[发明专利]一种基于机器视觉的智能找空储管纱孔装置及其方法

权利要求书

1.一种基于机器视觉的智能找空储管纱孔装置，用于识别络筒机上的储管纱圆盘(1)上的管纱(9)数量，其特征在于：包括小车(2)、相机(3)、支架(4)，所述支架(4)设置在小车(2)上，所述支架(4)上朝着储管纱圆盘(1)方向设置有直线滑轨(5)，所述直线滑轨(5)上滑动适配有直线滑块(6)，所述直线滑轨(5)上设置有用于锁紧直线滑块(6)的锁紧件，所述相机(3)的中部转动连接在直线滑块(6)的中部，所述相机(3)与储管纱圆盘(1)上下对应，所述直线滑块(6)上设置有用于调节相机(3)角度的角度调节机构(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能找空储管纱孔装置，其特征在于：所述角度调节机构(7)包括两个同圆心的圆弧轨(71)，两个圆弧轨(71)设置在直线滑块(6)上且以相机(3)的转轴为中心对称设置，两个圆弧轨(71)内均滑动适配有与相机(3)相连的圆弧滑块(72)，两个所述圆弧轨(71)上沿着其长度方向分别设置有棘齿(73)和棘齿二(73′)，所述棘齿(73)和棘齿二(73′)的齿牙方向相反，两个圆弧滑块(72)上分别铰接有与棘齿(73)、棘齿二(73′)相适配的棘爪(74)和棘爪二(74′)，所述棘爪(74)、棘爪二(74′)的背部通过弹簧(75)连接圆弧滑块(72)上的固定点。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的智能找空储管纱孔装置，其特征在于：两个所述圆弧滑块(72)内位于棘爪(74)、棘爪二(74′)的背部设置有电磁铁(76)、电磁铁二(76′)，所述棘爪(74)、棘爪二(74′)的材质为磁性体。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能找空储管纱孔装置，其特征在于：所述小车(2)上设置有用于换管纱(9)的投送机构，所述投送机构包括储纱盘(8)、转动臂(10)以及支撑盘(11)，所述储纱盘(8)枢接在小车(2)上，所述储纱盘(8)上设置有与储管纱圆盘(1)上管纱(9)位置和数量相同的锭杆，锭杆上插有管纱(9)，所述转动臂(10)的一端转动连接在小车(2)上，所述支撑盘(11)枢接在转动臂(10)的另一端上，所述转动臂(10)可将支撑盘(11)从储纱盘(8)上方带至储管纱圆盘(1)上方，所述支撑盘(11)的底部设置有若干与储纱盘(8)上的管纱(9)一一对应的吸盘(12)，所述支撑盘(11)的顶部设置有与若干吸盘(12)一一相连的气阀(13)，气阀(13)连接气源。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能找空储管纱孔装置，其特征在于：所述锁紧件为锁紧栓(14)，所述锁紧栓(14)螺纹连接在直线滑轨(5)上且与直线滑块(6)相对应。

6.一种基于机器视觉的智能找空储管纱孔方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，准备阶段，准备阶段主要包括学习、调节、分块定域、矫正四个环节；其主流程按依次从流程a(学习环节)、流程b(调节环节)、流程c(分块定域环节)、流程d(矫正环节)顺序进行；

流程a:(作用：大致确定成像范围内储管纱圆盘半径、储管纱孔半径、储管纱孔与储管纱圆盘间的圆心距)；

步骤1，调节相机的位置，跳至步骤2；

步骤2，初始化相机感光元件参数，并拍摄，跳至步骤3；

步骤3，采用霍夫变换识别成像范围的特征圆，跳至步骤4；

步骤4，根据特征圆的半径大小，从区各类特征圆中区分储管纱圆盘及储管纱孔，并保存储管纱圆盘半径及储管纱孔半径，跳至步骤5；

步骤5，根据识别的各个储管纱孔半径，求取其均值；根据各个储管纱孔及储管纱圆盘对应特征圆的圆心位置，求取储管纱孔与储管纱圆盘间的圆心距均值，跳至步骤6；

步骤6，流程a(学习环节)结束、流程b(调节环节)开始，跳至步骤7；

流程b:(作用：确定储管纱孔过滤参数最大值及最小值)；

步骤7，根据流程a确定的储管纱孔半径均值，粗略调节储管纱孔的半径范围，设定储管纱孔过滤参数最大值及最小值，跳至步骤8；

步骤8，根据流程a确定的各储管纱孔半径，细致调节储管纱孔的半径范围，使得每个储管纱孔半径均在设定的储管纱孔过滤参数最大值及最小值内，并限制在偏差范围Eg内，跳至步骤9；

步骤9，流程b(调节环节)结束、流程c(分块定域环节)开始，跳至步骤10；

流程c:(作用：将流程a,b所得特征圆信息通过绘制的方式显现，便于流程d(实际安装后，相机平面并非完全方正，其存在一定角度差)的矫正)；

步骤10，根据流程a所得储管纱圆盘的半径及圆心位置，绘制储管纱圆盘的外轮廓，跳至步骤11；

步骤11，根据流程a所得储管纱孔半径均值及圆心距均值，在距储管纱孔圆心正上方绘制第一个储管纱孔，半径为流程a所得储管纱孔半径均值，圆心距为根据流程a所得圆心距均值。跳至步骤12；

步骤12，以绘制的储管纱圆盘圆心为旋转中心，间隔40°(以九孔储管纱圆盘为例)依次绘制剩下的8个储管纱孔，圆心距及半径与绘制的第一个储管纱孔一致。跳至步骤13；

步骤13，流程c(分块定域环节)结束、流程d(矫正环节)开始，跳至步骤14；

流程d:(作用：1、使得成像平面角度方正，2、使得绘制的储管纱孔处于实际储管纱孔内部)；

步骤14，对比流程c绘制储管纱圆盘与实际成像范围内的角度偏差，进行相机角度的微调，跳至步骤15；

步骤15，对比绘制储管纱孔与实际储管纱孔的偏差，对绘制的储管纱孔进行微调，使得绘制的储管纱孔处于实际储管纱孔内部，跳至步骤16；

步骤16，准备环节结束；

步骤二，空管检测实时处理流程；主要包括主程序、子程序1、子程序2和辅助程序；

主程序：用于识别储管纱圆盘，并将子程序1所得空管检测结果反馈给控制器；

步骤1-1，当检测到外部中断信号时，执行步骤1-2，否则在步骤1-1处持续等待；

步骤1-2，拍摄照片，跳至步骤1-3；

步骤1-3，设置Hough圆检测阈值点及储管纱圆盘半径范围(依据准备阶段所得)，跳至步骤1-4；

步骤1-4，识别储管纱圆盘，跳至步骤1-5；

步骤1-5，当识别出储管纱圆盘，程序跳至步骤2-1；否者当拍摄次数不超过3次时，跳至步骤1-2，否者主程序结束(此锭位空管检测算法失败)；

步骤1-6，判断子程序1运行结果是否返回0xffff，若是，主程序结束，此锭位空管检测算法失败)，若不是，则将子程序1运行结果所的空管检测结果发给控制器，跳至步骤1-7；

步骤1-7，主程序结束；

子程序1：识别储管纱孔；

步骤2-1，设置Hough圆检测阈值点、储管纱孔半径范围(依据准备阶段所得)及算法检测范围(步骤1-4所得储管纱圆盘轮廓范围内)，跳至步骤2-2；

步骤2-2，依次将识别到的储管纱孔的圆心坐标及半径与准备阶段所得9个储管纱孔圆心坐标及半径进行对比，若当前储管纱孔误差小于2个像素点，则认为当前储管纱孔已识别出，并在相应位置1，跳至步骤2-3；

步骤2-3，步骤2-2是否循环9次，是，跳至步骤2-4，否跳至步骤2-2；

步骤2-4，若置1位数等于9，则跳转至子程序2步骤3-1；否则向主程序返回0xffff，跳至步骤1-6；

步骤2-5，将子程序2返回结果向主程序传递，跳至步骤1-6，子程序1结束；

子程序2：识别储管纱孔内是否有管纱；

步骤3-1，设置Hough圆检测阈值点、算法检测范围(步骤2-2所得其中一个储管纱孔轮廓范围)，跳至步骤3-2；

步骤3-2，识别当前检测范围内是否存在满足条件的特征圆(圆心坐标位置与当前储管纱孔偏差不小于2个像素，半径偏差超过5个像素点)，若满足跳至步骤3-3，若不满足跳至步骤3-4；

步骤3-3，将该位检测结果置1，跳至步骤3-1，并对下一个检测范围(本次有9次，9次完成跳至步骤3-6)进行空管检测；

步骤3-4，跳至步骤3-2，对该位置进行重复检测(重复次数最大不超过3)，当重复次数超过3次仍未识别，则跳转至步骤4-1；

步骤3-5，判断辅助程序返回的是否为1，若是跳至步骤3-3，若不满足跳至步骤3-6；

步骤3-6，将空管识别结果返回给子程序1，跳至步骤2-5，子程序2结束；

辅助程序：从颜色角度辅助识别储管纱孔内是否有管纱；

步骤4-1，从颜色库中提取所有颜色，跳至步骤4-2；

步骤4-2，判断当前检测范围内(步骤2-2所得其中一个储管纱孔轮廓范围)是否存在颜色色块，若存在，则向子程序2返回1，依次跳向步骤3-5，步骤4-4；否则向子程序2返回0，依次跳向步骤3-5，步骤4-3；

步骤4-3，若实际存在管纱，只是该颜色在颜色库中不存在，可对该颜色进行学习，并存入颜色库，跳向步骤4-4；

步骤4-4，辅助函数结束。