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基于机器视觉的电缆方位检测系统
资料介绍
为了提高线缆一线生产企业的工作效率以及生产流水线的自动化程度,研究了基于机器视觉的电缆方位检测系统。该系统通过机器视觉模块实时采集电缆图像,通过图像处理和机械臂旋转来检测和矫正电缆的方位,以达到目标位置。检测与矫正的精度,将影响后续电缆配件及插头的安装精度。通过试验及现场测试得出该系统具有良好的实际操作性能。
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东华大学学报 自然科学版
）
，
Ｖｏｌ．４５ Ｎｏ．１
第
卷 第
期
１
４５
（
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＤＯＮＧＨＵＡ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＮＡＴＵＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥ
ꢀ
）
年
月
２０１９
２
Ｆｅｂ．２０１９
ꢀ
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ꢀ
：
（ ）
１６７１－０４４４２０１９０１－００７５－０７
文章编号
ꢀ
基于机器视觉的电缆方位检测系统
，
ａｂ
ａ
，
曹东晨 陈 雯
ꢀ
（
； ，
数字化纺织服装技术教育部工程研究中心 上海
ｂ．
）
２０１６２０
东华大学
信息科学与技术学院
ａ．
： ，
摘要 为了提高线缆一线生产企业的工作效率以及生产流水线的自动化程度 研究了基于机器视
。 ，
觉的电缆方位检测系统 该系统通过机器视觉模块实时采集电缆图像 通过图像处理和机械臂旋
， 。 ，
转来检测和矫正电缆的方位 以达到目标位置 检测与矫正的精度 将影响后续电缆配件及插头的
。
安装精度 通过试验及现场测试得出该系统具有良好的实际操作性能
。
： ； ； ；
关键词 机器视觉 线缆识别 方位检测 图像处理
：
：
Ａ
中图分类号
文献标志码
ＴＰ３９１．４
ꢀ ꢀꢀꢀꢀ
ＣａｂｌｅＯｒｉｅｎｔｅｄＤｅｔｅｃｔｉｏｎＳｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭａｃｈｉｎｅＶｉｓｉｏｎ
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，
ａｂ
ａ
，
ＣＡＯＤｏｎｃｈｅｎ ＣＨＥＮ Ｗｅｎ
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（
；
ｂ．Ｅｎｉｎｅｅｒｉｎ ＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＤｉｉｔｉｚｅｄＴｅｘｔｉｌｅａｎｄ
ꢀ ꢀ
ａ．ＣｏｌｌｅｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ
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，
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， ， ，
Ｍｉｎｉｓｔｒ ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ ＤｏｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｓｈａｎｈａｉ２０１６２０ Ｃｈｉｎａ
ꢀ
）
ＦａｓｈｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏ
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ꢀ
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ｇ
ｙ
：
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒｔｏｉｍ ｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃ ｏｆｔｈｅｃａｂｌｅ ｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｎｔｅｒｒｉｓｅｓａｎｄｔｈｅｄｅｒｅｅｏｆ
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，
ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆ ｒｏｄｕｃｔｉｏｎｌｉｎｅ ｔｈｉｓ ａｅｒｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｃａｂｌｅｏｒｉｅｎｔｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ
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ｖｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅｓｓｔｅｍｕｓｅｓｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎｍｏｄｕｌｅｔｏｃｏｌｌｅｃｔｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｉｍａｅｏｆｃａｂｌｅ．Ｉｔｃａｎｒｅａｃｈ
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ｔｈｅｔａｒｅｔ ｏｓｉｔｉｏｎｂ ｉｍａｅ ｒｏｃｅｓｓｉｎ ａｎｄｒｏｂｏｔａｒｍｔｏｄｅｔｅｃｔａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｃａｂｌｅ．Ｔｈｅ
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ａｃｃｕｒａｃ ｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃ ｏｆｃａｂｌｅｆｉｔｔｉｎｓａｎｄ ｌｕｓ．Ｔｈｅ
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ｅｘｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｆｉｅｌｄｔｅｓｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｓｔｅｍｈａｓ ｏｏｄ ｒａｃｔｉｃａｌ ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
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；
；
Ｋｅ ｗｏｒｄｓ ｍａｃｈｉｎｅｖｉｓｉｏｎ ｃａｂｌｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｒｉｅｎｔｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｍａｅ ｒｏｃｅｓｓｉｎ
ｇ
；
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ｙ
ꢀ
，
随着我国居民生活质量的不断提高 家用电器
。 “
的门槛 伴随着 中国制造
”
国家战略的提出
２０２５
，
ꢀꢀ
， 、 、
在生活中越来越普及 其中彩电 冰箱 空调的产量
我国电线电缆生产企业必须抓紧新一轮科技革命的
。
及增速最为明显 这种现象直接促进了电线电缆行
， ，
步伐 提升生产效率 推动产业升级
。
。
，
对于机器视觉技术的研究与应用 国外公司较
业等与之相配套产业的快速发展
，
目前 我 国的 电 缆 产 量呈 现 逐 年 递 增 的 趋 势
。
。 、
为成熟 机器视觉技术可应用于钢板 印制板等表
， 。 ，
然而 电线电缆行业仍存在不足与挑战 首先 随着
， ， 、
面缺陷检测 焊缝及内部缺陷检测 产品 零件的无
，
国内市场对产品质量要求的不断提高 一线生产企
。
损检测等 加拿大的
公司研发了检测线缆
Ｔａ ｍｅｒ
ｙ
［］
１
，
该设备使用相机将生产线上线
。
业的产品要由低端向中高端进行产业升级 其次
，
表面缺陷的设备
“ ” ，
伴随着产品质量的提高与 一带一路 的推进 在满
，
端处理 显示出有缺陷的结
缆或管材图像传至
ＰＣ
，
足国内市场的前提下 更多的企业将步入国际竞争
。
意大利公司
果
研发了
系列
ＡＷＰ３３２ＲＭ
ＣＵＲＩＴ
：
收稿日期
２０１７０８０２
－ －
：
基金项目 国家自然科学基金资助项目
（
）；
中央高校基本科研基金资助项目
（
）
６１５０１１０８
１６Ｄ１１０４０２
：
作者简介 曹东晨
（
—），
， ， ， 、 ，
男 江苏南通人 硕士研究生 研究方向为机器视觉 图像处理
Ｅ ｍａｉｌｄｏｎｃｈｅｎｃａｏ１９９２ １６３．ｃｏｍ
：
＿
１９９２
－
ｇ
＠
（
联系人
）， ， ，
女 副教授
Ｅ ｍａｉｌｃｈｅｎｗｅｎ ｄｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
：
陈
雯
ꢀ
－
＠
（
东华大学学报 自然科学版
）
第
卷ꢀ
４５
７６
［］
５
，
电源线配件生产设备 该产品的循环时间为
，
工
５ｓ
：
、 、 。
矫正模块 复检模块 电缆方
块 机器视觉模块
。
位检测的整体流程图如图 所示
［］
２
。
，
对国内而言 在当今工业自动化与
作效率较高
３
，
智能制造变革的趋势下 企业要摒弃落后的手工生
， 。
产方式 利用新技术助力传统行业转型 在生产上
， ，
不仅能够节省时间 还能提高产品质量 扩大产能
。
［］
３
，
因此 对电缆方位定位的机器视觉检测系统 进行
，
探究 将具有较高的实际应用价值
。
电缆方位检测的目的及原理
１
ꢀ
电缆方位检测目的
１．１
ꢀ
［］
４
。
一
、 、
电缆线主要有两芯 三芯 四芯 种类型
３
。
根三芯电缆线的横截面示意图如图 所示 三根芯
１
、 、 。
线颜色分别为棕色 黄绿色 蓝色 对于任意一根电
， 。 ，
缆 其内部芯线的位置也是任意的 因此 在电缆及
，
其配件的自动化生产过程中 任意位置芯线需要进
， ，
行方位检测与矫正 达到目标方位 才能进行下一步
。
电缆端口的安装
图
电缆方位检测的整体流程图
３
ꢀ
ｉ．３ Ｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｃａｂｌｅｏｒｉｅｎｔｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ꢀ
ｇ
、
机器 视 觉 模 块 包 含 相 机 光 源 和 计 算 机
。
其
， ，
中 相机负责采集 电 缆 图片 光 源 可 以 提 高 图片 的
，
质量 计算 机 软 平 台 开 发 的 软 件 对 图 片 进 行 处 理
图
三芯电缆线的横截面示意图
１
ꢀ
。
分析
Ｆｉ．１ Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｒｅｅｃｏｒｅｗｉｒｅｃａｂｌｅ
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ
ｇ
（ ）
和工控
ＰＬＣ
矫正模块包含可编程逻辑控制器
，
对于任意电缆 其内部芯线的三种颜色是固定
。
，
根据分析处理后的电缆图片信息 通过
机
程
ＰＬＣ
。
，
除此之外 每种颜色芯线相邻位置的线芯颜色
的
，
序控制机械臂旋转一定角度 达到矫正电缆方位的
， ， 、
固定 即缠绕顺序固定 顺时针分别为棕色 黄绿色
、
。
目的
。 ，
蓝色 根据实际需要 将该端的任意方位矫正到黄
、 ，
复检模块包括光源 相机和工控机 对已矫正位
“ ” ， 。
绿色芯线在上的 品 字型 如图 所示
２
。
置的电缆进行复检 复检时需通过新采集的图片
，
，
判断电 缆 线 的 颜 色 及 位 置 符 合 要 求 的 电 缆 即 为
。
合格产品
，
对于任意位置的电缆线而言 通过相机采集图
，
片可以确定其位置 依靠电缆偏移量和旋转角度的
， ，
关系 即可求出所需旋转的角度 从而形成黄绿色芯
“ ”
线在上的 品 字型的结构
。
，
电缆线截面几何关系图如图 所示 以 个相
３
４
（
、 、
Ｏ Ｏ Ｏ
３
） 。
模拟 根芯线的关系 坐标原
３
切的圆
１
２
图
处于目标方位的电缆线横截面示意图
２
ꢀ
。
，
个相切圆外接正三
３
点为
从图 中可以看出
４
Ｏ
Ｆｉ．２
ｇ
Ｃｏｒｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｂｌｅ ｉｎ ｔａｒｅｔ
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ｇ
ꢀ
（ ）
′
，
相对 轴旋转的角度 即为电缆线
ｙ
角形的中线
ｙ
ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
。
所需旋转 的 角 度 假 设 个 圆 的 半 径 为
３
，
圆 心
Ｒ
电缆方位检测原理
、
，
由正三角形内
１．２
到原点 的距离设为
ｒ
ꢀ
Ｏ Ｏ Ｏ
３
）
Ｏ
１
２
（
基于机器视觉 的 电 缆 方 位 检 测 主 要 分 个 模
３
（）。
个互切圆的几何关系可以推得式
３ １
接
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