一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，属于数据处理领域，所述方法包括如下步骤：设计数据读取模块和数据解析模块对光幕的数据帧进行获取与解析，设计图像化处理模块将光幕发送的数据帧最终转换为货物的初始图像，对货物的初始图像进行绘制与货物轮廓的划分，修正处理，通过绘制轮廓的最小包容矩形，计算出货物的尺寸数据。本发明专利技术从光幕数据的获取与光幕数据的图像化处理两方面进行预处理，之后通过货物图像的轮廓划分、轮廓修正等流程，完成基于最小包容矩形算法的图像尺寸数据计算，从而获得货物的尺寸数据。从而获得货物的尺寸数据。从而获得货物的尺寸数据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法


[0001]本专利技术涉及数据处理领域，尤其涉及一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法。

技术介绍

[0002]对射光幕是一种用于检查是否有物体进入了特定区域的检测设备，它广泛应用于工业生产领域的各种机械设备上。它的用途包括检测是否有人体进入或肢体伸入了危险区域，检测传送装置上的工件是否到达了预定位置，测量物体的外形尺寸等。对射光幕一般由一个发射器和一个接收器组成，两者对向安装在检测区域的两端。对射光幕中发射器内装有成排多个发射管，能发出多束探测光束，接收器内则装有多个的接收管，能不断接收发射管发出的探测光束。当有物体进入检测区域时，必将阻断部分探测光束的接收，接收器根据探测光束的阻断情况实现对物体的检测。现有的货物大小检测比较麻烦，检测误差比较大，因此需要设计一种高精度的光幕测量货物尺寸的数据处理方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，解决
技术介绍
中存在的技术问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，所述方法包括如下步骤：
[0006]步骤1：设计数据读取模块和数据解析模块对光幕的数据帧进行获取与解析；
[0007]步骤2：设计图像化处理模块将光幕发送的数据帧最终转换为货物的初始图像，对货物的初始图像进行绘制与货物轮廓的划分，修正处理；
[0008]步骤3：通过绘制轮廓的最小包容矩形，计算出货物的尺寸数据。
[0009]进一步地，步骤1的具体过程为，通过设计读取周期的选取、数据帧的解析与发送以及补帧处理三个模块，实现光幕数据的获取。
[0010]进一步地，读取周期的选取的具体过程为：首先要保证读取周期小于或等于光幕的发送周期，由于发送周期并不固定，所以读取周期需要小于光幕最小发送周期，通过设定补帧条件来解决光幕可能出现的丢帧情况，当n次没有读到数据的时候，n为正整数，手动进行数据补帧处理，其中：
[0011][0012]其中，Ts表示光幕发送周期，Tr表示设定读取周期，[]表示向下取整运算；为节省资源，Tr越大越好，故设定n取2，则T
s
/2＜T
r
＜T
s
，光幕的实际发送周期为9.8ms
‑
10.0ms，所以设定读取周期为8ms；
[0013]数据帧的解析与发送的具体过程为：
[0014]光幕将当前传感器的扫描状况以数据帧的方式进行打包，基于ModBus
‑
RTU协议与工控机进行通讯，工控机接收到数据后将其存储到容器中，并周期性的读取数据，根据光幕
数据帧的格式，对数据进行解析；
[0015]通过构建数据解析主函数、光幕数据解析器以及解析函数状态机来实现光幕数据的获取与解析，主函数负责与光幕建立通信，并调用解析器，解析器的作用是对当前收到的数据帧进行解析，并返回对应的值来表示数据解析的结果，状态机的作用是根据当前状态判断下一步的状态以及数据的传递；
[0016]其中解析器通过返回值的不同来判断当前数据帧的解析结果，返回值与其对应含义，根据返回值的不同，对当前获取的数据进行进一步的丢弃、报错和保存处理；
[0017]补帧处理的具体过程为：数据帧的数量影响平行于传送带方向的图形长度，数据帧丢失使该方向的长度减小，影响最终的计算结果，所以需要对数据帧进行丢帧处理，光幕发送周期约为10ms，设定读取周期为8ms，如果两次没有读取到数据帧，则可以判定为该数据帧丢失，进行补帧处理，通过补帧，基本保证数据帧的数量正确，保证平行于传送带方向上的精度。
[0018]进一步地，步骤2的具体过程为:通过设计图像的初始化模块、货物数据的图像绘制模块和图像的拉伸处理模块实现光幕数据的图像化处理。
[0019]进一步地，图像的初始化的具体过程为：通过OpenCV中的zeros函数进行图像的初始化，生成类型为纯黑色图像，图像的长度与光幕的光点数量相关，宽度与数据帧的数量上限相关；
[0020]采用光幕的光点数量为756，故图像的长度需大于等于756个像素，为方便计算，对其进行向上取整，设为800像素；数据帧的最大数量n与光幕扫描周期、传送带速度等有关，其关系式为：
[0021]n
max
＝(l
max
/v)/T
[0022]其中，n
max
为单个货物测量时所发送数据帧的最大数量，l
max
为所允许测量的货物最大尺寸，为1500mm，v为传送带的速度，为0.4mm/ms，T为光幕的扫描周期，为10ms；
[0023]通过计算可得数据帧的最大数量为375帧，图像绘制时需保留10帧的余量，故图像宽度最小为385像素，向上取整为400像素，故初始图像的大小为800行
×
400列，颜色为纯黑色；
[0024]货物数据的绘制的具体过程为：光幕获取并解析数据帧后，将数据进行整理打包，并通过ZMQ的方式发送给上位机，接收到货物的数据包后，通过当前货物包含数据帧总数次绘制来实现数据的图像化，绘制的对象为上一步初始化的纯黑色图像，为保证图像的完整性与美观性，图像前5列不进行绘制，以水平方向为例，图像第i列的状态为：从第x
i
‑6行开始到(x
i
‑6+w
i
‑6‑
1)行结束为白色，其余行为黑色，其中6≤i≤6+nr
‑
1，nr为当前货物包含数据帧总数；
[0025]丢帧情况的处理过程为：由于传输不稳定原因，数据帧在发送至工控机的过程中会出现丢失的情况，在光幕数据的预处理中使用均为零的数据进行补帧处理，全零数据在进行数据图像化后所展示出来的效果为货物图像的其中一列全为黑色，对于少部分的丢帧情况，即货物的数据绘制图中只存在部分宽度小于3像素的黑线，采用闭运算的形态学变化进行图像的处理，即采用先膨胀，再腐蚀的方法，清除掉图片中存在的黑线，在OpenCV中，通过函数获取结构元素，设置3
×
1的矩形内核矩阵，设置函数类型为闭运算对图片进行处理，丢帧的情况通过闭运算的方式进行去除；
[0026]图像的拉伸处理的具体过程为：上面图像是以像素为单位进行绘制的，长度方向上每像素的距离表示光幕两光点之间的距离，宽度方向上每像素的距离表示每两个数据帧发送间隔期间货物的运动距离，两个距离并不一定相等，对图像进行一定比例的拉伸处理；
[0027]光幕两光点之间的距离为2.5mm，故长度方向上每像素所代表的距离l＝2.5mm，宽度方向上的距离与光幕的扫描周期和传送带速度有关，关系如下所示：
[0028]w＝T
×
v
[0029]其中，w表示宽度方向上每像素所代表的距离，T表示光幕的扫描周期，在9.8ms
‑
10.0ms之间，v表示传送带的速度，为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1：设计数据读取模块和数据解析模块对光幕的数据帧进行获取与解析；步骤2：设计图像化处理模块将光幕发送的数据帧最终转换为货物的初始图像，对货物的初始图像进行绘制与货物轮廓的划分，修正处理；步骤3：通过绘制轮廓的最小包容矩形，计算出货物的尺寸数据。2.根据权利要求1所述的一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，其特征在于：步骤1的具体过程为，通过设计读取周期的选取、数据帧的解析与发送以及补帧处理三个模块，实现光幕数据的获取。3.根据权利要求2所述的一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，其特征在于：读取周期的选取的具体过程为：首先要保证读取周期小于或等于光幕的发送周期，由于发送周期并不固定，所以读取周期需要小于光幕最小发送周期，通过设定补帧条件来解决光幕可能出现的丢帧情况，当n次没有读到数据的时候，n为正整数，手动进行数据补帧处理，其中：其中，Ts表示光幕发送周期，Tr表示设定读取周期，[]表示向下取整运算；为节省资源，Tr越大越好，故设定n取2，则T
s
/2＜T
r
＜T
s
，光幕的实际发送周期为9.8ms
‑
10.0ms，所以设定读取周期为8ms；数据帧的解析与发送的具体过程为：光幕将当前传感器的扫描状况以数据帧的方式进行打包，基于ModBus
‑
RTU协议与工控机进行通讯，工控机接收到数据后将其存储到容器中，并周期性的读取数据，根据光幕数据帧的格式，对数据进行解析；通过构建数据解析主函数、光幕数据解析器以及解析函数状态机来实现光幕数据的获取与解析，主函数负责与光幕建立通信，并调用解析器，解析器的作用是对当前收到的数据帧进行解析，并返回对应的值来表示数据解析的结果，状态机的作用是根据当前状态判断下一步的状态以及数据的传递；其中解析器通过返回值的不同来判断当前数据帧的解析结果，返回值与其对应含义，根据返回值的不同，对当前获取的数据进行进一步的丢弃、报错和保存处理；补帧处理的具体过程为：数据帧的数量影响平行于传送带方向的图形长度，数据帧丢失使该方向的长度减小，影响最终的计算结果，所以需要对数据帧进行丢帧处理，光幕发送周期约为10ms，设定读取周期为8ms，如果两次没有读取到数据帧，则可以判定为该数据帧丢失，进行补帧处理，通过补帧，基本保证数据帧的数量正确，保证平行于传送带方向上的精度。4.根据权利要求3所述的一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，其特征在于：步骤2的具体过程为:通过设计图像的初始化模块、货物数据的图像绘制模块和图像的拉伸处理模块实现光幕数据的图像化处理。5.根据权利要求4所述的一种基于光幕测量的尺寸数据处理方法，其特征在于：图像的初始化的具体过程为：通过OpenCV中的zeros函数进行图像的初始化，生成类型为纯黑色图像，图像的长度与光幕的光点数量相关，宽度与数据帧的数量上限相关；
采用光幕的光点数量为756，故图像的长度需大于等于756个像素，为方便计算，对其进行向上取整，设为800像素；数据帧的最大数量n与光幕扫描周期、传送带速度等有关，其关系式为：n
max
＝(l
max
/v)/T其中，n
max
为单个货物测量时所发送数据帧的最大数量，l
max
为所允许测量的货物最大尺寸，为1500mm，v为传送带的速度，为0.4mm/ms，T为光幕的扫描周期，为10ms；通过计算可得数据帧的最大数量为375帧，图像绘制时需保留10帧的余量，故图像宽度最小为385像素，向上取整为400像素，故初始图像的大小为800行
×
400列，颜色为纯黑色；货物数据的绘制的具体过程为：光幕获取并解析数据帧后，将数据进行整理打包，并通过ZMQ的方式发送给上位机，接收到货物的数据包后，通过当前货物包含数据帧总数次绘制来实现数据的图像化，绘制的对象为上一步初始化的纯黑色图像，为保证图像的完整性与美观性，图像前5列不进行绘制，以水平方向为例，图像第i列的状态为：从第x
i
‑6行开始到(x
i
‑6+w
i
‑6‑
1)行结束为白色，其余行为黑色，其中6≤i≤6+nr
‑
1，nr为当前货物包含数据帧总数；丢帧情况的处理过程为：由于传输不稳定原因，数据帧在发送至工控机的过程中会出现丢失的情况，在光幕数据的预处理中使用均为零的数据进行补帧处理，全零数据在进行数据图像化后所展示出来的效果为货物图像的其中一列全为黑色，对于少部分的丢帧情况，即货物的数据绘制图中只存在部分宽度小于3像素的黑线，采用闭运算的形态学变化进行图像的处理，即采用先膨胀，再腐蚀的方法，清除掉图片中存在的黑线，在OpenCV中，通过函数获取结构元素，设置3
×
1的矩形内核矩阵，设置函数类型为闭运算对图片进行处理，丢帧的情况通过闭运算的方式进行去除；图像的拉伸处理的具体过程为：上面图像是以像素为单位进行绘制的，长度方向上每像素的距离表示光幕两光点之间的距离，宽度方向上每像素的距离表示每两个数据帧发送间隔期间货物的运动距离，两个距离并不一定相等，对图像进行一定比例的拉伸处理；光幕两光点之间的距离为2.5mm，故长度方向上每像素所代表的距离l＝2.5mm，宽度方向上的距离与光幕的扫描周期和传送带速度有关，关系如下所示：w＝T
×
v其中，w表示宽度方向上每像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓宇书，唐培贤，王志刚，唐小琦，周凌云，刘泽民，刘银辉，舒辉，刮国良，
申请(专利权)人：邵阳先进制造技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：