)據(jù)處理模塊14的軟件程序流程(參見圖5)是:首先將計算所得的拉力和拉伸長度實時對應起來，然后將對應好的拉力和拉伸長度存儲到特定的結(jié)構(gòu)體中，將該結(jié)構(gòu)體存儲到對應的緩沖區(qū)中，將拉力和拉伸長度轉(zhuǎn)換為QString類型，用于觸摸顯示屏的顯示，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿谋究蝻@示;然后將拉力和拉伸長度數(shù)值轉(zhuǎn)換為char類型，將數(shù)據(jù)傳輸給字符串用于網(wǎng)絡傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C6;上位機軟件監(jiān)聽上位機通信模塊是否停止試驗信號，如果停止試驗，則停止處理數(shù)據(jù)，否則，繼續(xù)處理下一組數(shù)據(jù)，即返回將計算所得的拉力和拉伸長度實時對應。
[0031 ]所述上位機通信模塊15主要是通過網(wǎng)口采用UDP協(xié)議將測量所得到的電纜護套拉伸長度和所受拉力進行打包傳輸?shù)缴衔粰C6，用于上位機進一步的數(shù)據(jù)處理。
[0032]本發(fā)明測量裝置中上位機通信模塊15的軟件流程(參見圖6)是:首先進行上位機通信模塊的網(wǎng)口初始化，設置目標上位機(PC機)的IP地址和網(wǎng)絡端口號，創(chuàng)建socket網(wǎng)絡套接字，確定網(wǎng)絡類型為UDP協(xié)議;然后設置嵌入式控制器的IP地址和網(wǎng)絡端□號，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)絡字符數(shù)組，然后通過網(wǎng)口將測得的電纜護套拉力值和拉伸長度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(PC機)；上位機監(jiān)聽上位機通信模塊是否停止試驗信號，如果停止試驗，則停止傳輸數(shù)據(jù)，否則，繼續(xù)傳輸下一組數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)口將測得的電纜護套拉力值和拉伸長度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(PC機)。
[0033]所述上位機6采用通用計算機為硬件平臺，搭載Windows7操作系統(tǒng)，使用MFC用戶圖形界面框架編寫軟件交互界面，采用UDP協(xié)議與嵌入式控制器進行通信。
[0034]所述上位機機器視覺軟件的軟件流程是(參見圖7):首先初始化界面，開辟畫圖線程和網(wǎng)口接收線程，此時存在主線程，畫圖線程和網(wǎng)口接收線程三個線程;網(wǎng)口接收線程中首先判斷是否連接嵌入式控制器，如果不連接，繼續(xù)監(jiān)聽此信號；如果連接，則通過網(wǎng)絡連接下位機;然后通過網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；刷新顯示拉伸長度和拉力；判斷網(wǎng)絡斷開標志是否為I，如果為I，則馬上斷開網(wǎng)絡連接;否則，判斷電纜護套是否斷裂;如果電纜護套沒有斷裂，重復通過網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；如果電纜護套斷裂，則將斷裂標志設置為I，然后斷開網(wǎng)絡；
[0035]在畫圖線程中，首先畫坐標軸，然后判斷是否連接嵌入式控制器，如果連接嵌入式控制器，根據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)(即從嵌入式控制器接收的數(shù)據(jù))繪制電纜護套拉伸長度和拉力的二維曲線，判斷網(wǎng)絡斷開標志是否為I，如果為I，直接停止繪制曲線；如果不為I，則判斷斷裂標志是否為I，如果斷裂標志為I，則停止繪制曲線;如果斷裂標志不為I，則繼續(xù)繪制曲線，即返回根據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)繪制電纜護套拉伸長度和拉力的二維曲線；如果不連接下位機，則進入判斷網(wǎng)絡斷開標志是否為I，重復上述過程；
[0036]在主線程中，首先判斷是否斷開與嵌入式控制器的連接，如果斷開連接，則將網(wǎng)絡斷開標志設置為I，如果沒有斷開與嵌入式控制器的連接，則不設置，直接判斷是否打印報表；網(wǎng)絡斷開標志設置為I以后，判斷斷裂標志是否為I，如果不為I，則判斷是否打印報表，如果斷斷裂標志為I，則生成報表;再判斷是否打印報表;如果打印報表，則生成打印報表，并打印，否則返回判斷是否斷開與嵌入式控制器的連接;打印報表后，判斷是否退出程序，如果是，則退出程序，否則，繼續(xù)重復主線程剛開始的操作。
[0037]本發(fā)明測量裝置的進一步特征在于所述嵌入式控制器I采用以1.MX6Q芯片為微處理器的嵌入式平臺，移植Linux系統(tǒng)，采用OpenCV開源機器視覺函數(shù)庫編寫圖像處理算法，使用QT用戶圖形框架編寫友好用戶圖形交互界面。
[0038]本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量方法，使用上述的測量裝置，步驟是:拉力傳動機構(gòu)4先與拉力傳感器3連接，然后再與夾具連接，夾具用來固定電纜護套;拉力傳動機構(gòu)4通過對夾具上下移動完成電纜護套進行拉伸動作;在試驗之前，在被檢測的電纜護套上用記號筆進行標記，用標記點之間的距離作為電纜護套的拉伸長度，通過工業(yè)相機采集電纜護套的圖像信息，計算標記點之間的距離，從而得到電纜護套的拉伸長度;通過嵌入式控制器I將采集的數(shù)據(jù)進行處理，并將計算所得的數(shù)據(jù)顯示在嵌入式控制器I的觸摸顯示屏上，通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸給上位機6;上位機6通過對接收到的數(shù)據(jù)進行處理繪制出電纜護套所受拉力和拉伸長度對應的二維曲線，填寫報表。
[0039]本發(fā)明測量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對電纜護套拉伸長度和拉力的測量，從而得出被測樣品的力學參數(shù)。拉力的測量主要通過拉力傳感器3測量，然后通過RS232傳輸線將測量的數(shù)據(jù)傳輸給拉力傳感器處理模塊12，通過數(shù)據(jù)處理模塊14最終得到拉力值。拉伸長度的測量則通過工業(yè)相機2拍攝拉伸過程的圖像，通過USB數(shù)據(jù)線傳輸給嵌入式控制器I，通過相機圖像處理模塊13鎖定電纜護套標記點位置，從而計算得到拉伸長度。整個過程通過觸摸屏顯示模塊11提供友好的用戶交互界面，通過嵌入式控制器I的觸摸顯示屏控制，并顯示計算出的拉力和拉伸長度的數(shù)值。工業(yè)相機采集的圖像也經(jīng)過壓縮顯示在觸摸顯示屏上，并且可以通過手指選取感興趣區(qū)域。所測量的數(shù)據(jù)可以通過上位機通信模塊15傳輸?shù)缴衔粰C6，用于繪制該電纜護套的拉力和拉伸長度的二維曲線。
[0040]具體實現(xiàn)步驟為:通過USB工業(yè)相機采集電纜護套拉伸過程的圖像，實時地傳輸?shù)角度胧娇刂破鳌Ｇ度胧娇刂破鲗D像顯示在觸摸顯示屏上。用戶可以通過觸摸顯示屏選取感興趣區(qū)域，嵌入式控制器則通過機器視覺算法對感興趣區(qū)域內(nèi)的圖像進行標記點顏色增強，圖像單通道強度值提取，轉(zhuǎn)化為單通道圖像，圖像二值化，形態(tài)學處理，尋找標記點輪廓等操作，從而得到標記點之間的像素距離，從而進一步得到標記點之間的實際距離。同時使用數(shù)字拉力計對拉力進行測量，通過串口將測得的數(shù)據(jù)實時地傳輸?shù)角度胧娇刂破鳌Ｇ度胧娇刂破魍ㄟ^數(shù)據(jù)處理計算出電纜護套在拉伸過程中所受到的拉力和拉伸長度，并將計算結(jié)果顯示在觸摸顯示屏的對應位置。嵌入式控制器還通過網(wǎng)口，采用無連接的UDP網(wǎng)絡協(xié)議將測得的數(shù)據(jù)按一定的格式傳輸給計算機，在計算機上打開上位機機器視覺軟件，就可以實時地將拉力和拉伸長度的對應曲線繪制出來，并將數(shù)值顯示在對應的文本框中?？梢宰詣訉?shù)據(jù)以報表的形式保存起來，并且可以通過打印機將實驗數(shù)據(jù)打印出來。嵌入式控制器并通過對拉力的監(jiān)控，當拉力突然減少50%時，則判斷電纜護套斷裂，則記錄此時的拉伸長度和拉力，并停止實驗的進行。
[0041 ]本發(fā)明基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置的使用方法如下:
[0042]I)用串口將拉力傳感器和嵌入式控制器相連接，用USB線將工業(yè)相機和嵌入式控制器相連，用網(wǎng)線將上位機和嵌入式控制器相連接，將電纜護套固定好，按開機鍵，連接嵌入式控制器的電源線；
[0043]2)打開上位機運行軟件，點擊開始采集按鈕，觸摸屏顯示模塊11的圖像顯示窗口就會出現(xiàn)工業(yè)相機拍攝到的畫面；
[0044]3)用手指按住觸摸顯示屏圖像顯示窗口拖動，畫出一個恰好能包含電纜護套標記點的小面積的矩形區(qū)域，圖像顯示窗口就會出現(xiàn)一個對應的紅色矩形框，這個矩形框就是對應的感興趣區(qū)域；
[0045]4)然后根據(jù)標記點顏色點擊三個選擇標記點顏色按鈕中的一個，選擇對應的標記點顏色，默認的標記點顏色為紅色；
[0046]5)點擊伺服電機的向下拉伸按鈕，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)速度按鈕，調(diào)節(jié)拉伸速度，并在數(shù)據(jù)顯示窗口中顯示對應的拉伸長度和拉力數(shù)值；
[0047]6)上位機接收下位機的拉伸長度和拉力數(shù)值，并在坐標系內(nèi)繪制出拉力與拉伸長度二維曲線；
[0048]7)當電纜護套被拉斷后，按下電纜護套拉伸部分停止按鈕，電纜護套停止拉伸，嵌入式控制器的的觸摸屏顯示模塊中數(shù)據(jù)顯示窗口中“拉伸長度”和“拉力”與上位機的機器視覺軟件界面的“當前拉力”和“當前拉伸值”會顯示斷裂瞬間的數(shù)值，可以自動計算斷裂伸長率和抗張強度，也可以自動將數(shù)據(jù)以報表的形式保存起來，并且可以通過打印機將實驗數(shù)據(jù)打印出來。
[0049]8)按下伺服電機向上拉伸按鈕，電纜護套夾具會上升，當上升到合適高度時按下停止按鈕，夾具停止上升，以便下一次試驗使用。
[0050]通過以上過程，完成一個完整的電纜護套拉力試驗過程。
[0051 ]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，包括拉力傳感器、拉力傳動機構(gòu)和伺服電機，其特征在于該測量裝置還包括上位機、嵌入式控制器和工業(yè)相機，嵌入式控制器、工業(yè)相機、拉力傳感器、拉力傳動機構(gòu)和伺服電機構(gòu)成下位機； 所述嵌入式控制器包括觸摸屏顯示模塊、拉力傳感器處理模塊、相機圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和上位機通信模塊，觸摸屏顯示模塊的輸入端、相機圖像處理模塊的輸出端和上位機通信模塊的輸入端均與數(shù)據(jù)處理模塊連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊同時通過拉力傳感器處理模塊與拉力傳感器相連接，相機圖像處理模塊的輸入端通過USB線和工業(yè)相機相連接；上位機通信模塊通過網(wǎng)線和上位機相連接，所述拉力傳感器安裝在拉力傳動機構(gòu)上，拉力傳動機構(gòu)與伺服電機連接;拉力傳動機構(gòu)由伺服電機控制，所述上位機內(nèi)存有機器視覺軟件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，其特征在于所述上位機機器視覺軟件的軟件流程是:首先初始化界面，開辟畫圖線程和網(wǎng)口接收線程，此時存在主線程，畫圖線程和網(wǎng)口接收線程三個線程；網(wǎng)口接收線程中首先判斷是否連接嵌入式控制器，如果不連接，繼續(xù)監(jiān)聽此信號;如果連接，則通過網(wǎng)絡連接下位機;然后通過網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；刷新顯示拉伸長度和拉力;判斷網(wǎng)絡斷開標志是否為I，如果為I，則馬上斷開網(wǎng)絡連接;否則，判斷電纜護套是否斷裂;如果電纜護套沒有斷裂，重復通過網(wǎng)口接收數(shù)據(jù)，并保存到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；如果電纜護套斷裂，則將斷裂標志設置為1，然后斷開網(wǎng)絡； 在畫圖線程中，首先畫坐標軸，然后判斷是否連接嵌入式控制器，如果連接嵌入式控制器，根據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)繪制電纜護套拉伸長度和拉力的二維曲線，判斷網(wǎng)絡斷開標志是否為1，如果為I，直接停止繪制曲線;如果不為I，則判斷斷裂標志是否為1，如果斷裂標志為I，則停止繪制曲線；如果斷裂標志不為I，則繼續(xù)繪制曲線，即返回根據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)繪制電纜護套拉伸長度和拉力的二維曲線；如果不連接嵌入式控制器，則進入判斷網(wǎng)絡斷開標志是否為I，重復上述過程； 在主線程中，首先判斷是否斷開與嵌入式控制器的連接，如果斷開連接，則將網(wǎng)絡斷開標志設置為1，如果沒有斷開與嵌入式控制器的連接，則不設置，直接判斷是否打印報表;網(wǎng)絡斷開標志設置為I以后，判斷斷裂標志是否為1，如果不為I，則判斷是否打印報表，如果斷斷裂標志為1，則生成報表;再判斷是否打印報表;如果打印報表，則生成打印報表，并打印，否則返回判斷是否斷開與嵌入式控制器的連接;打印報表后，判斷是否退出程序，如果是，則退出程序，否則，繼續(xù)重復主線程剛開始的操作。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，其特征在于所述拉力傳感器處理模塊的軟件程序流程是:首先對嵌入式控制器的拉力傳感器處理模塊的串口進行初始化，即波特率、校驗位、數(shù)據(jù)字節(jié)長度和停止位的初始化，然后發(fā)送請求拉力傳感器傳輸數(shù)據(jù)，采集一組拉力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行變換，將計算所得的拉力值存放入數(shù)據(jù)處理模塊作為拉力數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，之后數(shù)據(jù)處理模塊向拉力傳感器處理模塊發(fā)送是否斷裂的系統(tǒng)消息，判斷電纜護套是否已經(jīng)斷裂，如果被拉斷，那么停止采集拉力值并發(fā)送停止采集操作的系統(tǒng)消息，系統(tǒng)停止;如果沒被拉斷，則需判斷是否需要手動停止，如果需要手動停止試驗，停止采集拉力值并發(fā)送停止采集操作的系統(tǒng)消息，系統(tǒng)停止，如果不需要手動停止試驗，則重新返回采集一組拉力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，其特征在于所述相機圖像處理模塊的軟件程序流程是:通過工業(yè)相機采集一幅圖像，自動從USB接口讀取圖像數(shù)據(jù)，通過工作人員手指在觸摸顯示屏上滑動手指，設置圖像處理的感興趣區(qū)域，即劃定感興趣區(qū)域，對圖像的感興趣區(qū)域的內(nèi)容進行標記點顏色信息增強，得到標記點顏色增強圖像，找到標記點輪廓，計算標記點間的像素距離，從而得到標記點之間的實際距離，用來作為電纜護套的拉伸長度;上位機監(jiān)聽拉力傳感器是否停止試驗的系統(tǒng)消息，如果停止試驗，則停止采集圖像信息，如果不停止試驗，則繼續(xù)采集一幅圖像信息。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理模塊的軟件程序流程是:首先將計算所得的拉力和拉伸長度實時對應起來，然后將對應好的拉力和拉伸長度存儲到特定的結(jié)構(gòu)體中，將該結(jié)構(gòu)體存儲到對應的緩沖區(qū)中，將拉力和拉伸長度轉(zhuǎn)換為QString類型，用于觸摸顯示屏的顯示，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿谋究蝻@示;然后將拉力和拉伸長度數(shù)值轉(zhuǎn)換為char類型，將數(shù)據(jù)傳輸給字符串用于網(wǎng)絡傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C;上位機軟件監(jiān)聽上位機通信模塊是否停止試驗信號，如果停止試驗，則停止處理數(shù)據(jù)，否則，繼續(xù)處理下一組數(shù)據(jù)，即返回將計算所得的拉力和拉伸長度實時對應。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，其特征在于所述上位機通信模塊的軟件流程是:首先進行上位機通信模塊的網(wǎng)口初始化，設置目標上位機的IP地址和網(wǎng)絡端口號，創(chuàng)建socket網(wǎng)絡套接字，確定網(wǎng)絡類型為UDP協(xié)議;然后設置嵌入式控制器的IP地址和網(wǎng)絡端口號，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)絡字符數(shù)組，然后通過網(wǎng)口將測得的電纜護套拉力值和拉伸長度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機;上位機監(jiān)聽上位機通信模塊是否停止試驗信號，如果停止試驗，則停止傳輸數(shù)據(jù)，否則，繼續(xù)傳輸下一組數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)口將測得的電纜護套拉力值和拉伸長度數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量裝置，其特征在于所述嵌入式控制器采用以1.MX6Q芯片為微處理器的嵌入式平臺。8.—種基于機器視覺的電纜護套拉伸長度測量方法，使用權(quán)利要求1-7任一所述的測量裝置，步驟是:拉力傳動機構(gòu)先與拉力傳感器連接，然后再與夾具連接，夾具用來固定電纜護套;拉力傳動機構(gòu)通過對夾具上下移動完成電纜護套進行拉伸動作;在試驗之前，在被檢測的電纜護套上用記號筆進行標記，用標記點之間的距離作為電纜護套的拉伸長度，通過工業(yè)相機采集電纜護套的圖像信息，計算標記點之間的距離，從而得到電纜護套的拉伸長度;通過嵌入式控制器將采集的數(shù)據(jù)進行處理，并將計算所得的數(shù)據(jù)顯示在嵌入式控制器的觸摸顯示屏上，通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸給上位機;上位機通過對接收到的數(shù)據(jù)進行處理繪制出電纜護套所受拉力和拉伸長度對應的二維曲線，填寫報表。
【文檔編號】G01B11/02GK105910539SQ201610374243
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】甄少華, 李靜昆, 吳亞鵬, 高振斌
【申請人】河北工業(yè)大學