專利名稱：鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及鋸材表面缺陷檢測，具體涉及一種鋸材表面缺陷圖像采集系統(tǒng)及檢測方法。
背景技術(shù)：
鋸材缺陷(特別是節(jié)子、裂縫、蟲眼等)會嚴重影響木材的質(zhì)量、改變木材正常性能、降低木材利用率和使用價值。實現(xiàn)鋸材表面缺陷的計算機監(jiān)測，對鋸材等級自動分選、 提高鋸材商品價值和加速鋸材加工自動化有非常重要的作用。針對鋸材表面缺陷的檢測，當前應(yīng)用比較廣泛的是目測分等方法(也稱目測分級，Visual grading)，指用肉眼觀測方式對鋸材強度劃分等級，主要是通過對鋸材表面的各種影響強度或相關(guān)性能的缺陷進行評估實現(xiàn)的。隨著鋸材生產(chǎn)的發(fā)展，目測分等方法也在不斷完善和調(diào)整，現(xiàn)在，目測分等方法仍然是北美地區(qū)鋸材生產(chǎn)的主要分等方法和基礎(chǔ)。 由于人工檢測具有一定的局限性，尤其是鋸材表面有多種缺陷，缺陷的尺寸和形狀變化很大，人工分類比較困難，所以這種檢測方法已不能滿足鋸材生產(chǎn)中快速檢測和連續(xù)檢測的需要；以及鋸材生產(chǎn)過程中的重復(fù)性和單一性的特點，人工檢測存在著嚴重影響檢測效果的因素，例如在生產(chǎn)過程中由于檢測員注意力不集中及長時間疲勞的影響，以及檢測經(jīng)驗不同而造成的檢驗結(jié)果不一致等。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計算機來代替人工檢測鋸材缺陷已經(jīng)成為發(fā)展趨勢。先進的自動化檢測技術(shù)已較普遍地應(yīng)用于木材加工的各個領(lǐng)域，鋸材表面缺陷的在線檢測對鋸材加工過程中的質(zhì)量控制及產(chǎn)品分等均具有重要意義。近年來，探測鋸材缺陷的方法除人工方法外主要有超聲波法、激光掃描射法、射線檢測法和數(shù)字圖像處理方法等， 其中數(shù)字圖像處理是可靠性、安全性和效率相對較高的一種方式。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種實現(xiàn)鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)及檢測方法，使用該系統(tǒng)和方法，可以利用圖像檢測技術(shù)由計算機得出鋸材表面缺陷情況，從而實現(xiàn)對鋸材等級的自動分選。本實用新型提供的技術(shù)方案如下一種鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)(參圖1)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括-用于安裝固定的底座；-用于輸送鋸材(即被測對象)的同步帶，所述同步帶通過主動輪和從動輪連接在底座上的；-安裝在底座上用于鋸材導(dǎo)向的導(dǎo)向裝置，包括側(cè)導(dǎo)向板、后導(dǎo)向板、前導(dǎo)向板；-安裝在底座上的至少1個圖像采集裝置，數(shù)量不局限于1個，可根據(jù)實際情況，沿 X軸方向和Y軸方向各分布1個或多個；-用于測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉(zhuǎn)光電編碼器，所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器安裝在底座上，與主動輪同軸連接，或與其它隨同步帶同步轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸同軸連接；-安裝在底座上的光電傳感器，用于檢測鋸材是否存在在同步帶上以及到達、離開同步帶的時間點；所述光電傳感器在X軸方向上位置可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍lm，調(diào)節(jié)方式T型槽， 導(dǎo)軌等，檢測距離范圍10 200mm ；-安裝固定在底座上的至少1個夾緊裝置，用于使鋸材向側(cè)導(dǎo)向板對齊，提供拍照的側(cè)向基準定位，位置可沿Y軸方向調(diào)節(jié)，如圖2所示，數(shù)量2個(1個或多個均可)，調(diào)節(jié)范圍 10 200mm。優(yōu)選的，在圖像采集裝置上有環(huán)形圓頂光源，為鋸材提供穩(wěn)定的、固定的光照環(huán)境，克服環(huán)境對檢測效果的干擾。優(yōu)選的，所述同步帶的輸送速度為0. 01 2m/s，同步帶主動輪的有效輸送半徑為 R0優(yōu)選的，所述鋸材的長為1000 6000mm，寬為50 300mm，厚度為10 150mm。優(yōu)選的，所述導(dǎo)向裝置沿Y軸方向位置不可調(diào)或可調(diào)；側(cè)導(dǎo)向板為一直板；所述側(cè)導(dǎo)向板位置調(diào)節(jié)方式可以為T型槽調(diào)節(jié)，用螺栓螺母固定，或者螺母絲杠等方式固定；所述前導(dǎo)向板和后導(dǎo)向板可沿Y軸方向調(diào)節(jié)位置，調(diào)節(jié)方式也可以是T型槽，螺栓螺母固定，或螺母絲杠等。優(yōu)選的，所述圖像采集裝置由安裝架、工業(yè)相機(帶外部觸發(fā))、鏡頭等組成；工業(yè)相機可沿X軸、Y軸、Z軸三維調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式X軸導(dǎo)軌、T型槽等；Y軸導(dǎo)軌、T型槽等； Z軸導(dǎo)軌和螺母絲杠(滾珠絲杠，T型槽等)；調(diào)節(jié)范圍X軸1m ;Y軸1m ;Ζ軸0. 3m(以底座X軸、Y軸方向中點向兩側(cè)平分，Z軸鏡頭距同步帶范圍100 400mm)；工業(yè)相機成像尺寸長寬比為d，像素范圍30 500萬；工業(yè)相機有兩種安裝方法視眼長度方向沿X方向；視眼長度方向沿Y方向。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器的分辨率e大于lOOOp/r，工業(yè)相機一次拍照所需旋轉(zhuǎn)光電編碼器脈沖數(shù)為N。優(yōu)選的，所述夾緊裝置包括(如圖2)用作固定的安裝支座；調(diào)節(jié)支座的位置的位置調(diào)節(jié)裝置；彈簧；滾輪；滾輪支架；調(diào)節(jié)彈簧松緊的限位螺母；防止?jié)L輪支架旋轉(zhuǎn)的定位螺絲。將本實用新型提供的圖像采集系統(tǒng)連接到計算機控制系統(tǒng)，然后執(zhí)行如下步驟1)當光電傳感器檢測到鋸材到達時，由計算機控制系統(tǒng)觸發(fā)拍取第一張照片；2)鋸材在傳送機構(gòu)上移動過程中，每移動1個固定步長(根據(jù)工業(yè)相機的視角、鏡頭與鋸材間的距離、鋸材的寬度來確定步長)拍照一張；計算機控制系統(tǒng)統(tǒng)計安裝在同步帶上的旋轉(zhuǎn)光電編碼器輸出的脈沖數(shù)，當達到工業(yè)相機一次拍照所需脈沖數(shù)N時，由計算機控制系統(tǒng)觸發(fā)拍取下一張照片；3)當鋸材通過后，光電傳感器輸出信號告知計算機，結(jié)束照片獲取過程；4)計算機控制系統(tǒng)將對同一鋸材所拍的照片按照拍照先后順序進行圖像合并，合并后的圖像P即為所求。利用上述控制系統(tǒng)提供了一種鋸材表面缺陷的檢測方法(參圖4)，其特征在于， 包括如下步驟a)采用本實用新型提供的圖像采集方法，獲取鋸材表面缺陷的圖像P ；[0030]b)計算機控制系統(tǒng)對圖像P進行圖像處理和模式識別，確定缺陷性質(zhì)；c)計算機控制系統(tǒng)對整根鋸材的主要缺陷進行統(tǒng)計分析；d)計算機控制系統(tǒng)依據(jù)鋸材表面缺陷的類型、大小、相對位置、數(shù)量等信息，分析缺陷的危害程度，綜合評價整根鋸材性能，輸出鋸材的等級信息。本實用新型提供的鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)及檢測方法，利用工業(yè)相機(鏡頭)采集鋸材表面圖像，并輸入到微機系統(tǒng)，經(jīng)控制識別系統(tǒng)對待測圖片進行處理分析，確定鋸材缺陷種類、數(shù)量，可以根據(jù)國標及工業(yè)生產(chǎn)要求，對待測鋸材分級，將鋸材輸送至相應(yīng)等級區(qū)或在鋸材上做相應(yīng)等級標志，從而實現(xiàn)對鋸材的缺陷檢測和分等，提高木材利用率和使用價值。

圖1本實用新型提供的鋸材表面缺陷圖像采集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1 底座；2 同步帶；3 鋸材(被測對象)；4 側(cè)導(dǎo)向板；5 環(huán)形圓頂光源；6 圖像采集裝置；7 主動輪；8 旋轉(zhuǎn)光電編碼器；9 后導(dǎo)向板；10 光電傳感器；11 夾緊裝置；12:前導(dǎo)向板；13:從動輪。圖2加緊裝置示意圖。其中，101 安裝支座；102 位置調(diào)節(jié)裝置；103 彈簧；104 滾輪；105 滾輪支架； 106 限位螺母；107 定位螺絲。圖3工業(yè)相機成像原理示意圖。圖4缺陷檢測和處理流程圖。
具體實施方式
下面用實施例對本實用新型做進一步闡述。實施例一個鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)(參圖1)，包括-用于安裝固定的底座1；-用于輸送鋸材3(即被測對象)的同步帶2，所述同步帶通過主動輪7和從動輪 13連接在底座上的；-安裝在底座上用于鋸材導(dǎo)向的導(dǎo)向裝置，包括側(cè)導(dǎo)向板4、后導(dǎo)向板9、前導(dǎo)向板12 ；所述導(dǎo)向裝置有二種方式沿Y軸方向位置不可調(diào)；沿Y軸方向位置可調(diào)。側(cè)導(dǎo)向板 4位于鋸材的一側(cè)，后導(dǎo)向板9和前導(dǎo)向板12位于鋸材的另一側(cè)，側(cè)導(dǎo)向板4外形為一直板。-圖像采集裝置6包括安裝架、工業(yè)相機(帶外部觸發(fā))、鏡頭等，1個或多個工業(yè)相機設(shè)置在與底座固定的安裝架上，工業(yè)相機位于鋸材表面的上方，安裝架沿X軸方向可以移動，X軸導(dǎo)軌、T型槽等；工業(yè)相機在安裝架上可沿X軸調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式導(dǎo)軌、T型槽等；工業(yè)相機還可以Z軸方向調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)方式螺母絲杠(滾珠絲杠，T型槽等)。上述工業(yè)相機調(diào)節(jié)范圍x軸1m ；Y軸1m ;Z軸0. 3m(以底座X軸、Y軸方向中點向兩側(cè)平分，Z軸 鏡頭距同步帶范圍100 400mm)；工業(yè)相機成像尺寸長寬比為d，像素范圍30 500萬； 工業(yè)相機有兩種安裝方法視眼長度方向沿X方向；視眼長度方向沿Y方向。-用于測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉(zhuǎn)光電編碼器8，所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器8安裝在底座上，與主動輪7同軸連接，或與其它隨同步帶2同步轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸同軸連接；-安裝在底座上的光電傳感器10，用于檢測鋸材是否存在在同步帶2上以及到達、 離開同步帶的時間點；所述光電傳感器10在X軸方向上位置可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍lm，調(diào)節(jié)方式 T型槽，導(dǎo)軌等，檢測距離范圍10 200mm;-安裝固定在底座上的夾緊裝置11，夾緊裝置11包括(如圖2)與底座固定的安裝支座101，該安裝支座101通過帶有彈簧103的可伸縮的滾輪支架105連接一滾輪104 ； 在安裝支座101上還設(shè)有調(diào)節(jié)支座的位置的位置調(diào)節(jié)裝置102 ；調(diào)節(jié)彈簧松緊的限位螺母 106 ；防止?jié)L輪支架旋轉(zhuǎn)的定位螺絲107。夾緊裝置用于使鋸材向側(cè)導(dǎo)向板4對齊，提供拍照的側(cè)向基準定位，位置可沿Y軸方向調(diào)節(jié)，如圖2所示，數(shù)量2個(1個或多個均可)，調(diào)節(jié)范圍10 200mm ；-在圖像采集裝置6上安裝環(huán)形圓頂光源5，為鋸材提供穩(wěn)定的、固定的光照環(huán)境， 克服環(huán)境對檢測效果的干擾。所述同步帶2的輸送速度為0. 01 2m/s，同步帶主動輪的有效輸送半徑為R。所述鋸材3的長為1000 6000mm，寬為50 300mm，厚度為10 150mm。所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器8的分辨率e大于lOOOp/r，工業(yè)相機一次拍照所需旋轉(zhuǎn)光電編碼器脈沖數(shù)為N。下面是對鋸材缺陷圖像采集方法的進一步闡釋如圖3所示矩形ABCD為工業(yè)相機(鏡頭)視場范圍(即被拍物有效范圍)，對于工業(yè)相機的兩種安裝方法(參數(shù)見表1)
權(quán)利要求1.一種鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括-用于安裝固定的底座(1)；-用于輸送鋸材(3)的同步帶0)，所述同步帶通過主動輪(7)和從動輪(1 連接在底座上；-安裝在底座上用于鋸材導(dǎo)向的導(dǎo)向裝置，包括側(cè)導(dǎo)向板(4)、后導(dǎo)向板(9)和前導(dǎo)向板(12)；-安裝在底座上的至少1個圖像采集裝置(6)；-用于測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉(zhuǎn)光電編碼器(8)，所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器 (8)安裝在底座上，與主動輪(7)同軸連接，或與其它隨同步帶O)同步轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸同軸連接；-安裝在底座上的光電傳感器(10)，用于檢測鋸材是否存在在同步帶(2)上以及到達、 離開同步帶的時間點；-安裝固定在底座上的至少1個夾緊裝置(11)，用于使鋸材向側(cè)導(dǎo)向板(4)對齊，提供拍照的側(cè)向基準定位。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述導(dǎo)向板G)、后導(dǎo)向板(9)和前導(dǎo)向板(1 的底部插接在底座上的一 T型槽內(nèi)，位置沿Y軸方向位置調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集裝置(6)由安裝架、 工業(yè)相機和鏡頭組成；工業(yè)相機固定在安裝架上沿X軸、Y軸、Z軸三維調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，在圖像采集裝置(6)上有環(huán)形圓頂光源(5)。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)光電編碼器(8)的分辨率 e 大于 1000p/r。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述夾緊裝置(11)包括與底座固定的安裝支座(101)，該安裝支座(101)通過帶有彈簧(103)的可伸縮的滾輪支架(105)連接一滾輪(104)。
7.如權(quán)利要求6所述的圖像采集系統(tǒng)，其特征在于，所述底座固定2個夾緊裝置(11)， 所述安裝支座(101)設(shè)有位置調(diào)節(jié)裝置(102)，將夾緊裝置(11)位置沿Y軸方向調(diào)節(jié)。
專利摘要本實用新型公布了一種鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)。該圖像采集系統(tǒng)包括用于安裝固定的底座(1)；用于輸送鋸材(3)的同步帶(2)；導(dǎo)向裝置；安裝在底座上的圖像采集裝置(6)；用于測量鋸材的X方向有效移動距離的旋轉(zhuǎn)光電編碼器(8)；光電傳感器(10)；以及安裝固定在底座上的夾緊裝置(11)。利用本實用新型提供的鋸材表面缺陷的圖像采集系統(tǒng)及檢測方法，可以實現(xiàn)對鋸材的缺陷檢測和分等，提高木材利用率和使用價值。
文檔編號G01N21/89GK202182865SQ201120264868
公開日2012年4月4日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者尚文端, 張偉, 曲聞遠, 楊建華, 胡偉前 申請人:國家林業(yè)局北京林業(yè)機械研究所