CN111781127B - 检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，其包括容器模块、视觉模块、图像采集处理模块以及控制执行模块，容器模块包括检测容器、存储容器以及泵送装置，容器模块用于装载检测样本及清洗检测容器；视觉模块包括CCD相机和频闪光源，视觉模块用于获取检测容器及其内部的润滑油的图像；图像采集处理模块包括人机交互和图像处理程序，图像采集处理模块用于图像处理并进行分析以及人机交互；控制执行模块用于控制CCD相机、泵和频闪光源的工作，并且控制检测容器的旋转动作。本发明提出了一种润滑油中的磨损微粒形体视觉检测系统，其能够应用于润滑油中的磨损微粒形体视觉检测，统计不同形态磨损微粒的数量。

Description

检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及微粒检测技术领域，具体地涉及一种检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统及检测方法。

背景技术

目前的润滑油的磨损微粒检测技术主要有铁谱技术以及光谱技术。铁谱技术需要应用强磁场从润滑油中分离出磨损微粒，再借助仪器来检测磨损微粒的形貌、数量等信息，但使用时需要手动将分离出的磨损微粒不重叠的摆放在基片上进行计数，容易产生误差。光谱技术中的原子吸收光谱仪分析灵敏度高，分析可靠，但是存在油样预处理较繁、待测多种元素需要多个元素灯等缺点，致使操作麻烦、分析速度慢；光谱技术中的原子发射光谱仪操作简单，分析速度快，但其需要放置于温度稳定的恒温机箱内进行操作。

目前在润滑油的磨损微粒形体检测方面需要一种结构简单的检测系统，为此，我们提出了一种较高精度的磨损微粒形体视觉检测系统。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的润滑油中的磨损微粒形体检测的方法由于操作复杂、需要特定环境等因素不能满足市场需求的问题，本发明提出了一种检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统及检测方法。

具体地，本发明提供一种检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，其包括容器模块、视觉模块、图像采集处理模块以及控制执行模块，

所述容器模块包括检测容器、存储容器以及泵送装置，所述容器模块用于装载检测样本及清洗检测容器；

所述视觉模块包括CCD相机和频闪光源，所述视觉模块用于获取检测容器及其内部的润滑油的图像；

所述图像采集处理模块包括人机交互和图像处理程序，所述图像采集处理模块用于图像处理并进行分析以及人机交互；

所述控制执行模块用于控制CCD相机、泵和频闪光源的工作，并且控制检测容器的旋转动作；

所述容器模块包括检测容器和存储容器，所述检测容器包括圆形透明容器和转动附件，所述圆形透明容器的厚度小于或等于2mm，所述圆形透明容器的外表面具有固定大小的圆形区域，所述圆形区域面积所对应的体积为固定值，所述圆形区域用于测量一定体积内的磨损微粒，所述转动附件用于固定检测容器，并配合舵机实现对容器的运动控制，从而实现180°往返旋转操作，

所述容器的四周外表面均匀设置有四个固定用的孔状结构，分别为第一固定孔、第二固定孔、第三固定孔和第四固定孔；

转动附件均匀设置有四个柱状结构，分别为第一固定柱、第二固定柱、第三固定柱以及第四固定柱，第一固定柱、第二固定柱、第三固定柱以及第四固定柱分别与检测容器四周的第一固定孔、第二固定孔、第三固定孔和第四固定孔进行配合，从而将检测容器固定；

转动附件的中心设置有中心孔，中心孔用于安装舵机，用从而实现控制执行模块对容器的运动控制，实现180°往返旋转以及使检测容器的入口和检测容器出口朝向指定位置；

检测容器和存储容器之间连接有所述泵送装置，所述泵送装置用于将存储容器中的检测样品以及清洁剂使用泵压入检测容器中，从而实现自动注入检测样本以及自动清洗检测容器。

优选地，所述存储容器内设置有样本容器和清洁剂容器，存储容器能够切换两个容器与外界管道的连接，存储容器的进出口分别设置有第一泵体和第二泵体，第一泵体用于将检测容器内的液体抽回存储容器中，第二泵体用于将存储容器内的液体压入检测容器中。

优选地，所述图像采集处理模块具体用于检测之前采集用于进行深度学习的数据，得到检测不同形态磨损微粒的网络模型以及利用得到的不同形态磨损微粒的网络模型对待测样本进行磨损微粒检测，统计不同形态的磨损微粒的数量，汇总后给出磨损微粒的数据，并输出到人机交互页面。

优选地，所述控制执行模块配合容器模块从而获取一定条件下的目标图像数据，通过舵机控制检测容器进行180°往返旋转操作。

本发明还提供一种基于上述视觉检测系统进行视觉检测的方法，其包括以下步骤：

S1、检测之前采集相关数据进行深度学习，得到检测不同形态磨损微粒的网络模型；

S2、利用步骤S1得到的模型对CCD相机获取的图像进行检测，统计不同形态的磨损微粒的数量，汇总后给出磨损微粒的数据，并输出到人机交互页面。

优选地，步骤S1具体包括以下子步骤：

S11、设定训练需要的图片样本数量，检测图片的样本数量是否达到设定数量：

S12、如果图片的样本数量达到设定数量则直接进入步骤S14，如果图片的样本数量没有达到设定数量，则进入步骤S13；

S13、更换样本，对样本进行180°往返旋转，使得样本内部磨损微粒运动，启动CCD相机与频闪光源，获取序列图像，使用帧差法对获取的图像进行处理，利用帧差图找出容器内的磨损微粒，结合帧差法得到的结果，在拍摄的原始图片中对不同形态的磨损微粒进行标记，直至图片的样本数量达到设定的数量时，结束标记过程，并进入步骤S14；

S14、使用深度学习网络对标记的样本图片进行学习，得到检测磨损微粒形态的网络模型并进行保存。

优选地，步骤S2具体包括以下子步骤：

S21、检测是否有待检测样品，没有待测样品将继续等待至检测到待检测样品，进入步骤S22；

S22、当检测到存在待检测样品时，注入检测样本并使用舵机控制检测容器进行180°往返旋转操作，使得容器内部的磨损颗粒运动；

S23、启动CCD相机与频闪光源对容器进行拍照，得到待检测的图片，使用深度学习获得的检测模型对目标图像进行检测；

S24、检测完成后对检测的不同目标进行计数，输出并显示检测结果；

S25、根据检测结果得到使用该润滑油的机器自身不同部位的磨损情况，检测完毕后清洗检测容器。

优选地，步骤S22具体包括以下步骤：

S221、使用舵机控制转动附件转动，使检测容器入口朝下；

S222、将存储容器中的容器切换为样本容器，同时启动第一泵体和第二泵体，注入样本溶液并使注入的样本循环。

优选地，步骤S25具体为：使用舵机控制转动附件转动，使检测容器出口朝下，启动第二泵体，将检测容器中的测试样本排出，排完后停止第二泵体，将存储容器中的容器切换为清洁剂容器，同时启动第一泵体和第二泵体，注入清洁剂进行清洁，清洁完毕后停止第一泵体，启动第二泵体，将清洁剂排出，排完后停止第二泵体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提出了一种检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，其能够应用于润滑油中的磨损微粒形体视觉检测，统计不同形态磨损微粒的数量，汇总后给出磨损微粒的数据，并输出到人机交互页面。并且能够使用深度学习获得的检测模型对目标图像进行检测；检测完成后对检测的不同目标进行计数；输出并显示检测结果；根据检测结果给出使用该润滑油的机器自身不同部位的磨损情况，检测完毕后清洗检测容器，使用方便，结构简单，工作效率高。

(2)本发明使用频闪光源以及数字控制器使CCD相机获取图像，从而避免机械抖动造成的微粒拖尾现象；并且利用数字控制器控制容器模块中的两个泵的运作以及存储容器内的两个小容器的切换，用以实现注入检测样本以及清洗检测容器。

附图说明

图1是本发明检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统的系统框图；

图2是本发明检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统中使用的容器模块结构示意图；

图3是本发明检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统中配合检测容器使用的转动附件结构示意图；

图4是本发明模型训练流程图；

图5是本发明检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统的整体控制流程图；

图6是本发明注入检测样本流程图；以及

图7是本发明清洗检测容器的流程图。

图中标号：1-检测容器；2-圆形区域；3-第一固定孔；4-第二固定孔；5-第三固定孔；6-第四固定孔；7-检测容器出口；8-检测容器入口；9-第一泵体；10-样本容器；11-存储容器；12-清洁剂容器；13-第二泵体；14-第一固定柱；15-第二固定柱；16-第三固定柱；17-第四固定柱；18-中心孔。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

本发明检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，如图1所示，主要分为容器模块，视觉模块、图像采集处理模块和控制执行模块。

容器模块由检测容器、存储容器、泵以及管道组成，检测容器由圆形透明容器和转动附件组成，使用的容器模块如图2所示，检测容器1为圆形透明容器，并且此容器仅有2mm的厚度，容器表面有固定大小的圆形区域2，此圆形区域2的面积所对应的体积为固定值，方便测量一定体积内的润滑油的磨损微粒。并且此圆形区域将作为所有的图像处理的规定操作区域，对于区域外的所有目标不进行磨损微粒的目标标记以及检测。

容器的四周外表面均匀设置有四个固定用的孔状结构，分别为第一固定孔3、第二固定孔4、第三固定孔5和第四固定孔6。

配合检测容器使用的转动附件如图3所示，转动附件均匀设置有四个柱状结构，分别为第一固定柱14、第二固定柱15、第三固定柱16以及第四固定柱17，第一固定柱14、第二固定柱15、第三固定柱16以及第四固定柱17与检测容器四周的第一固定孔3、第二固定孔4、第三固定孔5和第四固定孔6进行配合，从而将检测容器固定。

图3中，转动附件的中心设置有中心孔18，中心孔18用于安装舵机，用从而实现控制执行模块对容器的运动控制，实现180°往返旋转以及使检测容器入口8和检测容器出口7朝向指定位置。

存储容器11内设置有两个小容器，两个小容器分别为样本容器10和清洁剂容器12，存储容器11可以切换两个小容器与外界管道的连接，在存储容器的进出口设置有两个泵，分别为第一泵体9和第二泵体13，第一泵体9用于将检测容器内的液体抽回存储容器中，第二泵体13用于将存储容器内的液体压入检测容器1中。

图像采集处理模块用于完成两个不同阶段的工作：

第一工作阶段为检测之前采集用于进行深度学习的数据：采集的数据将用于模型训练，模型训练流程如图4所示，首先设定训练需要的图片样本数量，检测图片的样本数量是否达到设定数量。

如果没有达到设定数量，更换样本，对样本进行180°往返旋转，使得内部磨损微粒运动，启动CCD相机与频闪光源，获取序列图像；使用帧差法对获取的图像进行处理，利用帧差图找出容器框内的磨损微粒，判定为磨损微粒的一重要标准是磨损微粒在容器旋转时会随之运动。帧差法可有效的将容器自身或其他原因造成的干扰过滤掉，避免在标记磨损微粒目标时将错误的目标标记上，这些干扰主要指容器表面的污点和划痕。结合帧差法得到的结果，在拍摄的原始图片中对不同形态的磨损微粒进行标记。

如果达到了设定的数量，结束标记过程，使用深度学习网络对标记的样本图片进行学习，得到检测磨损微粒形态的网络模型并进行保存。

第二工作阶段为对待测样本进行磨损微粒检测：得到磨损微粒检测模型后使用该模型对CCD相机获取的图像进行检测。统计不同形态磨损微粒的数量，汇总后给出磨损微粒的数据，并输出到人机交互页面。

控制执行模块主要用于控制CCD相机和频闪光源的工作。该模块用于配合容器模块以获取一定条件下的目标图像数据，通过舵机控制检测容器进行180°往返旋转操作。

在本发明的使用过程中，为避免机械抖动造成的微粒拖尾现象，使用频闪光源以及数字控制器来使CCD相机获取图像；该模块还用于控制容器模块中的两个泵的运作以及存储容器内的两个小容器的切换，用以实现注入检测样本以及清洗检测容器。

图5所示为检测润滑油中磨损微粒形体的视觉检测的整体控制流程图，具体如下：首先检测是否有待检测样品，没有待测样品将继续等待，当检测到存在待检测样品时，首先注入检测样本并使用舵机控制检测容器进行180°往返旋转操作，使得容器内部的磨损颗粒运动。

之后，启动CCD相机与频闪光源对容器进行拍照，得到待检测的图片；使用深度学习获得的检测模型对目标图像进行检测。

检测完成后对检测的不同目标进行计数，输出并显示检测结果，根据检测结果给出使用该润滑油的机器自身不同部位的磨损情况，检测完毕后清洗检测容器。

如图6所示为注入检测样本流程图，使用舵机控制转动附件转动，使检测容器入口朝下，将存储容器中的小容器切换为样本容器，同时启动第一泵体和第二泵体，注入样本溶液并使注入的样本循环。

如图7所示为清洗检测容器流程图，使用舵机控制转动附件转动，使检测容器出口朝下，启动第二泵体，将检测容器中的测试样本排出，排完后停止第二泵体，将存储容器中的小容器切换为清洁剂容器，同时启动第一泵体和第二泵体，注入清洁剂进行清洁，清洁完毕后停止第一泵体，启动第二泵体，将清洁剂排出，排完后停止第二泵体。

以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，其特征在于：其包括容器模块、视觉模块、图像采集处理模块以及控制执行模块，

所述容器模块包括检测容器、存储容器以及泵送装置，所述容器模块用于装载检测样本及清洗检测容器；

所述视觉模块包括CCD相机和频闪光源，所述视觉模块用于获取检测容器及其内部的润滑油的图像；

所述图像采集处理模块包括人机交互和图像处理程序，所述图像采集处理模块用于图像处理并进行分析以及人机交互；

所述控制执行模块用于控制CCD相机、泵和频闪光源的工作，并且控制检测容器的旋转动作；

所述容器模块包括检测容器和存储容器，所述检测容器包括圆形透明容器和转动附件，所述圆形透明容器的外表面具有固定大小的圆形区域，所述圆形区域面积所对应的体积为固定值，所述圆形区域用于测量一定体积内的磨损微粒，所述转动附件用于固定检测容器，并配合舵机实现对容器的运动控制，从而实现180°往返旋转操作；

所述容器的四周外表面均匀设置有四个固定用的孔状结构，分别为第一固定孔、第二固定孔、第三固定孔和第四固定孔；

转动附件均匀设置有四个柱状结构，分别为第一固定柱、第二固定柱、第三固定柱以及第四固定柱，第一固定柱、第二固定柱、第三固定柱以及第四固定柱分别与检测容器四周的第一固定孔、第二固定孔、第三固定孔和第四固定孔进行配合，从而将检测容器固定；

转动附件的中心设置有中心孔，中心孔用于安装舵机，用从而实现控制执行模块对容器的运动控制，实现180°往返旋转以及使检测容器的入口和检测容器出口朝向指定位置；

检测容器和存储容器之间连接有所述泵送装置，所述泵送装置用于将存储容器中的检测样品以及清洁剂使用泵压入检测容器中，从而实现自动注入检测样本以及自动清洗检测容器。

2.根据权利要求1所述的检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，其特征在于：所述存储容器内设置有样本容器和清洁剂容器，存储容器能够切换两个容器与外界管道的连接，存储容器的进出口分别设置有第一泵体和第二泵体，第一泵体用于将检测容器内的液体抽回存储容器中，第二泵体用于将存储容器内的液体压入检测容器中。

3.根据权利要求1所述的检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，其特征在于：所述图像采集处理模块具体用于检测之前采集用于进行深度学习的数据，得到检测不同形态磨损微粒的网络模型以及利用得到的不同形态磨损微粒的网络模型对待测样本进行磨损微粒检测，统计不同形态的磨损微粒的数量，汇总后给出磨损微粒的数据，并输出到人机交互页面。

4.根据权利要求2所述的检测润滑油中的磨损微粒形体的视觉检测系统，其特征在于：所述控制执行模块配合容器模块从而获取一定条件下的目标图像数据，通过舵机控制检测容器进行180°往返旋转操作。

5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的视觉检测系统进行视觉检测的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、检测之前采集相关数据进行深度学习，得到检测不同形态磨损微粒的网络模型；

S2、利用步骤S1得到的模型对CCD相机获取的图像进行检测，统计不同形态的磨损微粒的数量，汇总后给出磨损微粒的数据，并输出到人机交互页面。

6.根据权利要求5所述的视觉检测的方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下子步骤：

S11、设定训练需要的图片样本数量，检测图片的样本数量是否达到设定数量：

S12、如果图片的样本数量达到设定数量则直接进入步骤S14，如果图片的样本数量没有达到设定数量，则进入步骤S13；

S13、更换样本，对样本进行180°往返旋转，使得样本内部磨损微粒运动，启动CCD相机与频闪光源，获取序列图像，使用帧差法对获取的图像进行处理，利用帧差图找出容器内的磨损微粒，结合帧差法得到的结果，在拍摄的原始图片中对不同形态的磨损微粒进行标记，直至图片的样本数量达到设定的数量时，结束标记过程，并进入步骤S14；

S14、使用深度学习网络对标记的样本图片进行学习，得到检测磨损微粒形态的网络模型并进行保存。

7.根据权利要求5所述的视觉检测的方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下子步骤：

S21、检测是否有待检测样品，没有待测样品将继续等待至检测到待检测样品，进入步骤S22；

S22、当检测到存在待检测样品时，注入检测样本并使用舵机控制检测容器进行180°往返旋转操作，使得容器内部的磨损颗粒运动；

S23、启动CCD相机与频闪光源对容器进行拍照，得到待检测的图片，使用深度学习获得的检测模型对目标图像进行检测；

S24、检测完成后对检测的不同目标进行计数，输出并显示检测结果；

S25、根据检测结果得到使用该润滑油的机器自身不同部位的磨损情况，检测完毕后清洗检测容器。

8.根据权利要求7所述的视觉检测的方法，其特征在于：步骤S22具体包括以下步骤：

S221、使用舵机控制转动附件转动，使检测容器入口朝下；

S222、将存储容器中的容器切换为样本容器，同时启动第一泵体和第二泵体，注入样本溶液并使注入的样本循环。

9.根据权利要求7所述的视觉检测的方法，其特征在于：步骤S25具体为：使用舵机控制转动附件转动，使检测容器出口朝下，启动第二泵体，将检测容器中的测试样本排出，排完后停止第二泵体，将存储容器中的容器切换为清洁剂容器，同时启动第一泵体和第二泵体，注入清洁剂进行清洁，清洁完毕后停止第一泵体，启动第二泵体，将清洁剂排出，排完后停止第二泵体。

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