一种基于Ｌａｂ　ＶＩＥＷ开发平台的尺寸测量系统及其测量方法

摘要

本发明是一种基于Lab VIEW开发平台的尺寸测量系统及其测量方法，包括上位机、PLC、3D激光相机以及线性模组装置；上位机用于向PLC发出工作指令，通过PLC完成与3D激光相机以及线性模组装置的信号交互；PLC与上位机连接，接收上位机的指令控制3D激光相机的触发以及线性模组装置的运动；3D激光相机安装在线性模组装置上，3D激光相机用于扫描被测物体生成3D点云数据以及灰度数据，并将其数据传输给上位机；线性模组装置与PLC连接，由PLC控制，用于带动3D激光相机移动。本本发明结构简单、抗噪性强、视野广、安装方便、精度高、通用性强；解决了传统测量系统所带来的稳定性差、视野受限、配置繁琐、抗噪性差以及较难集成等问题。

说明书

技术领域

本发明涉及尺寸测量系统，特别涉及一种基于Lab VIEW开发平台的尺寸测量系统及其测量方法。

背景技术

当今生产行业对于尺寸的要求极为严苛，对于已经注塑成型的外壳、焊接完成的电路板等被测对象，柱头、排针以及电子元器件等被测量目标的高度是判断产品是否符合生产要求的一项重要指标。

传统的尺寸测量系统利用工业相机拍摄平面图像，通过分析灰度图像或彩色图像来计算被测对象上被测量目标的高度，此类系统通常对工作环境要求严苛，抗噪性差、视野较小、配置繁琐、精度受限，对于部分被测对象的表面不敏感导致该系统的通用性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、抗噪性强、视野广、安装方便、精度高、通用性强的基于Lab VIEW开发平台的尺寸测量系统及其测量方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于Lab VIEW开发平台的尺寸测量系统，其特征在于，所述尺寸测量系统包括：

上位机，用于向PLC发出工作指令，通过PLC完成与3D激光相机以及线性模组装置的信号交互；

PLC，PLC与上位机连接，接收上位机的指令控制3D激光相机的触发以及线性模组装置的运动；

3D激光相机，3D激光相机安装在线性模组装置上，3D激光相机用于扫描被测物体生成3D点云数据以及灰度数据，并将其数据传输给上位机；

线性模组装置，线性模组装置与PLC连接，由PLC控制，用于带动3D激光相机移动；

线性模组装置由模组控制器、线性模组以及光电传感器组成；模组控制器由PLC控制，用于驱动线性模组工作；光电传感器安装在线性模组上，并将检测到的信号发送给PLC；

模组控制器为一伺服电机，伺服电机的旋转圈数取决与PLC发出的脉冲数；

光电传感器有三组，分别标定3D激光相机运动前的初始位置以及3D激光相机运动的最大范围。

在本发明的一个实施例中，上位机为工业计算机。

在本发明的一个实施例中，上位机内置Eye Vision软件程序统筹驱动硬件以及LabVIEW软件。

在本发明的一个实施例中，3D激光相机与上位机通过TCP/IP协议完成数据传输。

一种基于Lab VIEW开发平台的尺寸测量方法，具体步骤如下：

(1)、系统初始化，各工位设备复位，其中3D激光相机初始化时设置的主要参数有激光强度、采集频率以及间隔时间，这些参数的设置需与模组控制器的各项参数相统一；

(2)、操作人员摆放被测物品，点击开始；

(3)、上位机通过PLC控制线性模组装置运动同时触发3D激光相机使其工作，扫描被测物品；

(4)、3D激光相机内部生成3D点云数据以及灰度数据；

(5)、上位机读取3D激光相机内生成的多套数据；

(6)、上位机加载数据，同时显示平面灰度图像与固定视角的3D立体图像；

(7)、在上位机控制界面内选择训练模式；

(8)、框选用于定位的匹配模板(通常选取该批次产品共有的特征区域)并点击“保存”；

(9)、框选用于确定基准平面的高度模板(通常选取被测对象的根部区域作为高度校准的模板)并点击“保存”；

(10)、逐一框选位于基准面上所有被测对象(选择区域不宜过大，包含被测对象即可)并点击“保存”；

(11)、在上位机控制界面内按要求设置高度范围；

(12)、在上位机控制界面内选择测量模式；高度数据将在上位机界面内显示，并显示产品是否符合生产要求(绿色为符合生产要求，红色为不符合生产要求)；

(13)、对于相同产品的相同被测对象，无需重新训练，系统直接由步骤(2)开始执行，中间省略步骤(7)-步骤(12)，的相关操作，系统将自动显示被测对象的高度信息并做出判断；

(14)、对于不同被测对象，系统由步骤(2)开始执行上述全部操作。

在本发明的一个实施例中，上位机内基于Lab VIEW开发平台设计的LabVIEW软件由通讯模块、模板采集模块、模板匹配模块、目标设置模块、高度提取模块构成，分别完成连接相机以及获取数据的功能、模板采集的功能同时将模板保存在软件运行时所在的目录下、模板匹配以及输出模板在当前图片下的匹配对象的中心位置坐标的功能、当前产品的图纸设置并计算被测对象的实时位置坐标的功能、搜索最高点的坐标信息同时输出高度信息的功能。

在本发明的一个实施例中，上述LabVIEW软件运行的过程如下：

(1)、操作人员输入3D激光相机IP地址，由通讯模块程序段完成相机连接；

(2)、3D激光相机触发后，由通讯模块程序段读取当前产品的3D点云数据，该数据为三位数组，包含各像素点的坐标信息以及对应坐标的校正后的高度信息；

(3)、第一次测量当前产品时，操作人员需框选目标，完成训练任务，由模板采集模块、目标设置模块程序段完成；

(4)、点击“测量”后，显示器上显示目标的高度信息，并判断目标高度是否达标，达标的目标高度信息栏背景色为绿色，不达标的目标高度信息栏背景色为红色，由模板匹配模块、高度提取模块构成完成高度读取高度的任务，由通讯模块完成相机触发、驱动线性模组运动的任务。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

一、3D激光相机可以自动生成3D点云数据，并以数组的形式输出，从中可以直接读取高度信息，同时解决了抗噪性差、配置繁琐、精度受限，对于部分被测对象的表面不敏感导致该系统的通用性变差等问题；

二、区别于传统测量系统的静态拍照方式，该系统利用线性模组与3D激光相机配合，采用线扫描的采集数据方式解决了视野受限的问题，3D激光相机的使用提高了系统的测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明工作流程示意图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

10、上位机 20、PLC 30、3D激光相机 40、模组控制器 50、线性模组 60、光电传感器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1和图2所示，本发明公开了一种基于Lab VIEW开发平台的尺寸测量系统，尺寸测量系统包括上位机10、PLC 20、3D激光相机30以及线性模组装置。

上位机10用于向PLC 20发出工作指令，通过PLC 20完成与3D激光相机30以及线性模组装置的信号交互；PLC20与上位机10连接，接收上位机10的指令控制3D激光相机30的触发以及线性模组装置的运动；3D激光相机30安装在线性模组装置上，3D激光相机30与上位机10通过TCP/IP协议完成数据传输，3D激光相机30用于扫描被测物体生成3D点云数据以及灰度数据，并将其数据传输给上位机10，数据以数组的形式输出，便于上位机10对三维数据进行读取与处理，极大的简化了数据处理与分析的相关程序；3D激光相机自带激光发射器，无需配置光源，无需配置镜头，一体式封装安装方便，便于集成，抗噪性强，受被测对象的材料特性影响很小，可以在各种复杂的环境中正常工作且精度较高；线性模组装置与PLC20连接，由PLC20控制，用于带动3D激光相机30移动。

本发明上位机10为工业计算机，上位机内置Eye Vision统筹驱动硬件以及LabVIEW软件，利用LabVIEW对数据进行处理、分析，通过PLC20完成与3D激光相机30以及线性模组装置的信号交互从而控制3D激光相机的触发以及线性模组装置的运动。

线性模组装置由模组控制器40、线性模组50以及光电传感器60组成；模组控制器40由PLC20控制，用于驱动线性模组50工作；光电传感器60安装在线性模组50上，并将检测到的信号发送给PLC20，模组控制器40为一伺服电机，伺服电机的旋转圈数取决与PLC发出的脉冲数。

本发明光电传感器60有三组，分别标定3D激光相机30运动前的初始位置以及3D激光相机30运动的最大范围。

本发明采用3D激光相机30配合线性模组装置采集得到3D点云数据并以数组的形式输出，数据传输到上位机后按照流程对其进行保存、调用、筛选。

总结该系统的功能有：待测目标校准定位、三维图像显示、模板训练、高度信息获取、产品质量判定。

本系统在使用之前还需要对3D激光相机进行初始化设置，设置3D激光相机的激光强度、采集频率以及间隔时间等参数，由这些参数确定线性模组装置的运动速度从而计算出PLC每秒需要向外发送的脉冲数。

一种基于Lab VIEW开发平台的尺寸测量方法，具体步骤如下：

(1)、系统初始化，各工位设备复位，其中3D激光相机初始化时设置的主要参数有激光强度、采集频率以及间隔时间，这些参数的设置需与模组控制器的各项参数相统一；

(2)、操作人员摆放被测物品，点击开始；

(3)、上位机通过PLC控制线性模组装置运动同时触发3D激光相机使其工作，扫描被测物品；

(4)、3D激光相机内部生成3D点云数据以及灰度数据；

(5)、上位机读取3D激光相机内生成的多套数据；

(6)、上位机加载数据，同时显示平面灰度图像与固定视角的3D立体图像；

(7)、在上位机控制界面内选择训练模式；

(8)、框选用于定位的匹配模板(通常选取该批次产品共有的特征区域)并点击“保存”；

(9)、框选用于确定基准平面的高度模板(通常选取被测对象的根部区域作为高度校准的模板)并点击“保存”；

(10)、逐一框选位于基准面上所有被测对象(选择区域不宜过大，包含被测对象即可)并点击“保存”；

(11)、在上位机控制界面内按要求设置高度范围；

(12)、在上位机控制界面内选择测量模式；高度数据将在上位机界面内显示，并显示产品是否符合生产要求(绿色为符合生产要求，红色为不符合生产要求)；

(13)、对于相同产品的相同被测对象，无需重新训练，系统直接由步骤(2)开始执行，中间省略步骤(7)-步骤(12)，的相关操作，系统将自动显示被测对象的高度信息并做出判断；

(14)、对于不同被测对象，系统由步骤(2)开始执行上述全部操作。

本发明上位机内基于Lab VIEW开发平台设计的LabVIEW软件由通讯模块、模板采集模块、模板匹配模块、目标设置模块、高度提取模块构成，分别完成连接相机以及获取数据的功能、模板采集的功能同时将模板保存在软件运行时所在的目录下、模板匹配以及输出模板在当前图片下的匹配对象的中心位置坐标的功能、当前产品的图纸设置并计算被测对象的实时位置坐标的功能、搜索最高点的坐标信息同时输出高度信息的功能。

本发明LabVIEW软件运行的过程如下：

(1)、操作人员输入3D激光相机IP地址，由通讯模块程序段完成相机连接；

(2)、3D激光相机触发后，由通讯模块程序段读取当前产品的3D点云数据，该数据为三位数组，包含各像素点的坐标信息以及对应坐标的校正后的高度信息；

(3)、第一次测量当前产品时，操作人员需框选目标，完成训练任务，由模板采集模块、目标设置模块程序段完成；

(4)、点击“测量”后，显示器上显示目标的高度信息，并判断目标高度是否达标，达标的目标高度信息栏背景色为绿色，不达标的目标高度信息栏背景色为红色，由模板匹配模块、高度提取模块构成完成高度读取高度的任务，由通讯模块完成相机触发、驱动线性模组运动的任务。本发明采用3D激光相机配合线性模组装置协同工作，实现待测目标校准定位、三维图像显示、模板训练、高度信息获取、产品质量判定。

本发明只需要一个操作工位操控，负责摆放被测物体，点击“开始”按钮。

本发明与传统尺寸测量系统相比，解决了抗噪性差、视野受限、配置繁琐、精度受限、通用性差等问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。