機器視覺料位計的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及料位測量領域，公開了一種機器視覺料位計，光發射部件向待測物料表面投射至少兩束平行光以及至少一束與各平行光呈預設夾角的傾斜光；圖像采集部件采集各平行光和各傾斜光照射到待測物料表面后形成的平行光光斑和傾斜光光斑的圖像，并將圖像發送給運算處理器；運算處理器根據已知的必要信息對上述圖像進行運算處理得到料位信息；本實用新型可極大消除圖像采集部件成像原理和變焦等因素對圖像獲取和計算的影響，簡化了測量計算量，無需大量標定，真正實現機器視覺對物料的連續測量、還可實現對測量點的定點監控、獲取物料表面的傾斜角度、獲取物料表面溫度、獲取測量空間實時圖像，測量準確、可靠、簡潔，算法簡單高效。
【專利說明】
機器視覺料位計
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及料位測量領域，特別涉及一種機器視覺料位計。
【背景技術】
[0002]隨著技術的快速發展，依靠機器視覺識別與計算進行料位測量與監視的想法一直以來廣受關注，因為機器視覺識別不僅可以實時顯示物料(物體)的高度或者距離，同時可以向用戶展示測量對象的圖像，讓用戶可以“眼見為實”的對監視環境進行監控。
[0003]但是，多年來機器視覺料位監控設備，在實際生產和生活中，并沒有被真正大量使用與普及的主要原因，還是因為現有的機器視覺料位監控設備與方法，無法滿足生產現場真正的狀況或者測量方法在實際測量中無法真正實現。
[0004]現有的機器視覺料位識別設備與方法主要分為如下兩種:
[0005]1、對被測量物料圖像進行直接分析判斷，判斷物料料位。該種方法直接采集物料和測量空間內的圖像，采用實時圖像與測量設備中預存的圖像進行對比，判斷實時圖像所展示的圖像符合高度表中的那個圖像，做出料位判斷。該種方法，需要預先錄制和存儲各個不同高度的物料圖像，并存儲于設備中。預先要進行高度與圖像的標定。
[0006]如中國專利申請號01107328.4，【公開日】2002.11.6，公開了一種數字視頻料位計，該數字視頻料位計由視頻輸入器、圖像采集卡、微處理器和顯示屏相互連接而成。采用機器視覺技術檢測固體物料料位，其檢測料位步驟為料位圖像采集、數字圖像處理和分析、存儲顯示。把視頻輸入器對準被測物料，視頻輸入器又連接到圖像采集卡的視頻輸入端，微處理器控制圖像采集卡按用戶設定的采樣周期采集料位圖像，并對該圖像進行處理，將分析出的料位坐標值與標定的刻度計比較計算出料位真實值，同時將料位圖像、料位真實值以及該值的變化趨勢顯示在顯示屏上。其測量料位的主要手段是利用料位坐標點處標定的刻度計上的讀數來獲取料位真實值的。
[0007]中國專利申請號99100675.5，【公開日】2000.8.16，公開了一種散焦聚距離測定方法，尤指一種利用影像處理的方法做廣角度的物體距離測定，即利用一對某一特定距離為焦距的鏡頭，取得實際景物的模糊影像后，再利用不同的反函數(散焦函數的反函數)的卷積換算，將其劃分為若干區塊，并對其區塊進行散焦情況的對比，由對比結果與預先求得的值比較求出距離值，獲得以鏡頭圓心的各點距離的估計值。
[0008]2、使用單個點光源照射物料，通過對單個光斑的圖像特征判斷，判斷物料料位。該種方法通過測量單個光斑的圖像特征，間接測量物料料位。
[0009]如:中國專利申請號200710038493.8，【公開日】2008.9.24,公開了一種基于機器視覺的料位測量方法和裝置，該裝置由特殊點光源、圖像采集機、機器視覺模塊等組成。采用機器視覺技術檢測固體物料料位，其檢測料位步驟為:由安裝在料倉頂部的特殊的點光源發射出的光束，投射在物料表面，從料倉的垂直剖面上看是等腰的錐形。在不同高度的水平橫截面上得到不同直徑的高亮度光圓圖像，通過機器視覺模塊采用驗證型光圓檢測算法進行分析和處理，計算出光源的直徑或面積大小進而獲得料位值。同時，真實的顯示料位現場實景圖像的裝置。
[0010]中國專利號201010509916.1，一種非接觸式煤倉煤位光電測量方法與裝置，提供了一種非接觸式，基于圖像中激光光斑成像點與圖像中心點間的像素數，獲取料倉內物料深度值的光電測量方法及裝置，屬物位測量技術領域。特別適用于煤倉煤位的深度測量。本實用新型裝置在筒狀煤倉主軸頂部固定數字相機和激光發射器，使相機光路垂直于物料表面，將激光發射器布置在與水平方向成Θ角的位置，確保激光光斑的成像區域能夠投射在相機視場范圍內的物料表面上。相機采用N檔分段定焦，以滿足在煤倉的不同煤位處均能攝取清晰的圖像。采用DSP作為處理器內核，通過計算激光光斑成像點與圖像中心點間的像素數，查詢預先標定的對應不同像素數均值的深度表，完成深度檢測。
[0011]以上現有的機器視覺識別方法，無法被真正使用的原因在于，忽略了視頻與圖像設備成像原理特性:即使同樣面積的圖像，在同樣成像焦距參數下，離圖像獲取設備越遠圖像越小；如果再考慮獲取清晰圖像需要變焦，同樣面積圖像在圖像獲取設備中圖像大小更加復雜多變。因此現有技術，無論通過直接獲取圖像還是通過圖像與預存圖像比較方法或者直接計算投射光斑面積或者偏離像素的方法，均忽略了圖像獲取設備基本成像原理以及圖像獲取設備變焦帶來的更加復雜的參數變化，均無法真正實施，也就無法獲取物料準確料位。
【實用新型內容】
[0012]實用新型目的:針對現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種機器視覺料位計，可以消除圖像獲取部件成像原理與變焦等因素對于圖像計算的影響，即可以實現對物料料位的連續測量，也可實現對測量點的定點監控，還可測量出物料表面的傾斜角度，測量準確、可靠，方法簡潔，算法簡單且高效。
[0013]技術方案:本實用新型提供了一種機器視覺料位計，包括光發射部件、圖像采集部件、運算處理器和信號輸出部件，所述光發射部件和所述圖像采集部件均設置在待測物料所在測量空間內，所述運算處理器分別連接所述圖像采集部件和所述信號輸出部件;所述光發射部件用于向所述待測物料表面投射至少兩束平行光以及至少一束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光；所述圖像采集部件用于采集各所述平行光和各所述傾斜光照射到所述待測物料表面后形成的平行光光斑和傾斜光光斑的圖像，并將所述圖像發送給所述運算處理器;所述運算處理器用于根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述預設夾角、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距以及各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得各所述傾斜光的光斑位置處的所述待測物料的料位信息，并將所述料位信息信號傳輸給所述信號輸出部件;和/或，所述運算處理器用于根據所述待測物料的料位到達預設高度時，各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述平行光光斑與各所述傾斜光斑之間在所述圖像中的圖像間距，以及所述圖像采集部件實時采集到的圖像中，各平行光光斑之間的圖像間距、各所述平行光光斑與各所述傾斜光光斑之間的圖像間距，運算處理邏輯判斷出所述待測物料是否到達所述預設高度，并將所述邏輯判斷的結果信號傳輸給所述信號輸出部件;所述信號輸出部件用于將所述料位信息和/或所述邏輯判斷的結果信號輸出。
[0014]優選地，在各所述平行光光斑和各所述傾斜光光斑中，至少有兩個所述平行光光斑和一個所述傾斜光光斑位于同一直線。
[0015]優選地，所述位于同一直線上的兩個所述平行光光斑和一個所述傾斜光光斑均位于所述待測物料的同一料位高度。
[0016]進一步地，若所述光發射部件向所述待測物料表面投射至少兩束的平行光以及至少兩束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光;則所述運算處理器根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述預設夾角、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得所述待測物料的表面傾斜度信息，并將所述表面傾斜度信息信號傳輸給所述信號輸出部件;所述信號輸出部件將所述料位信息、所述邏輯判斷的結果和/或所述表面傾斜度信息信號輸出。
[0017]優選地，在至少兩個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑中，至少兩個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑位于同一直線且沿所述待測物料同一傾斜表面的傾斜方向依次排列。
[0018]進一步地，若所述光發射部件向所述待測物料表面投射至少四束平行光以及至少兩束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光;則所述運算處理器根據各所述平行光之間的實際間距、兩兩所述平行光之間組成的各平面之間的實際間距、兩兩所述傾斜光的光源之間的高度差、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述預設夾角、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距以及各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得所述待測物料的表面傾斜度信息，并將所述表面傾斜度信息信號傳輸給所述信號輸出部件;所述信號輸出部件將所述料位信息、所述邏輯判斷的結果和/或所述表面傾斜度信息信號輸出。
[0019]優選地，在至少四個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑中，至少四個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑均位于所述待測物料同一傾斜表面，且至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑位于第一直線、第一料位高度上，另外還有至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑位于第二直線、第二料位高度上，位于所述第一直線上的兩個所述平行光光斑的光線構成第一平面，位于所述第二直線上的兩個所述平行光光斑的光線構成第二平面，所述第一平面與所述第二平面平行。
[0020]進一步地，所述的機器視覺料位計還包括減震穩定部件，所述減震穩定部件與所述光發射部件和/或所述圖像采集部件有效接觸。
[0021 ]優選地，所述減震穩定部件為機械被動式或陀螺儀主動控制式。
[0022]進一步地，所述的機器視覺料位計還包括防塵除灰部件，所述防塵除灰部件位于所述圖像采集部件和/或所述光發射部件附近且與所述運算處理器相連。
[0023]優選地，所述防塵除灰部件為氣體吹掃機構或機械刷動機構。
[0024]進一步地，所述的機器視覺料位計還包括照明部件，所述照明部件固定在所述待測物料所在容器內部且與所述運算處理器連接。
[0025]優選地，所述照明部件為可見光照明設備或紅外線非可見光照明設備。
[0026]進一步地，所述的機器視覺料位計還包括紅外或者激光原理的測溫部件，用于遠距離測量物料表面的溫度信息，所述測溫部件與所述運算處理器連接，所述測溫部件將所述溫度信息發送給所述運算處理器，所述運算處理器再將所述溫度信息通過所述信號輸出部件輸出。
[0027]進一步地，所述光發射部件還用于投射垂直于所述平行光的輔助光。
[0028]進一步地，所述運算處理器還用于對所述圖像進行運算處理得到所述待測物料的三維立體圖像，并將所述三維立體圖像經所述信號輸出部件輸出。
[0029]進一步地，所述圖像采集部件還用于采集火焰或燃燒圖像，并將火焰或燃燒圖像發送給所述運算處理器，所述運算處理器還用于在接收到所述火焰或燃燒圖像時控制外接報警器報警，或者所述運算處理器將所述火焰或燃燒圖像經所述信號輸出部件輸出。
[0030]進一步地所述圖像獲取部件還用于采集所述測量空間內的環境圖像，并將所述環境圖像發送給所述運算處理器，所述運算處理器再將所述環境圖像通過所述信號輸出部件輸出。
[0031]本實用新型還提供了一種機器視覺料位計測量料位的方法，包含以下步驟:S1:向所述待測物料表面投射至少兩束平行光以及至少一束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光，各所述平行光和各所述傾斜光照射到所述待測物料表面后對應形成平行光光斑和傾斜光光斑;S2:預存各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距以及各所述傾斜光與各所述平行光之間的實際夾角；或者，預存所述待測物料的料位到達預設高度時，各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距;S3:采集各所述平行光光斑和各所述傾斜光光斑的圖像;S4:對所述圖像進行運算處理，得到各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距;S5:根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距以及各所述傾斜光與各所述平行光之間的實際夾角、各所述平行光光斑之間的圖像間距以及各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間的圖像間距，運算處理獲得各所述傾斜光的光斑位置處的所述待測物料的料位信息;和/或，根據所述待測物料的料位到達預設高度時，各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述平行光光斑與各所述傾斜光斑之間在所述圖像中的圖像間距，以及所述圖像采集部件實時采集到的圖像中，各平行光光斑之間的圖像間距、各所述平行光光斑與各所述傾斜光光斑之間的圖像間距，運算處理邏輯判斷出所述待測物料是否到達所述預設高度;S6:將所述料位信息和/或所述邏輯判斷的結果信號輸出。
[0032]優選地，在所述SI中，選擇其中位于同一直線上的至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑，并定義任一所述參考傾斜光光斑為第一參考傾斜光光斑、任意兩個所述參考平行光光斑分別為第一參考平行光光斑和第二參考平行光光斑；則在所述S2中，預存所述第一參考平行光光斑的光線和所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際間距D1、所述第一參考傾斜光光斑的光源與所述第一參考平行光光斑的光線或所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際間距Tl、所述第一參考傾斜光與所述第一參考平行光或所述第二參考平行光之間的實際夾角Θ;在所述S3中:實時采集所述第一參考平行光光斑、所述第二參考平行光光斑以及所述第一參考傾斜光光斑的圖像;在所述S4中:對所述圖像進行運算處理，得到所述第一參考平行光光斑和所述第二參考平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距Dl'所述第一參考傾斜光光斑與所述第一參考平行光光斑或所述第二參考平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距D2';在所述S5中:根據所述D1、所述Tl、所述Θ、所述Df以及所述D2'運算處理得到所述第一參考傾斜光光斑位置處的所述待測物料的料位信息。
[0033]優選地，在所述SI中，選擇其中位于同一直線上的至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑;并定義任一所述參考傾斜光光斑為第一參考傾斜光光斑、任意兩個所述參考平行光光斑分別為第一參考平行光光斑和第二參考平行光光斑;在所述S2中:預存所述待測物料的料位到達預設高度h時，所述第一參考平行光光斑的光線和第二參考平行光光斑的光線之間的圖像間距D1、所述第一參考傾斜光光斑與所述第一參考平行光光斑或所述第二參考平行光光斑之間的圖像間距D2;在所述S3中:實時采集所述第一參考平行光光斑、所述第二參考平行光光斑以及所述第一參考傾斜光光斑的圖像;在所述S4中:對所述圖像進行運算處理，得到所述第一參考平行光光斑與所述第二參考平行光光斑之間的圖像間距為Dl'所述第一參考傾斜光光斑與所述第一參考平行光光斑或所述第二參考平行光光斑之間的圖像間距為D2 ^;在所述S5中，若在某一時刻，Dl 7 D2'等于或大于所述D1/D2，則運算處理邏輯判斷出此刻所述待測物料的料位到達所述h。
[0034]優選地，所述第一參考傾斜光光斑、所述第一參考平行光光斑以及所述第二參考平行光光斑均位于所述待測物料的同一料位高度。
[0035]優選地，若在所述SI中，向所述待測物料表面投射至少兩束平行光以及至少兩束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光;則在所述S5中，根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光與各所述平行光之間的實際夾角、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得所述待測物料的表面傾斜度信息;在所述S6中，將所述料位信息、所述邏輯判斷的結果和/或所述表面傾斜度信息信號輸出。
[0036]優選地，在所述SI中，選擇其中位于同一直線且沿所述待測物料同一傾斜表面的傾斜方向依次排列的至少兩個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑，并定義任意兩個所述參考平行光光斑分別為第一參考平行光光斑和第二參考平行光光斑、任意兩個所述參考傾斜光光斑分別為第一參考傾斜光光斑和第二參考傾斜光光斑;在所述S2中:預存所述第一參考平行光光斑的光線與所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際間距D1、所述第一參考傾斜光光斑的光源與所述第一參考平行光光斑的光線或所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際間距Tl、所述第二參考傾斜光光斑的光源與所述第一參考平行光光斑的光線或所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際間距T2、所述第一參考傾斜光光斑的光線與所述第一參考平行光光斑的光線或所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際夾角Θ1、所述第二參考傾斜光光斑的光線與所述第一參考平行光光斑的光線或所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際夾角Θ2;在所述S3中:采集所述第一參考平行光光斑、第二參考平行光光斑、所述第一參考傾斜光光斑以及所述第二參考傾斜光光斑的圖像;在所述S4中:對所述圖像進行運算處理得到所述第一參考平行光光斑與所述第二參考平行光光斑在所述圖像上的圖像間距Dl'所述第一參考傾斜光光斑與所述第一參考平行光光斑或所述第二參考平行光光斑在所述圖像上的圖像間距D2'所述第二參考傾斜光光斑與所述第一參考平行光光斑或所述第二參考平行光光斑在所述圖像上的圖像間距D3';在所述S5中:根據所述D1、所述Tl、所述T2、所述Θ1、所述Θ2、所述Dl'所述D2'和所述D3'運算處理得到所述待測物料的表面傾斜度信息。
[0037]優選地，若在所述SI中，向所述待測物料表面投射至少四束平行光以及至少兩束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光;則在所述S5中，根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光與各所述平行光之間的實際夾角、兩兩所述平行光之間組成的各平面之間的實際間距、兩兩所述傾斜光的光源之間的高度差、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得所述待測物料的表面傾斜度信息;在所述S6中，將所述料位信息、所述邏輯判斷的結果和/或所述表面傾斜度信息信號輸出。
[0038]優選地，在所述SI中，選擇其中位于第一直線、第一料位高度上的至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑以及位于第二直線、第二料位高度上的至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑，且所述第一直線與所述第二直線平行，并定義位于所述第一直線上的任意兩個所述參考平行光光斑分別為第一參考平行光光斑和第二參考平行光光斑、任意一個所述參考傾斜光光斑為第一參考傾斜光光斑，定義位于所述第二直線上的任意兩個所述參考平行光光斑分別為第三參考平行光光斑和第四參考平行光光斑、任意一個所述參考傾斜光光斑為第二參考傾斜光光斑;所述第一參考平行光光斑、所述第二參考平行光光斑、所述第三參考平行光光斑、所述第四參考平行光光斑、所述第一參考傾斜光光斑以及所述第二參考傾斜光光斑均位于所述待測物料的同一傾斜表面上，所述第一參考平行光光斑的光線與所述第二參考平行光光斑的光線構成的第一平面平行于所述第三參考平行光光斑的光線與所述第四參考平行光光斑的光線構成的第二平面;在所述S2中:預存所述第一參考平行光光斑的光線與所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際間距D1、所述第三參考平行光光斑的光線與所述第四參考平行光光斑的光線之間的實際間距D2、所述第一參考傾斜光光斑的光源與所述第一參考平行光光斑的光線或所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際間距Tl、所述第二參考傾斜光光斑的光源與所述第三參考平行光光斑的光線或所述第四參考平行光光斑的光線之間的實際間距T2、所述第一參考傾斜光光斑的光線與所述第一參考平行光光斑的光線或所述第二參考平行光光斑的光線之間的實際夾角Θ1、所述第二參考傾斜光光斑的光線與所述第三參考平行光光斑的光線或所述第四參考平行光光斑的光線之間的實際夾角Θ2、所述第一平面與所述第二平面之間的實際間距K、所述第一參考傾斜光光斑的光源與所述第二參考傾斜光光斑的光源之間的高度差A H;在所述S3中:采集所述第一參考平行光光斑、所述第二參考平行光光斑、所述第三參考平行光光斑、所述第四參考平行光光斑、所述第一參考傾斜光光斑以及所述第二參考傾斜光光斑的圖像;在所述S4中:對所述圖像進行運算處理得到所述第一參考平行光光斑與所述第二參考平行光光斑在所述圖像上的圖像間距Dl'所述第三參考平行光光斑與所述第四參考平行光光斑在所述圖像上的圖像間距D2'所述第一參考傾斜光光斑與所述第一參考平行光光斑或所述第二參考平行光光斑在所述圖像上的圖像間距D3'所述第二參考傾斜光光斑與所述第三參考平行光光斑或所述第四參考平行光光斑在所述圖像上的圖像間距D4';在所述S5中:根據所述D1、所述D2、所述Tl、所述T2、所述θ 1、所述Θ2、所述K、所述Δ H、所述Dl'、所述D2 '、所述D3 '和所述D4 '運算處理得到所述待測物料的表面傾斜度信息。
[0039]有益效果:本實用新型中光發射部件發射的平行光，相當于一個標尺，而這個標尺在物料表面隨物料料位的變化基本保持不變，同時由于負責測量料位的傾斜光光斑與作為標尺的平行光斑被圖像采集部件采集到后形成的光斑圖像中，因成像原理和變焦等因素引起的圖像變化特征的也是基本一致的，所以當算法中帶入這個標尺參量后，可以消除圖像采集部件成像原理和變焦等因素對于圖像計算的嚴重影響;通過這個投射的光標尺，圖像采集部件的變焦或者其他因素對于本實用新型中的測量方法的破壞性影響基本被消除。
[0040]本料位計與測量方法的有益效果有:
[0041 ] 1、真正實現機器視覺對物料料位的準確測量；
[0042]2、無需進行標定板標定等大量標定工作；
[0043]3、真正實現對物料料位的持續測量；
[0044]4、測量精度遠高于現有的機器視覺測量方法；
[0045]5、實現對物料表面傾斜狀況的測量，對于自動配料等應用具有非常積極的影響；
[0046]6、可以實現物料表面三維立體圖像的呈現；
[0047]7、可以提供物料表面溫度、燃燒情況、實時情況的監控；
[0048]8、算法簡潔而高效。
【附圖說明】
[0049]圖1為實施方式I中機器視覺料位計的信號流向示意圖；
[0050]圖2為實施方式I中平行光和傾斜光的形成方式示意圖；
[0051]圖3為實施方式I中平行光和傾斜光的形成方式示意圖；
[0052]圖4為實施方式6中輔助光與平行光和傾斜光交叉作用時的示意圖；
[0053]圖5為實施方式8中計算料位的方法示意圖(物料表面平整)；
[0054]圖6為實施方式8中計算料位的方法示意圖(物料表面具有傾斜度)；
[0055]圖7為實施方式8中計算料位的方法示意圖；
[0056]圖8為實施方式9中計算料位的方法示意圖；
[0057]圖9為實施方式10中計算料位的方法示意圖；
[0058]圖10為實施方式11中計算料位的方法示意圖；
[0059]圖11為實施方式12中計算料位的方法示意圖；
[0060]圖12為實施方式12中計算料位的方法示意圖；
[0061]圖13為實施方式13中計算料位的方法示意圖；
[0062]圖14為實施方式13中計算料位的方法示意圖。
【具體實施方式】
[0063]下面結合附圖對本實用新型進行詳細的介紹。
[0064]實施方式1:
[0065]本實施方式提供了一種機器視覺料位計，如圖1所示，包括光發射部件、圖像采集部件、運算處理器和信號輸出部件，光發射部件和圖像采集部件均設置在待測物料所在測量空間內，運算處理器分別連接圖像采集部件和信號輸出部件；
[0066]光發射部件用于向待測物料表面投射至少兩束垂直于待測物料某一橫截面的平行光以及至少一束與各平行光呈預設夾角的傾斜光；
[0067]圖像采集部件用于采集各平行光和各傾斜光照射到待測物料表面后形成的平行光光斑和傾斜光光斑的圖像，并將圖像發送給運算處理器；
[0068]運算處理器用于根據各平行光之間的實際間距、各傾斜光的光源與各平行光之間的實際間距、各預設夾角、各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距以及各傾斜光光斑與各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距，運算處理獲得各傾斜光的光斑位置處的待測物料的料位信息，并將料位信息信號傳輸給信號輸出部件；
[0069]和/或，運算處理器根據待測物料的料位到達預設高度時，各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距、各平行光光斑與各傾斜光斑之間在圖像中的圖像間距，以及圖像采集部件實時采集到的圖像中，各平行光光斑之間的圖像間距、各平行光光斑與各傾斜光光斑之間的圖像間距，運算處理邏輯判斷出待測物料是否到達預設高度，并將邏輯判斷的結果信號傳輸給信號輸出部件；
[0070]信號輸出部件用于將料位信息和/或邏輯判斷的結果信號輸出。
[0071]優選地，在本實施方式中，還可以給機器視覺料位計增加測溫部件，優選使用紅外或激光測溫部件，安裝在待測物料所在空間內，用于測量物料表面的溫度信息;測溫部件能夠將測量到的溫度信息發送給運算處理器，運算處理器再將溫度信息通過信號輸出部件輸出。
[0072]優選地，在本實施方式中，若光發射部件發射的很多束平行光以及很多束傾斜光，圖像采集部件就能夠采集到包含若干平行光光斑和傾斜光光斑的圖像，運算處理器通過使用現有的圖像處理技術手段對這些具有若干光斑的圖像進行運算處理后，就能夠得到待測物料的三維立體圖像，以更加直接的將物料信息展示給用戶。運算處理器也可以根據多個傾斜光斑處的料位信息、多個表面傾斜角度信息，經過綜合運算處理生成一個以上的綜合料位信息或者一個以上的綜合傾斜角度信息或者是平均值。
[0073]優選地，本實施方式中的圖像采集部件還能夠采集火焰或燃燒圖像，并將這些圖像發送給運算處理器，運算處理器再接收到這些圖像之后就能夠判斷待測物料所在空間內待測物料著火了，就能夠實時控制報警器報警或將圖像通過信號輸出部件輸出給用戶，使用戶能夠及時得知現場狀況，及時采取措施;另外，本實施方式中的圖像獲取部件除了能夠采集到平行光光斑和傾斜光光斑的圖像外，還能夠實時采集測量空間內的待測物料狀況環境實景圖像，并將這些圖像傳輸給運算處理器，由運算處理器經信號輸出部件輸出供用戶更加直觀地了解測量空間內的物料狀況。
[0074]另外，本實施方式中的平行光即可為平行的光線也可為光柱中的平行邊如圖2或者平行面如圖3，傾斜光即可是一個傾斜光線也可為光柱中一個傾斜邊如圖2或者傾斜面如圖3。
[0075]另外需要強調的是:真正意義上的平行光在現實中很難真正實現，本實施方式中的平行光也包括了在測量空間范圍內接近真正平行光的光或者在測量范圍內其發散對于本測量方法的影響可以忽略不計的接近平行光的光。
[0076]實施方式2:
[0077]本實施方式為實施方式I的一個具體實施例，在本實施方式中，光發射部件和圖像采集部件均設置在待測物料所在容器頂部，光發射部件用于向待測物料表面投射兩束垂直于待測物料某一橫截面的平行光以及一束與任意一束平行光呈預設夾角的傾斜光，且兩束平行光和一束傾斜光照射到待測物料表面上后，對應的兩平行光光斑和一傾斜光光斑位于同一直線上；
[0078]運算處理器用于根據兩平行光之間的實際間距、傾斜光的光源與與其呈預設夾角的平行光之間的實際間距、預設夾角、兩平行光光斑之間在圖像中的圖像間距以及傾斜光光斑與與其呈預設夾角的平行光光斑之間在圖像中的圖像間距，運算處理獲得傾斜光的光斑位置處的待測物料的料位信息，并將料位信息信號傳輸給信號輸出部件。
[0079]和/或，運算處理器用于根據待測物料的料位到達預設高度時，兩平行光光斑之間在圖像中的圖像間距、兩平行光光斑與傾斜光斑之間在圖像中的圖像間距，以及圖像采集部件實時采集到的圖像中，各兩平行光光斑之間的圖像間距、兩平行光光斑與傾斜光光斑之間的圖像間距，運算處理邏輯判斷出待測物料是否到達預設高度，并將邏輯判斷的結果信號傳輸給信號輸出部件。
[0080]除此之外，本實施方式與實施方式I完全相同，此處不做贅述。
[0081 ]實施方式3:
[0082]本實施方式為實施方式2的進一步改進，主要改進之處在于，在實施方式2中，兩平行光光斑與一傾斜光光斑位于同一直線上，但是當物料表面有坡度不是平面時，位于同一直線上的三個光斑很有可能所處的物料料位高度各不相同，這種情況下從上往下采集三者的圖像時，很容易因為三個光斑距離圖像采集部件的位置不同而導致采集圖像時三個光斑的焦距不同，進而導致采集到的圖像中三者的圖像間距不能完全與實際間距對應，進而導致后續運算處理器運算處理得到的料位信息不精確;所以在本實施方式中，會選擇位于同一直線并位于同一料位高度上的兩個平行光光斑和一個傾斜光光斑作為圖像采集部件的采集對象，這樣就能夠保證三者距離圖像采集部件的高度相同，進而采集圖像時焦距相同，采集到的圖像不會失真，能夠比較準確地反映三者之間的實際位置關系，最終運算處理器對該準確的圖像處理得到精確的料位信息和/或邏輯判斷結果。
[0083]除此之外，本實施方式與實施方式2完全相同，此處不做贅述。
[0084]實施方式4:
[0085]本實施方式與實施方式I大致相同，主要區別在于:在實施方式I中，光發射部件發射至少兩束平行光和至少一束傾斜光，通過對平行光和傾斜光投射到待測物料上的光斑圖像的采集，并對圖像進行運算處理后能夠得到傾斜光光斑位置處的待測物料的料位高度信息，和/或，對物料何時到達預設高度進行邏輯判斷;但是在現場環境中，物料的表面一般是有一定坡度的，不同坡度處料位的高度不同，只測量到待測物料上某一個點的高度還遠遠不能反映物料的整體料位特征，不能對待測物料的料位進行全方位的監測；而在本實施方式中不僅能夠對待測物料表面某一點的料位高度進行監測，而且能夠對待測物料的表面傾斜度進行監測，以更全面直觀地監測待測物料的料位信息。
[0086]具體地說，在本實施方式中，光發射部件能夠向待測物料表面投射至少兩束垂直于待測物料橫截面的平行光以及至少兩束與各平行光呈預設夾角的傾斜光;上述平行光和傾斜光照射到待測物料的表面形成光斑后，至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑位于同一直線上且沿待測物料同一傾斜表面的傾斜方向依次排列；圖像采集部件采集上述位于同一直線上且沿待測物料同一傾斜表面的傾斜方向依次排列的至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑的圖像，并發送給運算處理器，運算處理器再根據各平行光之間的實際間距、各傾斜光的光源與各平行光之間的實際間距、各預設夾角、各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距以及各傾斜光光斑與各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距，運算處理獲得待測物料的表面傾斜度信息；顯然，在獲得表面傾斜度信息的同時，也能夠獲取各傾斜光光斑位置處的料位信息以及料位達到某一預設高度的邏輯判斷結果。
[0087]除此之外，本實施方式與實施方式I完全相同，此處不做贅述。
[0088]實施方式5:
[0089]本實施方式與實施方式4大致相同，主要區別在于獲取物料表面傾斜度的方式不同，且本實施方式中獲取到的物料表面傾斜度的精度較高，因為物料表面有坡度時，位于同一直線同一傾斜表面上從上至下依次排列的各個光斑所處的物料料位高度各不相同，這種情況下從上往下采集各光斑的圖像時，很容易因為各光斑距離圖像采集部件的位置不同而導致采集圖像時各光斑的焦距不同，進而導致采集到的圖像中各光斑的圖像間距不能完全與實際間距對應，進而導致后續運算處理器運算處理得到的料位信息不精確；而在本實施方式中能夠避免上述誤差。
[0090]具體地說，在本實施方式中，光發射部件能夠向待測物料表面投射至少四束垂直于待測物料橫截面的平行光以及至少兩束與各平行光呈預設夾角的傾斜光;上述平行光和傾斜光照射到待測物料的表面形成光斑后，至少四個平行光光斑和至少兩個傾斜光光斑均位于待測物料的同一傾斜表面上，且其中至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑位于第一直線、第一料位高度上，另外還有至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑位于第二直線、第二料位高度上，且位于第一直線上的兩個平行光光斑的光線構成第一平面，位于第二直線上的兩個平行光光斑的光線構成第二平面；圖像采集部件采集上述第一直線、第一料位高度上以及第二直線、第二料位高度上的六個光斑的圖像并發送給運算處理器，運算處理器再根據各平行光之間的實際間距、各傾斜光的光源與各平行光之間的實際間距、各預設夾角、兩兩平行光之間組成的各平面之間的實際間距、兩兩傾斜光的光源之間的高度差、各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距以及各傾斜光光斑與各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距，運算處理獲得待測物料的表面傾斜度信息；顯然，在獲得表面傾斜度信息的同時，也能夠獲取各傾斜光光斑位置處的料位信息以及料位達到某一預設高度的邏輯判斷結果。
[0091]可見，在上述情況下能夠保證位于同一直線上的用于運算處理的各個光斑距離圖像采集部件的高度相同，進而采集圖像時焦距相同，采集到的圖像不會失真，能夠比較準確地反映各光斑之間的實際位置關系，最終獲得比較準確的料位信息。
[0092]實施方式6:
[0093]本實施方式為實施方式I的進一步改進，主要改進之處在于，在本實施方式中，光發射部件不僅用于投射平行光和傾斜光，還用于投射垂直于平行光的輔助光，該輔助光的作用是為了輔助圖像采集部件采集到光斑圖像，因為通常待測物料所在空間內的灰塵較大，灰塵對平行光和傾斜光的具有散射作用，當平行光和傾斜光到達物料表面后，可能由于灰塵較大的緣故光斑已經很不清晰了，此時若直接使用圖像采集部件對光斑圖像進行采集，采集到的圖像會模糊不清，最終會導致后續的運算結果誤差較大，物料料位精確度較低；
[0094]基于上述原因，在本實施方式中給光發射部件設置了發射輔助光的功能，輔助光垂直于平行光，且輔助光能夠與平行光和傾斜光產生交叉點，如圖4，其好處在于:1、該交叉點處的光線相較于沒有交叉點處強烈，所以該交叉點投射到待測物料表面后的光斑亮度會加強，從而能夠保證圖像采集部件采集到比較清晰的光斑圖像;2、運算處理器只要采集輔助光光斑、平行光光斑和/或傾斜光光斑所在直線上兩個以上斑點，就可以算出所在直線，進一步運算處理器可以計算出輔助光與平行光和傾斜光的交叉點從而獲得計算所需的關鍵特征信息，進而為后續運算處理得到精確的待測物料的料位信息作了準備。
[0095]實施方式7:
[0096]本實施方式提供了一種使用實施方式I中的機器視覺料位計測量料位的方法，該方法包括以下步驟:
[0097]S1:向待測物料表面投射至少兩束垂直于待測物料某一橫截面的平行光以及至少一束與各平行光呈預設夾角的傾斜光，各平行光和各傾斜光照射到待測物料表面后對應形成平行光光斑和傾斜光光斑；
[0098]S2:預存各平行光之間的實際間距、各傾斜光的光源與各平行光之間的實際間距以及各傾斜光與橫截面之間的實際夾角；
[0099]或者，預存待測物料的料位到達預設高度時，各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距、各平行光光斑與各傾斜光斑之間在圖像中的圖像間距，以及圖像采集部件實時采集到的圖像中，各平行光光斑之間的圖像間距、各平行光光斑與各傾斜光光斑之間的圖像間距；
[0100]S3:采集各平行光光斑和各傾斜光光斑的圖像；
[0101]S4:對圖像進行運算處理，得到各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距、各傾斜光光斑與各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距；
[0102]S5:根據各平行光之間的實際間距、各傾斜光的光源與各平行光之間的實際間距以及各傾斜光與各平行光之間的實際夾角、各平行光光斑之間的圖像間距、各傾斜光光斑與各平行光光斑之間的圖像間距，運算處理獲得各傾斜光的光斑位置處的待測物料的料位信息；
[0103]和/或，根據各平行光光斑之間在圖像中的圖像間距、各平行光光斑與各傾斜光斑之間在圖像中的圖像間距，以及圖像采集部件實時采集到的圖像中，各平行光光斑之間的圖像間距、各平行光光斑與各傾斜光光斑之間的圖像間距，運算處理邏輯判斷出待測物料是否到達預設高度；
[0104]S6:將料位信息和/或邏輯判斷的結果信號輸出。
[0105]實施方式8:
[0106]本實施方式為實施方式7的一個具體實施例，本實施例包含以下步驟:
[0107]SI，向待測物料表面投射至少兩束垂直于待測物料某一橫截面的平行光以及至少一束與各平行光呈預設夾角的傾斜光，各平行光和各傾斜光照射到待測物料表面后對應形成平行光光斑和傾斜光光斑;選擇其中位于同一直線上的至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑；
[0108]如圖5、6和7所不，定義位于同一直線上的參考傾斜光光斑A為第一參考傾斜光光斑、兩個參考平行光光斑(B和C)分別為第一參考平行光光斑和第二參考平行光光斑(此時A、B和C三個光斑依次排列)；其中S1、S2和S3分別為第一參考傾斜光光斑A的光源、第一參考平行光光斑B的光源以及第二參考平行光光斑B的光源。
[0109]S2，預存第一參考平行光光斑B的光線S2B和第二參考平行光光斑C的光線S3C之間的實際間距D1、第一參考傾斜光光斑A的光源與第二參考平行光光斑C的光線之間的實際間距Tl、第一參考傾斜光SlA與第二參考平行光S3C之間的實際夾角Θ;(注:這里所說的實際間距不是通常意義上的點到線的垂直距離，而是從上往下看的平面間距，由于圖2中的各光源及圖像采集部件均位于待測物料上方，所以上述的Dl和Tl均為從圖像采集部件向下觀察得到的平面距離，以下敘述中關于實際間距的說明，如無特別說明，與這里的意思相同)
[0110]S3:實時采集第一參考平行光光斑B、第二參考平行光光斑C以及第一參考傾斜光光斑A的圖像；
[0111]S4:對上圖像進行運算處理，得到第一參考平行光光斑B和第二參考平行光光斑C之間在圖像中的圖像間距Dl'第一參考傾斜光光斑A與第二參考平行光光斑C之間在圖像中的圖像間距D2、
[0112]S5:根據Dl、Tl、0、Df以及D2'運算處理得到第一參考傾斜光光斑A位置處的待測物料的料位信息。
[0113]此處待測物料的料位信息用第一參考傾斜光光斑A到第一參考傾斜光光斑A的光源SI之間的間距HA表示，則HA=(D2I/DI 二TI)/tan0 ;
[0114]如圖7，若Tl為第一參考傾斜光光斑A的光源與第一參考平行光光斑B的光線之間的實際間距、Θ為第一參考傾斜光SlA與第一參考平行光S2B之間的實際夾角、D2'為第一參考傾斜光光斑A與第一參考平行光光斑B之間在圖像中的圖像間距，則HA=(T1-D2、D1/D1
')/tan0；
[0115]所以計算HA的公式可以總結為HA= I D2、D1/D1 二Tl | /tan9 ；
[0116]S6:將上述HA信號輸出。
[0117]實施方式9:
[0118]本實施方式為實施方式8的進一步改進，主要改進之處在于，在實施方式8中，第一參考傾斜光光斑A、第一參考平行光光斑B和第二參考平行光光斑C僅僅是位于同一直線上，該直線可能是沿待測物料表面一個坡度下去的直線，此時A、B和C三點就位于不同的料位高度處，如圖6或7，這種情況下從上往下采集三者的圖像時，很容易因為三個光斑距離圖像采集部件的位置不同而導致采集圖像時三個光斑的焦距不同，進而導致采集到的圖像中三者的圖像間距不能完全與實際間距對應，進而導致后續運算處理器運算處理得到的料位信息不精確。而本實施方式中的第一參考傾斜光光斑A、第一參考平行光光斑B和第二參考平行光光斑C不僅位于同一直線上，而且位于待測物料的同一料位高度，如圖8所示，在這種情況下就能夠保證三者距離圖像采集部件的高度相同，進而采集圖像時焦距相同，采集到的圖像不會失真，能夠比較準確地反映三者之間的實際位置關系。
[0119]除此之外，由于本實施方式中計算HA的公式及其它技術特征與實施方式8中完全相同，所以此處不做贅述。
[0120]實施方式10:
[0121]本實施方式也是實施方式7的一個具體實施例，本實施例包含以下步驟:
[0122]SI，向待測物料表面投射至少兩束垂直于待測物料某一橫截面的平行光以及至少一束與各平行光呈預設夾角的傾斜光，各平行光和各傾斜光照射到待測物料表面后對應形成平行光光斑和傾斜光光斑;選擇其中位于同一直線上的至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑；
[0123]如圖9所示，定義位于同一直線上的參考傾斜光光斑A為第一參考傾斜光光斑、兩個參考平行光光斑(B和C)分別為第一參考平行光光斑和第二參考平行光光斑;其中S1、S2和S3分別為第一參考傾斜光光斑A的光源、第一參考平行光光斑B的光源以及第二參考平行光光斑B的光源；
[0124]S2:預存待測物料的料位到達預設高度h時，第一參考平行光光斑B的光線S2B和第二參考平行光光斑C的光線S3C之間的圖像間距Dl、第一參考傾斜光光斑A與第一參考平行光光斑B之間的圖像間距D2;
[0125]S3:實時采集第一參考平行光光斑B、第二參考平行光光斑C以及第一參考傾斜光光斑A的圖像；
[0126]S4:對上述圖像進行運算處理，得到第一參考平行光光斑B與第二參考平行光光斑C之間的圖像間距為Dl'第一參考傾斜光光斑A與第一參考平行光光斑B之間的圖像間距為D2、
[0127]S5，若在某一時刻，Dl7 D2'等于或大于D1/D2，則運算處理邏輯判斷出此刻待測物料的料位到達h。
[0128]S6:將上述邏輯判斷的結果信號輸出。
[0129]實施方式11:
[0130]本實施方式為實施方式10的進一步改進，主要改進之處在于，在實施方式10中，第一參考傾斜光光斑A、第一參考平行光光斑B和第二參考平行光光斑C僅僅是位于同一直線上，該直線可能是沿待測物料表面的傾斜方向下去的直線，此時A、B和C三點就位于不同的料位高度處，如圖9，這種情況下從上往下采集三者的圖像時，很容易因為三個光斑距離圖像采集部件的位置不同而導致采集圖像時三個光斑的焦距不同，進而導致采集到的圖像中三者的圖像間距不能完全與實際間距對應，進而導致后續運算處理器運算處理得到的D17D2與D1/D2不能完全對應。而本實施方式中的第一參考傾斜光光斑A、第一參考平行光光斑B和第二參考平行光光斑C不僅位于同一直線上，而且位于待測物料的同一料位高度，如圖10所示，在這種情況下就能夠保證三者距離圖像采集部件的高度相同，進而采集圖像時焦距相同，采集到的圖像不會失真，能夠比較準確地反映三者之間的實際位置關系。
[0131]除此之外，本實施方式與實施方式10中完全相同，所以此處不做贅述。
[0132]實施方式12:
[0133]本實施方式也是實施方式7的一個具體實施例，本實施例包含以下步驟:
[0134]SI，向待測物料表面投射至少兩束垂直于待測物料某一橫截面的平行光以及至少兩束與各平行光呈預設夾角的傾斜光，各平行光和各傾斜光照射到待測物料表面后對應形成平行光光斑和傾斜光光斑;選擇其中位于同一直線且沿待測物料同一傾斜表面的傾斜方向依次排列的至少兩個平行光光斑和至少兩個傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑；
[0135]如圖11所示，定義位于同一直線且沿待測物料同一傾斜表面的傾斜方向依次排列的兩個參考平行光光斑分別為第一參考平行光光斑C和第二參考平行光光斑D、兩個參考傾斜光光斑分別為第一參考傾斜光光斑A和第二參考傾斜光光斑B(此時C、A、D和B四個光斑依次排列);其中S1、S2、S3和S4分別為第一參考傾斜光光斑A的光源、第二參考傾斜光光斑B的光源、第一參考平行光光斑C的光源以及第二參考平行光光斑D的光源；
[0136]S2:預存第一參考平行光光斑C的光線S3C與第二參考平行光光斑D的光線S4D之間的實際間距D1、第一參考傾斜光光斑A的光源SI與第一參考平行光光斑C的光線S3C之間的實際間距Tl、第二參考傾斜光光斑B的光源S2與第二參考平行光光斑D的光線S4D之間的實際間距T2、第一參考傾斜光光斑A的光線SlA與第一參考平行光光斑C的光線S3C之間的實際夾角Θ1、第二參考傾斜光光斑B的光線S2B與第二參考平行光光斑D的光線S4D之間的實際夾角Θ2;
[0137]S3:采集第一參考平行光光斑C、第二參考平行光光斑D、第一參考傾斜光光斑A以及第二參考傾斜光光斑B的圖像；
[0138]S4:對上述圖像進行運算處理得到第一參考平行光光斑C與第二參考平行光光斑D在圖像上的圖像間距Dl'第一參考傾斜光光斑A與第一參考平行光光斑C在圖像上的圖像間距D2'第二參考傾斜光光斑B與第二參考平行光光斑D在圖像上的圖像間距D3、
[0139]35:根據01、11、了2、01、02、01'02'和03'通過簡單的三角函數算法即能夠運算處理得到待測物料的表面傾斜度信息；
[0140]假設待測物料的傾斜面與底面之間的傾角為f，則
[0141]tanf=((D3^Dl/Dr-T2)/tan92-(D2^Dl/Dr-Tl)/tan01)/ (D3、D1/D1 二 D2'*Dl/?Γ)
[0142]若A、C、D和B四個光斑依次排列，如圖12，則
[0143]tanf=((D3^Dl/Dr-T2)/tan92-(D2^Dl/Dr-Tl)/tan01)/ (D3、D1/Df+D2、
Dl/?Γ)
[ΟΙ44]所以計算tanf的公式可以總結為:
[0145]tanf= ((D3、D1/D1 二T2)/tan92_(D2、Dl/Dl二Tl)/tan91)/ (D3、D1/D1,土D2^Dl/?Γ)
[0146]S卩:當兩個傾斜光位于兩平行光同一方向為減法，當兩個傾斜光位于兩平行光相反方向時，為加法。
[0147]實施方式13:
[0148]本實施方式也是實施方式7的一個具體實施例，也是實施方式12的進一步改進，在實施方式12中，第一參考傾斜光光斑A、第二參考傾斜光光斑B、第一參考平行光光斑C和第二參考平行光光斑D位于同一直線、同一傾斜表面上，上述同一直線是沿待測物料的傾斜表面的傾斜方向下去的，此時四個光斑就分別位于不同的料位高度處，如圖11或12，這種情況下從上往下采集該直線上的四個光斑圖像時，很容易因為該直線上的四個光斑距離圖像采集部件的距離不同而導致采集圖像時四個光斑的焦距不同，進而導致采集到的圖像中該直線上的四個光斑的圖像間距不能完全與實際間距對應，進而導致后續運算處理器運算處理得到的各光斑之間的圖像間距與實際間距之間不能完全對應，導致測量結果不精確。而本實施方式中會向待測物料表面投射至少四束平行光和至少兩束傾斜光，通過至少四束平行光和至少兩束傾斜光運算得到更加精確的物料表面傾斜度。具體地說，本實施例包含以下步驟:
[0149]SI，向待測物料表面投射至少四束垂直于待測物料某一橫截面的平行光以及至少兩束與各平行光呈預設夾角的傾斜光，各平行光和各傾斜光照射到待測物料表面后對應形成平行光光斑和傾斜光光斑;選擇其中位于待測物料同一傾斜表面、第一直線且第一料位高度上的至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑作為參考平行光光斑和參考傾斜光光斑，并選擇位于上述同一傾斜表面、第二直線且第二料位高度上的另外至少兩個平行光光斑和至少一個傾斜光光斑作為另外的參考平行光光斑和參考傾斜光光斑；
[0150]如圖13和14所示，定義位于第一直線、第一料位高度上的兩個參考平行光光斑分別為第一參考平行光光斑C和第二參考平行光光斑D、一個參考傾斜光光斑為第一參考傾斜光光斑A，位于第二直線、第二料位高度上的兩個參考平行光光斑分別為第三參考平行光光斑E和第四參考平行光光斑F、一個參考傾斜光光斑為第二參考傾斜光光斑B;(此時A、C和D位于同一直線，以及B、E和F依次排列);其中，第一參考平行光光斑C的光線與第二參考平行光光斑D的光線構成的第一平面平行于第三參考平行光光斑E的光線與第四參考平行光光斑F的光線構成的第二平面，31、32、33、34、35和36分別為第一參考傾斜光光斑4的光源、第二參考傾斜光光斑B的光源、第一參考平行光光斑C的光源、第二參考平行光光斑D的光源、第三參考平行光光斑E的光源、第四參考平行光光斑F的光源；
[0151]S2:預存第一參考平行光光斑C的光線S3C與第二參考平行光光斑D的光線S4D之間的實際間距D1、第三參考平行光光斑E的光線S5E與第四參考平行光光斑F的光線S6F之間的實際間距D2、第一參考傾斜光光斑A的光源SI與第一參考平行光光斑C的光線S3C之間的實際間距Tl、第二參考傾斜光光斑B的光源S2與第三參考平行光光斑E的光線S5E之間的實際間距T2、第一參考傾斜光光斑A的光線SlA與第一參考平行光光斑C的光線S3C之間的實際夾角Θ1、第二參考傾斜光光斑B的光線S2B與第三參考平行光光斑E的光線S5E之間的實際夾角Θ2、第一平面與第二平面之間的實際間距K、第一參考傾斜光光斑A的光源SI與第二參考傾斜光光斑B的光源S2之間的高度差Δ H;
[0152]S3:采集第一參考平行光光斑C、第二參考平行光光斑D、第三參考平行光光斑E、第四參考平行光光斑F、第一參考傾斜光光斑A以及第二參考傾斜光光斑B的圖像；
[0153]S4:對上述圖像進行運算處理得到第一參考平行光光斑C與第二參考平行光光斑D在圖像上的圖像間距Dl'第三參考平行光光斑E與第四參考平行光光斑F在圖像上的圖像間距D2'第一參考傾斜光光斑A與第一參考平行光光斑C在圖像上的圖像間距D3'第二參考傾斜光光斑B與第三參考平行光光斑E在圖像上的圖像間距D4、
[0154]S5:根據D1、D2、T1、T2、01、02、K、ΔΗ、D1'D2'D3'和D4'通過簡單的三角函數算法即能夠運算處理得到待測物料的表面傾斜度信息；
[0155]假設待測物料的傾斜面與底面之間的傾角為f，則
[0156]tanf=( | ( D4、D2/ D2二 T2)/ tan02-( D3^ Dl/ Dl二 Tl)/ tan01 |-ΔΗ)/Κ
[0157]通過上述論述可見，本實施方式中的第一參考傾斜光光斑Α、第一參考平行光光斑C和第二參考平行光光斑D不僅位于同一傾斜表面、第一直線上，而且均位于待測物料的第一料位高度(即第一直線位于第一料位高度的位置)，第二參考傾斜光光斑B、第三參考平行光光斑E和第四參考平行光光斑F不僅位于上述同一傾斜表面、第二直線上，而且均位于待測物料的第二料位高度(即第二直線位于第二料位高度的位置)，在這種情況下就能夠保證第一直線上的三個光斑距離圖像采集部件的高度相同，第二直線上的三個光斑距離圖像采集部件的高度也相同，進而采集圖像時焦距相同，采集到的圖像不會失真，能夠比較準確地反映各光斑之間的實際位置關系，進而使最終的測量結果更加精確。
[0158]上述各實施方式只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種機器視覺料位計，其特征在于，包括光發射部件、圖像采集部件、運算處理器和信號輸出部件，所述光發射部件和所述圖像采集部件均設置在待測物料所在測量空間內，所述運算處理器分別連接所述圖像采集部件和所述信號輸出部件； 所述光發射部件用于向所述待測物料表面投射至少兩束平行光以及至少一束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光； 所述圖像采集部件用于采集各所述平行光和各所述傾斜光照射到所述待測物料表面后形成的平行光光斑和傾斜光光斑的圖像，并將所述圖像發送給所述運算處理器； 所述運算處理器用于根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述預設夾角、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距以及各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得各所述傾斜光的光斑位置處的所述待測物料的料位信息，并將所述料位信息信號傳輸給所述信號輸出部件； 和/或，所述運算處理器用于根據所述待測物料的料位到達預設高度時，各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述平行光光斑與各所述傾斜光斑之間在所述圖像中的圖像間距，以及所述圖像采集部件實時采集到的圖像中，各平行光光斑之間的圖像間距、各所述平行光光斑與各所述傾斜光光斑之間的圖像間距，運算處理邏輯判斷出所述待測物料是否到達所述預設高度，并將所述邏輯判斷的結果信號傳輸給所述信號輸出部件； 所述信號輸出部件用于將所述料位信息和/或所述邏輯判斷的結果信號輸出。2.根據權利要求1所述的機器視覺料位計，其特征在于，在各所述平行光光斑和各所述傾斜光光斑中，至少有兩個所述平行光光斑和一個所述傾斜光光斑位于同一直線。3.根據權利要求2所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述位于同一直線上的兩個所述平行光光斑和一個所述傾斜光光斑均位于所述待測物料的同一料位高度。4.根據權利要求1所述的機器視覺料位計，其特征在于， 若所述光發射部件向所述待測物料表面投射至少兩束的平行光以及至少兩束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光； 則所述運算處理器根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述預設夾角、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距、各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得所述待測物料的表面傾斜度信息，并將所述表面傾斜度信息信號傳輸給所述信號輸出部件； 所述信號輸出部件將所述料位信息、所述邏輯判斷的結果和/或所述表面傾斜度信息信號輸出。5.根據權利要求4所述的機器視覺料位計，其特征在于，在至少兩個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑中，至少兩個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑位于同一直線且沿所述待測物料同一傾斜表面的傾斜方向依次排列。6.根據權利要求1所述的機器視覺料位計，其特征在于， 若所述光發射部件向所述待測物料表面投射至少四束平行光以及至少兩束與各所述平行光呈預設夾角的傾斜光； 則所述運算處理器根據各所述平行光之間的實際間距、各所述傾斜光的光源與各所述平行光之間的實際間距、各所述預設夾角、兩兩所述平行光之間組成的各平面之間的實際間距、兩兩所述傾斜光的光源之間的高度差、各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距以及各所述傾斜光光斑與各所述平行光光斑之間在所述圖像中的圖像間距，運算處理獲得所述待測物料的表面傾斜度信息，并將所述表面傾斜度信息信號傳輸給所述信號輸出部件； 所述信號輸出部件將所述料位信息、所述邏輯判斷的結果和/或所述表面傾斜度信息信號輸出。7.根據權利要求6所述的機器視覺料位計，其特征在于，在至少四個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑中，至少四個所述平行光光斑和至少兩個所述傾斜光光斑均位于所述待測物料同一傾斜表面，且至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑位于第一直線、第一料位高度上，另外還有至少兩個所述平行光光斑和至少一個所述傾斜光光斑位于第二直線、第二料位高度上;位于所述第一直線上的兩個所述平行光光斑的光線構成第一平面，位于所述第二直線上的兩個所述平行光光斑的光線構成第二平面，所述第一平面與所述第二平面平行。8.根據權利要求1?7中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，還包括減震穩定部件，所述減震穩定部件與所述光發射部件和/或所述圖像采集部件有效接觸。9.根據權利要求8所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述減震穩定部件為機械被動式或陀螺儀主動控制式。10.根據權利要求1?7中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，還包括防塵除灰部件，所述防塵除灰部件位于所述圖像采集部件和/或所述光發射部件附近且與所述運算處理器相連。11.根據權利要求10所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述防塵除灰部件為氣體吹掃機構或機械刷動機構。12.根據權利要求1?7中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，還包括照明部件，所述照明部件固定在所述待測物料所在容器內部且與所述運算處理器連接。13.根據權利要求12所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述照明部件為可見光照明設備或紅外線非可見光照明設備。14.根據權利要求1?7、9、11或13中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，還包括紅外或者激光原理的測溫部件，用于遠距離測量物料表面的溫度信息，所述測溫部件與所述運算處理器連接，所述測溫部件將所述溫度信息發送給所述運算處理器，所述運算處理器再將所述溫度信息通過所述信號輸出部件輸出。15.根據權利要求1?7、9、11或13中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述光發射部件還用于投射垂直于所述平行光的輔助光。16.根據權利要求1?7、9、11或13中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述運算處理器還用于對所述圖像進行運算處理得到所述待測物料的三維立體圖像，并將所述三維立體圖像經所述信號輸出部件輸出。17.根據權利要求1?7、9、11或13中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述圖像采集部件還用于采集火焰或燃燒圖像，并將火焰或燃燒圖像發送給所述運算處理器，所述運算處理器還用于在接收到所述火焰或燃燒圖像時控制外接報警器報警，或者所述運算處理器將所述火焰或燃燒圖像經所述信號輸出部件輸出。18.根據權利要求1?7、9、11或13中任一項所述的機器視覺料位計，其特征在于，所述圖像獲取部件還用于采集所述測量空間內的環境圖像，并將所述環境圖像發送給所述運算處理器，所述運算處理器再將所述環境圖像通過所述信號輸出部件輸出。
【文檔編號】G01F23/292GK205426287SQ201620091125
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月29日
【發明人】胡桂標
【申請人】上海云魚智能科技有限公司