基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法及装置与流程

本发明涉及机器视觉，尤其涉及一种基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法及一种基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测装置。

背景技术：

1、

2、如图1所示，在alk碱性电解槽堆叠装配过程中，槽体各个零部件(双极板、阴极电极、隔膜、阳极电极、垫片)的装配质量直接决定了产品合格性，装配不合格的电解槽在使用过程中容易造成氧中氢和氢中氧数据超标，进而发生爆炸，造成重大的生产事故。因此，alk碱性电解槽在装配过程中对每个零部件进行装配质量检测极其重要。目前大多数生产厂家仍采用人工堆叠装配的方式对电解槽槽体进行组装，装配质量仅是在人工装配过程中进行目检，此方法存在现场工人专业度要求较高、检测效率低以及检测效果不稳定等缺点。

3、针对上述产线的生产痛点，我们提供一种基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法及装置，在人工堆叠电解槽槽体过程中在线检测电解槽的电极、隔膜、垫片以及双极板朝向是否装配正确。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法，能够对人工装配电解槽全过程进行装配质量在线视觉检测，降低电解槽返修拆堆率以及人工成本，检测效率高以及检测效果稳定。

2、作为本发明的第一个方面，提供一种基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法，所述基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法包括：

3、步骤s1：在碱性电解槽的各个零部件依次装配过程中，获取各个零部件的装配图像；所述各个零部件包括双极板、阴极电极、隔膜、阳极电极以及垫片，其中，所述双极板的正面具有三个阶梯槽，所述三个阶梯槽依次为阴极电极槽、隔膜槽、阳极电极槽；

4、步骤s2：依据所述各个零部件的装配图像，对所述碱性电解槽的各个零部件的装配质量进行检测，以得到各个零部件的装配质量检测结果；

5、步骤s3：当所述各个零部件的装配质量检测结果为不合格时，输出报警信号；当所述各个零部件的装配质量检测结果为合格时，输出检测正常信号。

6、进一步地，所述步骤s2和步骤s3中，还包括：

7、在装配完所述双极板之后，依据所述双极板的装配图像对所述双极板的装配质量进行检测，以得到双极板的装配质量检测结果；当所述双极板的装配质量检测结果为不合格时，输出报警信号；当所述双极板的装配质量检测结果为合格时，输出双极板检测正常信号，并进行所述阴极电极的装配；

8、在所述双极板正面的阴极电极槽中装配完所述阴极电极之后，依据所述阴极电极的装配图像对所述阴极电极的装配质量进行检测，以得到阴极电极的装配质量检测结果；当所述阴极电极的装配质量检测结果为不合格时，输出报警信号；当所述阴极电极的装配质量检测结果为合格时，输出阴极电极检测正常信号，并进行所述隔膜的装配；

9、在所述双极板正面的隔膜槽中装配完所述隔膜之后，依据所述隔膜的装配图像对所述隔膜的装配质量进行检测，以得到隔膜的装配质量检测结果；当所述隔膜的装配质量检测结果为不合格时，输出报警信号；当所述隔膜的装配质量检测结果为合格时，输出隔膜检测正常信号，并进行所述阳极电极的装配；

10、在所述双极板正面的阳极电极槽中装配完所述阳极电极之后，依据所述阳极电极的装配图像对所述阳极电极的装配质量进行检测，以得到阳极电极的装配质量检测结果；当所述阳极电极的装配质量检测结果为不合格时，输出报警信号；当所述阳极电极的装配质量检测结果为合格时，输出阳极电极检测正常信号，并进行所述垫片的装配；

11、在所述双极板上装配完所述垫片之后，依据所述垫片的装配图像对所述垫片的装配质量进行检测，以得到垫片的装配质量检测结果；当所述垫片的装配质量检测结果为不合格时，输出报警信号；当所述垫片的装配质量检测结果为合格时，输出垫片检测正常信号。

12、进一步地，所述在装配完所述双极板之后，依据所述双极板的装配图像对所述双极板的装配质量进行检测，以得到双极板的装配质量检测结果，还包括：

13、在装配完所述双极板之后，判断是否能够从所述双极板的装配图像中识别出三条阶梯槽线特征；

14、若能够从所述双极板的装配图像中识别出三条阶梯槽线特征，且识别出的三条阶梯槽线特征与预设的三条阶梯槽线特征之间的匹配度大于预设匹配度值，则认为当前装配的双极板正面朝上，此时双极板的装配质量检测结果为合格；

15、若不能从所述双极板的装配图像中识别出三条阶梯槽线特征，或者识别出的三条阶梯槽线特征与预设的三条阶梯槽线特征之间的匹配度不大于所述预设匹配度值，则认为当前装配的双极板不是正面朝上，此时双极板的装配质量检测结果为不合格。

16、进一步地，所述在所述双极板正面的阴极电极槽中装配完所述阴极电极之后，依据所述阴极电极的装配图像对所述阴极电极的装配质量进行检测，以得到阴极电极的装配质量检测结果，还包括：

17、对所述双极板的装配图像中的加工孔进行粗定位，以得到所述双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际；

18、根据预设的加工孔圆心的标准位置p双极板加工孔圆心标准，计算出双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际基于其标准位置p双极板加工孔圆心标准的转换矩阵t加工孔：

19、

20、将转换矩阵t加工孔作为所述阴极电极的装配图像中阴极电极槽线的实际位置p阴极电极槽线实际基于其标准位置p阴极电极槽线标准的转换矩阵t阴极电极槽线：

21、t阴极电极槽线＝t加工孔

22、根据预设的阴极电极槽线内的标准检测区域w阴极电极槽线内标准和转换矩阵t阴极电极槽线，计算出所述阴极电极的装配图像中阴极电极槽线内的实际检测区域w阴极电极槽线内实际；同时根据预设的阴极电极槽线外的标准检测区域w阴极电极槽线外标准和转换矩阵t阴极电极槽线，计算出所述阴极电极的装配图像中阴极电极槽线外的实际检测区域w阴极电极槽线外实际：

23、w阴极电极槽线内实际＝t阴极电极槽线w阴极电极槽线内标准

24、w阴极电极槽线外实际＝t阴极电极槽线w阴极电极槽线外标准

25、对阴极电极槽线内的实际检测区域w阴极电极槽线内实际和阴极电极槽线外的实际检测区域w阴极电极槽线外实际分别进行图像二值化处理，以对应获取阴极电极槽线内的二值化检测区域w阴极电极槽线内二值化和阴极电极槽线外的二值化检测区域w阴极电极槽线外二值化，并分别计算出阴极电极槽线内的二值化检测区域w阴极电极槽线内二值化的图像特征和阴极电极槽线外的二值化检测区域w阴极电极槽线外二值化的图像特征：

26、

27、

28、其中，f(i，j)为阴极电极槽线内的二值化检测区域w阴极电极槽线内二值化的图像像素点灰度值；h(i，j)为阴极电极槽线外的二值化检测区域w阴极电极槽线外二值化的图像像素点灰度值；(i，j)为图像像素点坐标；g(i，j)为阴极电极槽线内的实际检测区域w阴极电极槽线内实际的图像像素点灰度值；q(i，j)为阴极电极槽线外的实际检测区域w阴极电极槽线外实际的图像像素点灰度值；h阈值为二值化阈值；其中，f(i，j)为1或者0，h(i，j)为1或者0，1代表白色像素点，0代表黑色像素点；

29、判断所述阴极电极槽线内的二值化检测区域w阴极电极槽线内二值化的黑色像素点数量是否大于预设数量值，且所述阴极电极槽线外的二值化检测区域w阴极电极槽线外二值化的黑色像素点数量是否为零；

30、若所述阴极电极槽线内的二值化检测区域w阴极电极槽线内二值化的黑色像素点数量大于预设数量值，且所述阴极电极槽线外的二值化检测区域w阴极电极槽线外二值化的黑色像素点数量为零，则认为当前阴极电极的装配质量检测结果为合格；反之，则认为当前阴极电极的装配质量检测结果为不合格。

31、进一步地，所述在所述双极板正面的隔膜槽中装配完所述隔膜之后，依据所述隔膜的装配图像对所述隔膜的装配质量进行检测，以得到隔膜的装配质量检测结果，还包括：

32、对所述双极板的装配图像中的加工孔进行粗定位，以得到所述双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际；

33、根据预设的加工孔圆心的标准位置p双极板加工孔圆心标准，计算出双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际基于其标准位置p双极板加工孔圆心标准的转换矩阵t加工孔：

34、

35、将转换矩阵t加工孔作为所述隔膜的装配图像中隔膜槽线的实际位置p隔膜槽线实际基于其标准位置p隔膜槽线标准的转换矩阵t隔膜槽线：

36、t隔膜槽线＝t加工孔

37、根据预设的隔膜槽线内的标准检测区域w隔膜槽线内标准和转换矩阵t隔膜槽线，计算出所述隔膜的装配图像中隔膜槽线内的实际检测区域w隔膜槽线内实际；同时根据预设的隔膜槽线外的标准检测区域w隔膜槽线外标准和转换矩阵t隔膜槽线，计算出所述隔膜的装配图像中隔膜槽线外的实际检测区域w隔膜槽线外实际：

38、w隔膜槽线内实际＝t隔膜槽线w隔膜槽线内标准

39、w隔膜槽线外实际＝t隔膜槽线w隔膜槽线外标准

40、对隔膜槽线内的实际检测区域w隔膜槽线内实际和隔膜槽线外的实际检测区域w隔膜槽线外实际分别进行图像二值化处理，以对应获取隔膜槽线内的二值化检测区域w隔膜槽线内二值化和隔膜槽线外的二值化检测区域w隔膜槽线外二值化，并分别计算出隔膜槽线内的二值化检测区域w隔膜槽线内二值化的图像特征和隔膜槽线外的二值化检测区域w隔膜槽线外二值化的图像特征：

41、

42、

43、其中，f(i，j)为隔膜槽内的二值化检测区域w隔膜槽线内二值化的图像像素点灰度值；h(i，j)为隔膜槽外的二值化检测区域w隔膜槽线外二值化的图像像素点灰度值；(i，j)为图像像素点坐标；g(i，j)为隔膜槽线内的实际检测区域w隔膜槽线内实际的图像像素点灰度值；q(i，j)为隔膜槽线外的实际检测区域w隔膜槽线外实际的图像像素点灰度值；h阈值为二值化阈值；其中，f(i，j)为1或者0，h(i，j)为1或者0，1代表白色像素点，0代表黑色像素点；

44、判断所述隔膜槽线内的二值化检测区域w隔膜槽线内二值化的黑色像素点数量是否大于预设数量值，且所述隔膜槽线外的二值化检测区域w隔膜槽线外二值化的黑色像素点数量是否为零；

45、若所述隔膜槽线内的二值化检测区域w隔膜槽线内二值化的黑色像素点数量大于预设数量值，且所述隔膜槽线外的二值化检测区域w隔膜槽线外二值化的黑色像素点数量为零，则认为当前隔膜的装配质量检测结果为合格；反之，则认为当前隔膜的装配质量检测结果为不合格。

46、进一步地，所述在所述双极板正面的阳极电极槽中装配完所述阳极电极之后，依据所述阳极电极的装配图像对所述阳极电极的装配质量进行检测，以得到阳极电极的装配质量检测结果，还包括：

47、对所述双极板的装配图像中的加工孔进行粗定位，以得到所述双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际；

48、根据预设的加工孔圆心的标准位置p双极板加工孔圆心标准，计算出双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际基于其标准位置p双极板加工孔圆心标准的转换矩阵t加工孔：

49、

50、将转换矩阵t加工孔作为所述阳极电极的装配图像中阳极电极槽线的实际位置p阳极电极槽线实际基于其标准位置p阳极电极槽线标准的转换矩阵t阳极电极槽线：

51、t阳极电极槽线＝t加工孔

52、根据预设的阳极电极槽线内的标准检测区域w阳极电极槽线内标准和转换矩阵t阳极电极槽线，计算出所述阳极电极的装配图像中阳极电极槽线内的实际检测区域w阳极电极槽线内实际；同时根据预设的阳极电极槽线外的标准检测区域w阳极电极槽线外标准和转换矩阵t阳极电极槽线，计算出所述阳极电极的装配图像中阳极电极槽线外的实际检测区域w阳极电极槽线外实际：

53、w阳极电极槽线内实际＝t阳极电极槽线w阳极电极槽线内标准

54、w阳极电极槽线外实际＝t阳极电极槽线w阳极电极槽线外标准

55、对阳极电极槽线内的实际检测区域w阳极电极槽线内实际和阳极电极槽线外的实际检测区域w阳极电极槽线外实际分别进行图像二值化处理，以对应获取阳极电极槽线内的二值化检测区域w阳极电极槽线内二值化和阳极电极槽线外的二值化检测区域w阳极电极槽线外二值化，并分别计算出阳极电极槽线内的二值化检测区域w阳极电极槽线内二值化的图像特征和阳极电极槽线外的二值化检测区域w阳极电极槽线外二值化的图像特征：

56、

57、

58、其中，f(i，j)为阳极电极槽线内的二值化检测区域w阳极电极槽线内二值化的图像像素点灰度值；h(i，j)为阳极电极槽线外的二值化检测区域w阳极电极槽线外二值化的图像像素点灰度值；(i，j)为图像像素点坐标；g(i，j)为阳极电极槽线内的实际检测区域w阳极电极槽线内实际的图像像素点灰度值；q(i，j)为阳极电极槽线外的实际检测区域w阳极电极槽线外实际的图像像素点灰度值；h阈值为二值化阈值；其中，f(i，j)为1或者0，h(i，j)为1或者0，1代表白色像素点，0代表黑色像素点；

59、判断所述阳极电极槽线内的二值化检测区域w阳极电极槽线内二值化的黑色像素点数量是否大于预设数量值，且所述阳极电极槽线外的二值化检测区域w阳极电极槽线外二值化的黑色像素点数量是否为零；

60、若所述阳极电极槽线内的二值化检测区域w阳极电极槽线内二值化的黑色像素点数量大于预设数量值，且所述阳极电极槽线外的二值化检测区域w阳极电极槽线外二值化的黑色像素点数量为零，则认为当前阳极电极的装配质量检测结果为合格；反之，则认为当前阳极电极的装配质量检测结果为不合格。

61、进一步地，所述在所述双极板上装配完所述垫片之后，依据所述垫片的装配图像对所述垫片的装配质量进行检测，以得到垫片的装配质量检测结果，还包括：

62、对所述双极板的装配图像中的加工孔进行粗定位，以得到所述双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际；

63、对所述垫片的装配图像中的加工孔进行粗定位，以得到所述垫片的装配图像中加工孔圆心的粗定位位置p垫片加工孔圆心粗定位；

64、依据粗定位位置p垫片加工孔圆心粗定位对所述垫片的装配图像中的加工孔进行精定位，以得到所述垫片的装配图像中加工孔圆心的实际位置p垫片加工孔圆心实际；

65、计算出所述双极板的装配图像中加工孔圆心的实际位置p双极板加工孔圆心实际与所述垫片的装配图像中加工孔圆心的实际位置p垫片加工孔圆心实际之间的同心度误差l：

66、

67、其中，x双极板加工孔圆心实际为双极板的装配图像中加工孔圆心的实际横坐标，x垫片加工孔圆心实际为垫片的装配图像中加工孔圆心的实际横坐标，y双极板加工孔圆心实际为双极板的装配图像中加工孔圆心的实际纵坐标，y垫片加工孔圆心实际为垫片的装配图像中加工孔圆心的实际纵坐标，k为相机标定后的像素当量；

68、从所述垫片的装配图像中识别出实际加工孔区域，对所述垫片的装配图像中的实际加工孔区域w垫片加工孔区域实际进行图像二值化处理，以获取所述垫片的装配图像中的二值化加工孔区域w垫片加工孔区域二值化，并计算出二值化加工孔区域w垫片加工孔区域二值化的图像特征：

69、

70、其中，k(i，j)为二值化加工孔区域w垫片加工孔区域二值化的图像像素点灰度值；(i，j)为图像像素点坐标；g(i，j)为实际加工孔区域w垫片加工孔区域实际的图像像素点灰度值；h阈值为二值化阈值；其中，k(i，j)为1或者0，1代表白色像素点，0代表黑色像素点；

71、判断同心度误差l是否小于预设误差值，且二值化加工孔区域w垫片加工孔区域二值化的黑色像素点数量是否为零；

72、若同心度误差l小于预设误差值，且二值化加工孔区域w垫片加工孔区域二值化的黑色像素点数量为零，则认为当前垫片的装配质量检测结果为合格；反之，则认为当前垫片的装配质量检测结果为不合格。

73、作为本发明的第二个方面，提供一种基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测装置，用于实现前文所述的基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法，所述基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测装置包括plc控制器、工控机和机器视觉图像采集系统，在装配完当前零部件之后，在所述plc控制器上选择当前零部件的种类后点击所述plc控制器上的开始检测按钮，所述plc控制器接收到开始检测信号后，控制所述机器视觉图像采集系统移动到第一拍照位置，当所述机器视觉图像采集系统移动到第一拍照位置后，所述plc控制器发送开始拍照信号给所述工控机，所述工控机依据所述开始拍照信号驱动所述机器视觉图像采集系统对装配完的当前零部件进行拍摄，以获取到当前零部件的装配图像；所述工控机依据所述当前零部件的装配图像对所述装配完的当前零部件的装配质量进行检测，以得到所述装配完的当前零部件的装配质量检测结果，并将所述装配完的当前零部件的装配质量检测结果发送给所述plc控制器，所述plc控制器控制所述机器视觉图像采集系统返回至初始位置，并提示现场操作人员装配下一零部件，然后等待下一开始检测信号；其中，所述工控机包括：

74、获取模块，用于在碱性电解槽的各个零部件依次装配过程中，获取各个零部件的装配图像；所述各个零部件包括双极板、阴极电极、隔膜、阳极电极以及垫片，其中，所述双极板的正面具有三个阶梯槽，所述三个阶梯槽依次为阴极电极槽、隔膜槽、阳极电极槽；

75、检测模块，用于依据所述各个零部件的装配图像，对所述碱性电解槽的各个零部件的装配质量进行检测，以得到各个零部件的装配质量检测结果；

76、输出模块，用于当所述各个零部件的装配质量检测结果为不合格时，输出报警信号；当所述各个零部件的装配质量检测结果为合格时，输出检测正常信号。

77、进一步地，所述机器视觉图像采集系统包括2d机器视觉装置、径向伺服模组、z轴桁架模组和总测距传感器，所述plc控制器接收到开始检测信号后，驱动所述z轴桁架模组到达第一高度测量位置，此时总测距传感器(10)检测所述机器视觉图像采集系统底部中心到当前零部件上表面的距离，plc控制器根据所述总测距传感器的距离检测数据驱动所述z轴桁架模组到达第二高度测量位置，然后plc控制器依据当前零部件的尺寸驱动所述径向伺服模组调整所述2d机器视觉装置的径向位置，使得所述2d机器视觉装置移动到第二拍照位置对装配完的当前零部件进行拍摄。

78、进一步地，所述2d机器视觉装置的数量为四组，分别为第一2d机器视觉装置、第二2d机器视觉装置、第三2d机器视觉装置、第四2d机器视觉装置，所述径向伺服模组的数量为四组，分别为第一径向伺服模组、第二径向伺服模组、第三径向伺服模组、第四径向伺服模组，其中，每组2d机器视觉装置均包括相机、高清镜头、光源、分测距传感器和短程伺服模组，在调整完2d机器视觉装置的径向位置后，四个分测距传感器分别检测对应相机下表面到当前零部件上表面的距离；plc控制器根据四个分测距传感器的距离检测数据驱动对应的短程伺服模组到达第三拍照位置，此时plc控制器发送开始拍照信号给所述工控机，工控机依据所述开始拍照信号驱动四个相机同时对装配完的当前零部件进行拍摄，以获取到当前零部件的四个装配图像；工控机依据所述当前零部件的四个装配图像对所述装配完的当前零部件的装配质量进行检测，以对应得到四个装配质量检测结果，并依据四个装配质量检测结果得到所述装配完的当前零部件的最终装配质量检测结果。

79、本发明提供的基于机器视觉的碱性电解槽装配质量在线检测方法具有以下优点：

80、(1)在人工堆叠电解槽槽体过程中在线检测电解槽电极、隔膜、垫片以及双极板朝向是否装配正确，整个系统解决了人工堆叠装配质量把控问题，降低电解槽返修拆堆率以及人工成本，提高电解槽生产企业生产效率与效益；

81、(2)实现了alk碱性电解槽装配质量在线视觉检测功能，检测人工安装的电极、隔膜、垫片以及双极板朝向是否装配正确，并对其进行数据存储统计分析，检测准确率高达99.7％。