(12)实用新型专利
(10)授权公告号(10)授权公告号 CN 204303032 U (45)授权公告日(45)授权公告日 2015.04.29
(21)申请号 201420846780.7(22)申请日 2014.12.26
(73)专利权人河北工业大学
地址300401 天津市北辰区双口镇西平道
5340号(72)发明人杨冬 刘智光 于菲 李铁军
杨德志 张靓 樊旭 章鹏(74)专利代理机构天津翰林知识产权代理事务
所(普通合伙) 12210
代理人李济群(51)Int.Cl.
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
G06T 7/20(2006.01)G06F 3/0488(2013.01)G01C 11/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(54)实用新型名称
基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置(57)摘要
本实用新型涉及基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置，该装置包括外围控制电路，其特征在于该装置还包括支架、触摸屏一体机、运动控制模块和图像采集模块；所述支架包括操作台、触摸屏一体机支架、第一线性模组安装板、检测台支架、检测台和控制柜；所述操作台安装覆盖在控制柜的上表面，所述触摸屏一体机支架的两条支腿左右放置，并通过螺栓固连于操作台的上表面后端；第一线性模组安装板为矩形板，矩形板的较长侧面直立安装于操作台的上表面并用螺栓固定；所述检测台支架位于第一线性模组安装板右侧，检测台支架下端面与操作台的上表面相连，检测台支架上端面与检测台下表面相连，所述检测台的侧面与操作台的侧面平行。
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权 利 要 求 书
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1.基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置，该装置包括外围控制电路，其特征在于该装置还包括支架、触摸屏一体机、运动控制模块和图像采集模块；所述支架包括操作台、触摸屏一体机支架、第一线性模组安装板、检测台支架、检测台和控制柜；所述操作台安装覆盖在控制柜的上表面，所述触摸屏一体机支架的两条支腿左右放置，并通过螺栓固连于操作台的上表面后端；第一线性模组安装板为矩形板，矩形板的较长侧面直立安装于操作台的上表面并用螺栓固定；所述检测台支架位于第一线性模组安装板右侧，检测台支架下端面与操作台的上表面相连，检测台支架上端面与检测台下表面相连，所述检测台的侧面与操作台的侧面平行；
所述触摸屏一体机具有USB通讯口，触摸屏一体机通过螺栓安装于触摸屏一体机支架的横梁上，触摸屏一体机的屏幕朝向整个装置的正前方；
所述运动控制模块包括第一线性模组、第二线性模组、光轴、光轴支座、支撑滑台、模组支架、多轴运动控制卡、第一线性模组伺服电机驱动器和第二线性模组伺服电机驱动器；所述光轴支座为前后两个，固定在操作台的右侧，光轴两端分别恰好固定在两个光轴支座上，光轴上设有支撑滑台，可在光轴上滑动；所述第一线性模组的背面通过螺栓安装于线性模组安装板上，且第一线性模组的滑台平面垂直于操作台的上表面；所述模组支架的一支腿与第一线性模组的滑台相连，另一支腿与支撑滑台相连，模组支架的横梁上安装第二线性模组；支撑滑台与光轴、光轴支座配合使用，支撑并带动模组支架移动，所述第一线性模组和第二线性模组搭建成一套二维滑台，二维滑台的运动通过用户在触摸屏一体机的屏幕上的触摸手势控制；多轴运动控制卡、第一线性模组伺服电机驱动器和第二线性模组伺服电机驱动器均安装于控制柜内；所述多轴运动控制卡为USB运动控制卡，通过USB线缆与触摸屏一体机进行通讯；同时多轴运动控制卡分别通过驱动器专用线缆与第一线性模组伺服电机驱动器和第二线性模组伺服电机驱动器相连；
所述图像采集模块包括高速摄像机、电动变倍镜头、光源、镜头安装架和镜头电机驱动器；所述镜头安装架与第二线性模组的滑台相连，镜头安装架上端设有安装孔，通过该安装孔把所述电动变倍镜头安装于镜头安装架上，且电动变倍镜头的镜头方向朝向检测台的上平面；所述高速摄像机位于电动变倍镜头的上端，镜头电机驱动器安装于控制柜内，高速摄像机和镜头电机驱动器均通过USB线缆与触摸屏一体机相连。
2.根据权利要求1所述的基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置，其特征在于所述触摸屏一体机采用多点式触摸屏一体机。
3.根据权利要求1所述的基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置，其特征在所述触摸屏一体机支架和模组支架均为龙门式支架。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置，其特征在于所述运动控制模块中还包括第三线性模组和/或第四线性模组。
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说 明 书
基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置
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技术领域
本实用新型涉及一种运动控制及视觉检测装置，具体为一种基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置。
[0001]
背景技术
近年来随着科学技术的进步和工业自动化的不断发展，工业产品产量不断提高，
大量产品需要进行检查、测量等工序才能保证产品出厂的合格率。[0003] 目前工业产品的检测大多采用最简便、实用、适应性最强的人的视觉检查，尤其以电子产品检测最为突出，大量的工人在电子产品生产流水线上使用光学放大镜做着高度重复性、注意力高度集中的单调检测工作。这种检测方式增加了工厂的人工成本和管理成本，造成工人的视力下降，检测效率低，漏检率高，而且人对产品的干涉易造成产品污染，检测质量差，严重影响企业效益，同时，对于较复杂检测的产品人工目视检查方法不能胜任。[0004] 随着制造业的发展，机器视觉以测量精度高、速度快、抗干扰等优势被广泛用在了工业产品检测领域。例如，中国专利CN101950073A公开了一种用于展示的数字光学显微镜，其相机采集的图像显示在显示器上，并利用操纵杆控制载物台的移动从而扩大相机采集图像的范围。其虽然实现了用机器视觉代替了普通光学显微镜观察被检测物和一定程度上减少了人对产品的干涉，但是这种方法采用的操作杆控制载物台难度较大，尤其是在放大倍数较大的情况下，精确控制视野(感兴趣区域)难度加大；而且对于检测期间被检测物不适合移动甚至不能移动的检测任务该文献中的数字光学显微镜不能胜任。[0005] 触摸屏作为一种人机交互的输入设备，正逐步取代键盘、鼠标成为电子产品的一个重要组成部分。尤其电容式触摸屏凭借具有多点触控灵敏、透光率高、使用寿命长等优异性能近年来已大量应用在手机、平板电脑、个人电脑等领域，并处于高速增长态势。运动控制与机器视觉技术相结合是一个新兴而发展十分迅速的学科领域，现已广泛应用于工业产品检测、识别、定位、跟踪、移动机器人导航、医学图像分析、保安监控系统、智能交通以及国防和娱乐等行业。
[0006] 触摸屏技术虽然广泛应用到了电子产品之中，多种触屏手势的识别与处理也在图片浏览器、手机游戏、电脑游戏中得到了很好的运用。但是触摸屏多种手势识别与处理技术在工业现场中的应用非常少，和运动控制技术及机器视觉技术相结合的实际应用更是少之又少。例如中国专利CN102662229A公开的具有触摸屏的显微镜，是通过滑动触摸屏来实现载物台的平移、旋转等操作，同时图像采集系统采集的图像显示在触摸屏上，实现了类似于“一边滑动屏幕，一边浏览图像”的触屏电子设备上的图片浏览器的功能。但是这种检测方式同样不能用于检测期间被检测物不适合移动甚至不能移动时的检测任务。
[0002]
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种基于触摸屏的
运动控制及视觉检测装置，操作者通过不同手势触摸触摸屏控制高速摄像机的位置和放大
[0007]
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说 明 书
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倍数，同时高速摄像机采集到的图像显示在用户所触摸的屏幕上，实现了用户一边输入手势，一边对产品进行浏览和检测。该装置可以实现用户通过不同手势触摸电容式触摸屏进行运动控制和视觉检测，同时可以胜任检测期间被检测物不适合移动甚至不能移动的检测任务，扩大了被检测产品的适用范围，提供了一种运动控制和视觉检测的新方法。[0008] 本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案是，设计一种基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置，该装置包括外围控制电路，其特征在于该装置还包括支架、触摸屏一体机、运动控制模块和图像采集模块；所述支架包括操作台、触摸屏一体机支架、第一线性模组安装板、检测台支架、检测台和控制柜；所述操作台安装覆盖在控制柜的上表面，所述触摸屏一体机支架的两条支腿左右放置，并通过螺栓固连于操作台的上表面后端；第一线性模组安装板为矩形板，矩形板的较长侧面直立安装于操作台的上表面并用螺栓固定；所述检测台支架位于第一线性模组安装板右侧，检测台支架下端面与操作台的上表面相连，检测台支架上端面与检测台下表面相连，所述检测台的侧面与操作台的侧面平行；[0009] 所述触摸屏一体机具有USB通讯口，触摸屏一体机通过螺栓安装于触摸屏一体机支架的横梁上，触摸屏一体机的屏幕朝向整个装置的正前方；[0010] 所述运动控制模块包括第一线性模组、第二线性模组、光轴、光轴支座、支撑滑台、模组支架、多轴运动控制卡、第一线性模组伺服电机驱动器和第二线性模组伺服电机驱动器；所述光轴支座为前后两个，固定在操作台的右侧，光轴两端分别恰好固定在两个光轴支座上，光轴上设有支撑滑台，可在光轴上滑动；所述第一线性模组的背面通过螺栓安装于线性模组安装板上，且第一线性模组的滑台平面垂直于操作台的上表面；所述模组支架的一支腿与第一线性模组的滑台相连，另一支腿与支撑滑台相连，模组支架的横梁上安装第二线性模组；支撑滑台与光轴、光轴支座配合使用，支撑并带动模组支架移动，所述第一线性模组和第二线性模组搭建成一套二维滑台，二维滑台的运动通过用户在触摸屏一体机的屏幕上的触摸手势控制；多轴运动控制卡、第一线性模组伺服电机驱动器和第二线性模组伺服电机驱动器均安装于控制柜内；所述多轴运动控制卡为USB运动控制卡，通过USB线缆与触摸屏一体机进行通讯；同时多轴运动控制卡分别通过驱动器专用线缆与第一线性模组伺服电机驱动器和第二线性模组伺服电机驱动器相连；[0011] 所述图像采集模块包括高速摄像机、电动变倍镜头、光源、镜头安装架和镜头电机驱动器；所述镜头安装架与第二线性模组的滑台相连，镜头安装架上端设有安装孔，通过该安装孔把所述电动变倍镜头安装于镜头安装架上，且电动变倍镜头的镜头方向朝向检测台的上平面；所述高速摄像机位于电动变倍镜头的上端，镜头电机驱动器安装于控制柜内，高速摄像机和镜头电机驱动器均通过USB线缆与触摸屏一体机相连。[0012] 与现有技术相比，本实用新型把当前先进的触摸屏一体机和运动控制模块、图像采集模块有机综合到同一台架上，利用触摸屏一体机和相应软件，实现运动控制和图像采集，从而实现产品的检测。本实用新型采用触摸屏控制图像采集模块移动，代替了现有技术中采用摇杆或者触摸屏控制运动控制模块驱动载物台移动，从而实现了在检测期间，不移动载物台上的被检测物，就可以对其进行大范围的检测，加大了被检测物的适用范围。同时，本实用新型结构简单、布局直观、机器视觉模块和运动控制模块结构清楚明晰，系统软件界面友好，操作方便，把先进的触摸屏一体机的手势输入、识别等技术运用到了工业领域，简化了硬件结构。使工业领域利用了电子行业的前沿科技，提高了工人的劳动兴趣，减
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小了工人的劳动强度，提升了产品检测效率。附图说明
图1为本实用新型基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置一种实施例的整体结构示意图；
[0014] 图2为本实用新型基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置一种实施例的控制系统示意图。[0015] 图中，1.支架，2.触摸屏一体机，3.运动控制模块，4.图像采集模块，11.操作台，12.触摸屏一体机支架，13.第一线性模组安装板，14.检测台支架，15.检测台，16.控制柜，31.第一线性模组，32.第二线性模组，33.光轴，34.光轴支座，35.支撑滑台，36.模组支架，37.多轴运动控制卡，38.第一线性模组伺服电机驱动器，39.第二线性模组伺服电机驱动器，41.高速摄像机，42.电动变倍镜头，43.光源，44.镜头安装架，45.镜头电机驱动器。
[0013]
具体实施方式：
[0016] 下面结合实施例及其附图进一步叙述本实用新型。
[0017] 本实用新型基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置(简称装置或检测装置，参见图1-2)包括支架1、触摸屏一体机2、运动控制模块3、图像采集模块4和外围控制电路(图中未绘出)；所述支架1包括操作台11、触摸屏一体机支架12、第一线性模组安装板13、检测台支架14、检测台15和控制柜16；所述操作台11安装覆盖在控制柜16的上表面，所述触摸屏一体机支架12的两条支腿左右放置并通过螺栓固连于操作台11的上表面后端；第一线性模组安装板13为矩形板，矩形板的较长侧面直立安装于操作台11的上表面并用螺栓固定；所述检测台支架14位于第一线性模组安装板13右侧，检测台支架14下端面与操作台11的上表面相连，检测台支架14上端面与检测台15下表面相连，所述检测台15的侧面与操作台11的侧面平行；
[0018] 所述触摸屏一体机2具有USB通讯口，触摸屏一体机2通过螺栓安装于触摸屏一体机支架12的横梁上，触摸屏一体机2的屏幕朝向整个装置的正前方；[0019] 所述运动控制模块3包括第一线性模组31、第二线性模组32、光轴33、光轴支座34、支撑滑台35、模组支架36、多轴运动控制卡37、第一线性模组伺服电机驱动器38和第二线性模组伺服电机驱动器39；所述光轴支座34为前后两个，固定在操作台11的右侧，光轴33两端分别恰好固定在两个光轴支座34上，光轴33上设有支撑滑台35，可在光轴33上滑动；所述第一线性模组31的背面通过螺栓安装于线性模组安装板13上，且第一线性模组31的滑台平面垂直于操作台11的上表面；所述模组支架36的一支腿与第一线性模组31的滑台相连，另一支腿与支撑滑台35相连，模组支架36的横梁上安装第二线性模组32；支撑滑台35与光轴33、光轴支座34配合使用，支撑并带动模组支架36移动，所述第一线性模组31和第二线性模组32搭建成一套二维滑台，二维滑台的运动通过用户在触摸屏一体机2的屏幕上的触摸手势控制；多轴运动控制卡37、第一线性模组伺服电机驱动器38和第二线性模组伺服电机驱动器39均安装于控制柜16内；所述多轴运动控制卡37为USB运动控制卡，通过USB线缆与触摸屏一体机2进行通讯；同时多轴运动控制卡37分别通过驱动器专用线缆与第一线性模组伺服电机驱动器38和第二线性模组伺服电机驱动器39相连；
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所述图像采集模块4包括高速摄像机41、电动变倍镜头42、光源43、镜头安装架44和镜头电机驱动器45；所述镜头安装架44与第二线性模组32的滑台相连，镜头安装架44上端设有安装孔，通过该安装孔把所述电动变倍镜头42安装于镜头安装架44上，电动变倍镜头42的镜头方向朝向检测台15的上平面；所述高速摄像机41位于电动变倍镜头42的上端，镜头电机驱动器45安装于控制柜16内，高速摄像机41和镜头电机驱动器45均通过USB线缆与触摸屏一体机2相连。
[0021] 本实用新型的进一步特征在于所述触摸屏一体机2采用多点式触摸屏一体机。[0022] 本实用新型的进一步特征在于所述触摸屏一体机支架12和模组支架36均为龙门式支架。
[0023] 本实用新型的进一步特征在于所述运动控制模块3中还包括第三线性模组和/或第四线性模组。
[0024] 本实用新型中支架1对触摸屏一体机2、运动控制模块3和图像采集模块4的总体结构起支撑作用；触摸屏一体机2安装于整体装置的后上方，方便操作人员手势输入和观察检测图像的位置；运动控制模块3连接支架1与图像采集模块4，实现图像采集模块4在水平二维平面内的平移运动，运动控制模块3与图像采集模块4均位于触摸屏一体机2的前下方；外围控制电路安装于控制柜16内，通过各自专用线缆连接触摸屏一体机2、运动控制模块3和图像采集模块4，从而实现整套装置的通讯和控制。本实用新型中采用触摸屏控制图像采集模块移动，从而实现了在检测期间，不移动载物台上的被检测物，就可以对其进行大范围的检测，加大了被检测物的适用范围。
[0025] 本实用新型所述运动控制模块3中还可以扩展多个模组，例如添加第三线性模组和/或第四线性模组，添加更多的线性模组可以用于实现图像采集模块4的旋转运动或检测台15的旋转等，从而实现当操作者做出旋转手势时触摸屏一体机2显示的检测图像的旋转，进一步扩大检测物的检测范围，提高检测精度等。在现有图1所示结构的基础上，检测图像的旋转也可以通过调整编写软件的方式实现，本说明书中不再详细描述。[0026] 本实用新型所述外围控制电路包括零位开关控制电路、限位开关控制电路、伺服驱动器与多轴运动控制卡端子板之间的适配电路。这些电路通过线缆连接，均适用于现有技术。
[0027] 本实用新型的工作原理及过程(参见图2)是：操作人员操作以Labview软件为软件开发平台的控制软件打开高速摄像机41和光源43，高速摄像机41采集到的图像通过USB线缆传送到触摸屏一体机2，并显示在屏幕上；当操作人员在触摸屏一体机2的屏幕上做出缩放手势时，控制软件识别缩放手势并处理后通过镜头电机驱动器USB线缆向镜头电机驱动器45发送对应缩放指令，镜头电机驱动器45通过镜头专用线缆驱动电动变倍镜头42进行变焦，同时镜头电机驱动器45再通过该线缆返回电动变倍镜头42的当前状态；当操作人员在触摸屏一体机2的屏幕上做出平移手势时，控制软件识别平移手势并处理后分别通过控制卡USB线缆向多轴运动控制卡37发送平移指令，多轴运动控制卡37根据接收的平移指令分别通过模组专用线缆发送给第一线模组伺服电机驱动器38和第二线模组伺服电机驱动器39，从而驱动第一线性模组31和第二线性模组32运动，同时第一线性模组伺服电机驱动器38和第二线性模组伺服电机驱动器39分别通过各自的模组专用线缆将第一线性模组31和第二线性模组32运动状态返回给多轴运动控制卡37，再由多轴运动控制卡
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37通过控制卡USB线缆发送给控制软件。[0028] 本实用新型操作人员的检测过程为：
[0029] 1)操作人员检查检测装置处于正常状态，接通电源，打开触摸屏一体机2及相应的控制软件，本实用新型实施例中采用美国国家仪器公司的Labview软件作为软件开发平台，完成的相应软件模块开发；[0030] 2)第一线性模组31、第二线性模组32的运动控制、电动变倍镜头42的倍数控制、高速摄像机41的图像采集控制和光源43的开关控制等都集成在软件编写的用户界面中；首先对第一线性模组31、第二线性模组32和电动变倍镜头42进行初始化操作；然后把需要检测的产品放到检测台15上，打开高速摄像机41和光源43，对图像进行观察；[0031] 3)当需要移动相机位置时，用手指在触摸屏一体机2的屏幕上向右滑动，则第二线性模组32的滑台向图1中所示的X的负方向移动；当手指向左移动，则第二线性模组32的滑台向图1中所示的X正方向移动；当手指在多点式触摸屏一体机电脑21的屏幕上向下滑动，则第一线性模组31的滑台向图1中所示的Y的负方向移动；当手指向上移动，则第一线性模组32滑台向图1中所示的Y的正方向移动；当手指在屏幕上以不同的速度做曲线移动时，高速摄像机41、电动变倍镜头42和光源43也会实时的以与手势对应的速度和曲线进行在线快速跟随性运动；
[0032] 4)当需要调整放大倍数时，在触摸屏一体机2的屏幕上做出放大或缩小手势，则电动变倍镜头42就会做出相应的放大或缩小相应倍数的动作；[0033] 5)在图像显示方面，高速摄像机41采集到的图像信息实时显示在触摸屏一体机2的屏幕上，当手指在屏幕上做出移动手势时，就会产生图像跟随手指移动的效果；当做出放大缩小手势时，图像也会随着手势做放大或缩小的改变，给操作者带来像是在使用电容式触摸屏手机、平板电脑、触摸屏电脑的图片浏览器功能。
[0034] 本实用新型设计的基于触摸屏的运动控制及视觉检测装置可以采用触摸屏控制图像采集模块移动，从而实现了在检测期间，不移动载物台上的被检测物，就可以对其进行大范围的检测，加大了被检测物的适用范围。同时，本实用新型可以实现视觉跟踪定位、基于机器视觉的精密测量、视觉识别与分拣等当前机器视觉技术和典型应用的展示。本实用新型检测装置由于具有开放性，用户也可以针对特定需求在实验平台上进行研发与实验验证。
[0035] 需要补充说明的是，本实用新型所述的“前、后；左、右”等方位词是为了描述清楚，只具有相对意义。一般情况下，控制柜16的开门方向为前，并作为其他方位词的基准。[0036] 本实用新型未述及之处适用于现有技术。
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