专利名称：光伏铝型材压痕在线检测方法
技术领域：
本发明涉及在线检测技术领域，尤其涉及利用反射式光电开关以及摄像机对应用于光伏发电系统的铝型材工件上是否存在符合标准的压痕进行自动检测的方法。
背景技术：
铝型材是光伏发电系统中大量采用的结构件，随着光伏系统的发展，光伏铝型材的需要量越来越大。铝型材的表面需要加工出符合标准的压痕，在光伏发电系统的车间现场，需要对铝型材上是否形成了合格的压痕进行在线检测。目前国内大多数光伏发电企业对铝型材的检测还是采用人工观察，在铝型材传送带旁设若干工人进行目测和处理，按照压痕是否合格将铝型材工件分为合格品和不合格品。人工检测存在的缺点主要有车间现场灰尘多、噪声大，工人检测工作环境恶劣； 正常人眼长时间不间断观测运动物体会产生眼花、眼胀等不适，检测人员无法长时间不间断工作，容易发生漏检、错检现象；对于高尺寸精度的检测，人眼很难准确判断，误差大，无法保证检测质量；人工观测的速度有限，对生产效率有极大限制。因此，根据不同长度铝型材要求，研究基于机电控制技术的在线检测系统，研究对压痕的检测方法，实现铝型材的快速在线检测，为铝加工产业的自动化生产提供技术与装备支撑是非常必要的。

发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏铝型材压痕在线检测方法，提高铝型材检测的效率和准确性，攻克人工观察导致的漏检、错检现象难点，实现全自动化生产铝型材，从铝型材的加工到检测完全依靠机器来完成，为铝型材安全可靠生产提供技术与装备支撑。本发明的技术方案如下
一种光伏铝型材压痕在线检测方法，其特征在于包括如下步骤
1)构建检测系统
在铝型材传送带上安装起始光电开关、结束光电开关和摄像机，将所述起始光电开关、 结束光电开关分别与摄像机相连接，并将所述起始光电开关、结束光电开关和摄像机与工控机相连接；
2)铝型材工件快速经过铝型材传送带上的检测区域，先后触发所述起始光电开关、摄像机、结束光电开关、摄像机，采集铝型材工件两端的压痕图像；
2. 1)起始光电开关和摄像机的第一次图像采集
当铝型材工件进入检测区域时，触发起始光电开关，起始光电开关从低电平变为高电平；此时摄像机采集一幅包含压痕的图像；
2. 2)结束光电开关和摄像机的第二次图像采集
当铝型材工件即将离开检测区域时，触发结束光电开关，结束光电开关从高电平变为低电平；此时摄像机采集一幅包含压痕的图像；3)摄像机将图像采集到工控机的内存中，工控机对图像中的压痕进行识别，综合前后两幅图像的压痕识别结果，确定工件是否合格，具体步骤如下
当摄像机拍摄到图像时，首先通过转换算法将其转换为灰度图，并进行滤波和图像平滑处理；之后，将图像上所有的像素点进行二值化处理，处理方法为根据工件情况选择此点周围的某一邻域，将此邻域内所有的点的灰度值进行直接平均值计算或按高斯分布加权后计算平均值，若平均值大于此点灰度值，则此点判定为黑色，否则判定为白色，同时将图像反色；其后，根据工件表面情况再进行一次或多次图像的形态学膨胀或收缩后，寻找白色连通区域；对白色连通区域进行判定，若符合压痕图像规则则判定有压痕，若不符合则判定为无压痕，并将压痕标记在图像上；最后将该压痕标记置于原始图像上相应位置并显示； 若摄像机所采集的两幅图像经过上述步骤后都判断为有压痕，则确定工件为合格品。所述起始光电开关和结束光电开关的安装位置如下当铝型材工件处于检测区域时，所述起始光电开关和结束光电开关位于铝型材工件有压痕的表面下方，与铝型材工件有压痕的表面垂直。所述摄像机的安装位置如下当铝型材工件处于检测区域时，摄像机位于铝型材工件有压痕的表面上方，与铝型材工件有压痕的表面垂直。所述始光电开关和结束光电开关与摄像机的相对位置如下所述起始光电开关与摄像机的水平距离等于右侧压痕到铝型材工件右边沿的距离，所述结束光电开关与摄像机的水平距离等于左侧压痕到铝型材工件左边沿的距离。本发明的有益技术效果是
一、本发明将检测装置固定于铝型材传送带上，光电开关和相机固定于检测装置上，实现无接触检测；当铝型材快速经过监测区域，先后触发起始光电开关、摄像机、结束光电开关、摄像机，再由工控机通过对图像采集信息的处理，进而判断铝型材是否合格。安装方式简单，检测方法可靠，比起目前其它的现有检测方式，更加可靠、便捷。二、本发明摄像机拍摄的原始图像，经过滤波及二值化变换后即可对压痕的存在区域进行识别，由于压痕存在位置在图像上相对固定，可只对图像中出现压痕部分进行分析以提高速度和减小误差，识别后的图像上标记好压痕位置与分析区域，为使图像更直观将标记置于原始图像上并显示。三、本发明所设计的光电开关，选择红外LED作为红外发光二极管，光电接收三极管作为红外接收管，抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长。考虑铝型材检测时空间位置的关系，选择反射式接收方式。摄像机选择高速摄像机，能保证图像清晰度在可接受范围内。


图1是起始光电开关、结束光电开关、摄像机的安装位置图。图2-1是压痕灰度图像。图2-2是将图2-1做二值化变换后反色的图像。图2-3是在图2-2上做压痕标记的图像。图2-4是将图2-3上的压痕标记转移到图2-1上的图像。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步说明。首先，构建如图1所示的压痕在线检测系统。在铝型材传送带的检测装置上安装起始光电开关1、结束光电开关2以及摄像机3。始光电开关1、结束光电开关2分别与摄像机3相连接。并将起始光电开关1、结束光电开关2以及摄像机3与对检测信号进行处理判断的工控机为核心的电控系统连接(工控机在图1中未示出)。起始光电开关1，可以检测工件的到来，同时给摄像机3拍摄命令；结束光电开关2，可以检测工件的结束，同时给摄像机 3拍摄命令；摄像机3，可以检测压痕的情况。如图1所示，起始光电开关1、结束光电开关2以及摄像机3的安装位置分别为 当铝型材工件4处于检测区域时，用于起始位置判断的起始光电开关1和用于结束位置判断的结束光电开关2安装于铝型材工件4的有压痕的表面下方，且与铝型材工件4的有压痕的表面垂直，并且距离铝型材工件4的有压痕的表面一段距离，该距离可按照光电开关的设计要求进行调整。摄像机3安装于铝型材工件4有压痕的表面上方，且与铝型材工件4的有压痕的表面垂直，摄像机3距离工件表面的距离由采用的摄像机镜头焦距决定，并调节好焦距。接下来，调整好起始光电开关1、结束光电开关2与摄像机3的相对位置，使得有信号变化时摄像机3恰好能采集到压痕图像。具体来说，即图1中的起始光电开关1与摄像机3的水平距离等于压痕5到铝型材工件4右边沿的距离，而结束光电开关2与摄像机 3的水平距离等于压痕6到铝型材工件4左边沿的距离。起始光电开关1和结束光电开光 2的位置相对于摄像机3位置对称。当上述起始光电开关1、结束光电开关2以及摄像机3按照图1的位置安装好且处于工作状态，即可对每个经过的铝型材工件4进行检测。具体来说，一个工件的检测步骤为当铝型材工件4进入检测区域时，先触发起始光电开关1，起始光电开关1从低电平变为高电平；此时摄像机3位于压痕5正上方，采集一幅包含压痕5的图像；当铝型材工件4 即将离开检测区域时，触发结束光电开关2，结束光电开关2从高电平变为低电平，此时摄像机3位于压痕6正上方，采集一幅包含压痕6的图像；最后铝型材工件4离开起始开关， 使起始光电开关1从高电平变为低电平，至此一个工件检测完毕。如图2-广2-4所示，由黑白或彩色摄像机3将图像采集到工控机的内存中后，在工控机内采用机器视觉技术来对图像中压痕进行识别，综合前后两幅压痕图像的判断结果确定工件是否合格。具体包括四个步骤
当摄像机拍摄到图像时，首先通过转换算法将其转换为灰度图，并进行滤波和图像平滑处理，此时压痕处的灰度值明显降低(见图2-1)。之后通过灰度值平均值来识别压痕， 将图像上所有的像素点进行二值化处理，处理方法为根据工件情况选择此点周围的某一邻域，将此邻域内所有的点的灰度值进行直接平均值计算或按高斯分布加权后计算平均值，若平均值大于此点灰度值，则此点判定为黑色，否则判定为白色，同时将图像反色(见图 2-2)。其后，根据工件表面情况再进行一次或多次图像的形态学膨胀或收缩后，寻找白色连通区域。对白色连通区域进行判定，若符合压痕图像规则则判定有压痕，若不符合则判定为无压痕，并将压痕标记在图像上(见图2-3)。最后为使图像更直观，将该压痕标记置于原始图像上相应位置并显示(见图2-4)。若摄像机所采集的两幅图像经过上述步骤后都判断为有压痕，则确定工件为合格品。 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化， 均应认为包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种光伏铝型材压痕在线检测方法，其特征在于包括如下步骤1)构建检测系统在铝型材传送带上安装起始光电开关、结束光电开关和摄像机，将所述起始光电开关、 结束光电开关分别与摄像机相连接，并将所述起始光电开关、结束光电开关和摄像机与工控机相连接；2)铝型材工件快速经过铝型材传送带上的检测区域，先后触发所述起始光电开关、摄像机、结束光电开关、摄像机，采集铝型材工件两端的压痕图像；2.1)起始光电开关和摄像机的第一次图像采集当铝型材工件进入检测区域时，触发起始光电开关，起始光电开关从低电平变为高电平；此时摄像机采集一幅包含压痕的图像；2. 2)结束光电开关和摄像机的第二次图像采集当铝型材工件即将离开检测区域时，触发结束光电开关，结束光电开关从高电平变为低电平；此时摄像机采集一幅包含压痕的图像；3)摄像机将图像采集到工控机的内存中，工控机对图像中的压痕进行识别，综合前后两幅图像的压痕识别结果，确定工件是否合格，具体步骤如下当摄像机拍摄到图像时，首先通过转换算法将其转换为灰度图，并进行滤波和图像平滑处理；之后，将图像上所有的像素点进行二值化处理，处理方法为根据工件情况选择此点周围的某一邻域，将此邻域内所有的点的灰度值进行直接平均值计算或按高斯分布加权后计算平均值，若平均值大于此点灰度值，则此点判定为黑色，否则判定为白色，同时将图像反色；其后，根据工件表面情况再进行一次或多次图像的形态学膨胀或收缩后，寻找白色连通区域；对白色连通区域进行判定，若符合压痕图像规则则判定有压痕，若不符合则判定为无压痕，并将压痕标记在图像上；最后将该压痕标记置于原始图像上相应位置并显示； 若摄像机所采集的两幅图像经过上述步骤后都判断为有压痕，则确定工件为合格品。
2.根据权利要求1所述光伏铝型材压痕在线检测方法，其特征在于所述起始光电开关和结束光电开关的安装位置如下当铝型材工件处于检测区域时，所述起始光电开关和结束光电开关位于铝型材工件有压痕的表面下方，与铝型材工件有压痕的表面垂直。
3.根据权利要求1所述光伏铝型材压痕在线检测方法，其特征在于所述摄像机的安装位置如下当铝型材工件处于检测区域时，摄像机位于铝型材工件有压痕的表面上方，与铝型材工件有压痕的表面垂直。
4.根据权利要求1所述光伏铝型材压痕在线检测方法，其特征在于所述始光电开关和结束光电开关与摄像机的相对位置如下所述起始光电开关与摄像机的水平距离等于右侧压痕到铝型材工件右边沿的距离，所述结束光电开关与摄像机的水平距离等于左侧压痕到铝型材工件左边沿的距离。
全文摘要
本发明提供一种光伏铝型材压痕在线检测方法，在铝型材传送带上安装起始光电开关、结束光电开关和摄像机，当铝型材快速经过监测区域，先后触发起始光电开关、摄像机、结束光电开关、摄像机，由工控机对摄像机采集的图像信息进行处理，识别工件上是否存在压痕，压痕是否合格，进而达到检测铝型材是否合格的目的。本发明采用工控机对压痕检测相机采集的图像信息进行处理，实现对铝型材压痕在快速运动情况下的有效检测，具有检测装置简单紧凑、检测方法简单可靠的特点。
文档编号G01N21/898GK102519983SQ20111044422
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者于雷, 尤丽华, 赵振良, 闫向阳 申请人:江南大学