專利名稱：基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，屬于基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為全球電聲器件生產(chǎn)加工中心和出口大國(guó)，我國(guó)已經(jīng)成為能自行研制和掌握電聲器件部件到成品的全部生產(chǎn)技術(shù)，形成了電聲器件生產(chǎn)工業(yè)體系和完善的產(chǎn)業(yè)鏈。近年電聲器件需求不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，其性能也不斷優(yōu)化，新型電聲器件(NXT、數(shù)字式、硅集成等)產(chǎn)品層出不窮。微型化、薄型化、高保真化、片式化、低功耗、高功率、多功能、組件化成為電聲器件新的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)產(chǎn)品的安全性、綠色化也是影響其發(fā)展前途和市場(chǎng)的重要因素。特別是小型揚(yáng)聲器在消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信、計(jì)算機(jī)、汽車電子等的需求量大增，還有各種小型的音響設(shè)備，如隨身聽、智能手機(jī)、平板電腦等產(chǎn)品設(shè)備的需求不斷增加，市場(chǎng)廣闊，需求量大。因此，其產(chǎn)品的生產(chǎn)加工及其檢測(cè)就成為了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的一大因素。揚(yáng)聲器作為電聲整機(jī)設(shè)備的核心部件，其工作頻率、低頻共振點(diǎn)、失真等性能指標(biāo)是決定整機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵，并且一旦形成，無法通過其他元件進(jìn)行調(diào)整。但揚(yáng)聲器的生產(chǎn)和裝配，仍然主要以手工、半自動(dòng)化操作為主。目前國(guó)內(nèi)尚無成熟的音膜音質(zhì)視覺檢測(cè)系統(tǒng)，仍使用人工視覺與機(jī)械光學(xué)儀器相結(jié)合的方法，尤其是尚未有生產(chǎn)線上在線檢測(cè)的設(shè)備。各個(gè)揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家基本采用影像測(cè)試儀來提取音膜的振膜和音圈的內(nèi)外圓邊緣，進(jìn)行同心度的間接測(cè)量。這種在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行的單個(gè)測(cè)試的檢測(cè)方法，無法滿足對(duì)生產(chǎn)線上每片音膜進(jìn)行逐一檢測(cè)的要求。所以，揚(yáng)聲器生產(chǎn)廠家現(xiàn)行的檢測(cè)辦法是分批次抽樣檢測(cè)，或者只對(duì)模具進(jìn)行檢測(cè)。這種檢測(cè)方式成本高、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。人工勞動(dòng)的方式嚴(yán)重影響了音膜檢測(cè)的工作效率，不但浪費(fèi)了勞動(dòng)力資源，增加了檢測(cè)成本，而且不能從根本上保證音膜的檢測(cè)質(zhì)量。機(jī)器視覺是一門多學(xué)科交叉在一起的綜合技術(shù)，其中包括數(shù)字圖像處理技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)工程、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)等。作為現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，檢測(cè)技術(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在現(xiàn)代流水線生產(chǎn)過程中，每個(gè)產(chǎn)品都要經(jīng)過各種各樣內(nèi)容不同的檢測(cè)，只有合格的產(chǎn)品才能投放到市場(chǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種實(shí)現(xiàn)音膜同心度的自動(dòng)化在線檢測(cè)， 可顯著提高生產(chǎn)效率和提高產(chǎn)品質(zhì)量的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明具有非接觸性、實(shí)時(shí)性、高效率等諸多優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種方便實(shí)用的的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)， 包括有光學(xué)成像子系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、音膜剔除子系統(tǒng)、圖像采集卡、運(yùn)動(dòng)控制卡，其中光學(xué)成像子系統(tǒng)的信號(hào)通過接口送到圖像采集卡，圖像采集卡采集到一幀音膜灰度圖像數(shù)據(jù)送出到數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)進(jìn)行處理和判斷，數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)輸入端連接，運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)端口分別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、音膜剔除子系統(tǒng)連接，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)與音膜剔除子系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制卡集中控制。上述光學(xué)成像子系統(tǒng)包括有高分辨率CXD攝像機(jī)、鏡頭、LED光源，其中LED光源照射在音膜上，鏡頭裝設(shè)在CCD攝像機(jī)上，CCD攝像機(jī)裝設(shè)在能拍攝到音膜邊緣與振膜特征的位置上。上述C⑶攝像機(jī)采用具有中高分辨率的百萬像素級(jí)帶IEEE1394b接口的高速相機(jī)，LED光源采用藍(lán)色LED光源，并采用白色作為背景。上述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)包括有步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、傳感器，其中傳感器的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)輸入端連接，運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)輸出端分別與驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)前后上下位置移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)連接及與驅(qū)動(dòng)傳輸帶轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)連接。上述音膜剔除子系統(tǒng)為噴氣剔除裝置，包括有壓縮機(jī)、電磁閥，壓縮機(jī)的出口通過管道與能吹除流水線上不合格產(chǎn)品的噴嘴連接，電磁閥裝設(shè)在壓縮機(jī)與噴嘴連接的管道上，運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)輸出端與控制管道能否通氣的電磁閥連接。上述音膜剔除子系統(tǒng)中的壓縮機(jī)的出口壓力為0.6MPa，電磁閥的開啟時(shí)間為 200ms ο上述壓縮機(jī)與電磁閥連接的管道上還裝設(shè)有空氣過濾器。本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括如下步驟1)配置好光學(xué)成像子系統(tǒng)中CCD攝像機(jī)的參數(shù)，并把CCD攝像機(jī)復(fù)位到固定點(diǎn)，當(dāng)傳感器檢測(cè)到音膜到位便進(jìn)行圖像采集；2)數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，分別提取出音膜的內(nèi)外圓邊緣并進(jìn)行內(nèi)外圓的擬合，得到內(nèi)外圓的半徑和圓心坐標(biāo)，根據(jù)得到的參數(shù)計(jì)算出音膜同心度；3)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)控制傳輸帶的啟停；4)音膜剔除子系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)運(yùn)算得到的同心度進(jìn)行判斷，啟動(dòng)噴嘴剔除不合格產(chǎn)品。上述光學(xué)成像子系統(tǒng)圖像采集的步聚如下第1步對(duì)CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，使音膜與CCD攝像機(jī)的光軸垂直；第2步對(duì)CCD攝像機(jī)的圖像格式、分辨率、幀頻參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如等，初始化CCD 攝像機(jī)，并把CCD攝像機(jī)復(fù)位到固定點(diǎn)；第3步用CCD攝像機(jī)采集音膜圖像。上述數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)的音膜內(nèi)外圓提取與同心度的計(jì)算方法是針對(duì)音膜內(nèi)外圓的特點(diǎn)，采用分步提取內(nèi)外圓參數(shù)，最后計(jì)算出音膜同心度參數(shù)的方法，具體步驟如下1)外圓的提取第1步對(duì)音膜灰度圖進(jìn)行閾值分割，得到二值化圖像；第2步對(duì)音膜二值圖像進(jìn)行中值濾波，并進(jìn)行輪廓跟蹤，得到音膜的外圓輪廓；第3步采用改進(jìn)的隨機(jī)Hough變換對(duì)輪廓跟蹤后的圖像進(jìn)行外圓檢測(cè)，得到音膜的外圓輪廓；第4步采用最小二乘法算法對(duì)Hough變換檢測(cè)出的外圓邊緣數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到精確的外圓的圓心坐標(biāo)與半徑；2)內(nèi)圓的提取第1步確定內(nèi)圓局部區(qū)域設(shè)音膜外圓半徑和內(nèi)圓半徑的理論值分別為Rtl，r0, 外圓的實(shí)際半徑為隊(duì)，圓心為(A1, B1),同心度參數(shù)為ΔΓ ；首先根據(jù)Rci和Γ(ι求出音膜內(nèi)圓與外圓半徑比率t = I^Rci，然后由外圓的實(shí)際半徑隊(duì)和t估算出內(nèi)圓的估算半徑為r'= Ri*t，由此來確定內(nèi)圓的范圍，必定在以(A1, B1)為圓心，外徑為r' +ΔΓ，內(nèi)徑為r' -Ar 的圓環(huán)上；切割以(A^B1)為中心，半徑為r' +Ar+δ的圓和以(A^B1)為中心，半徑為 r' -ΔΓ-δ的圓之間的區(qū)域作為內(nèi)圓局部區(qū)域；第2步采用Carmy算子對(duì)確定的內(nèi)圓局部區(qū)域進(jìn)行邊緣檢測(cè)；第3步在半徑約束的條件下，采用改進(jìn)的隨機(jī)Hough變換進(jìn)行內(nèi)圓檢測(cè)，得到的音膜內(nèi)圓輪廓；第4步采用最小二乘法算法對(duì)Hough變換檢測(cè)出的內(nèi)圓邊緣數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到精確的內(nèi)圓的圓心坐標(biāo)與半徑；3)音膜同心度的計(jì)算音膜同心度的計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)，包括有光學(xué)成像子系統(tǒng)(1)、 數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)(2)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)(3)、音膜剔除子系統(tǒng)、圖像采集卡(5)、運(yùn)動(dòng)控制卡(6)，其中光學(xué)成像子系統(tǒng)(1)的信號(hào)通過接口送到圖像采集卡( ，圖像采集卡(5) 采集到一幀音膜灰度圖像數(shù)據(jù)送出到數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)( 進(jìn)行處理和判斷，數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)O)的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡(6)的信號(hào)輸入端連接，運(yùn)動(dòng)控制卡(6)的信號(hào)端口分別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)(3)、音膜剔除子系統(tǒng)(4)連接，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)(3)及音膜剔除子系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制卡(6)集中控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于上述光學(xué)成像子系統(tǒng)(1)包括有高分辨率C⑶攝像機(jī)(11)、鏡頭(12)、LED光源(13)，其中 LED光源(1 照射在音膜上，鏡頭(1 裝設(shè)在CCD攝像機(jī)(11)上，CCD攝像機(jī)(11)裝設(shè)在能拍攝到置于傳輸帶中的音膜邊緣與振膜特征的位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于上述CCD攝像機(jī)(11)采用具有中高分辨率的百萬像素級(jí)帶IEEE1394b接口的高速相機(jī)， LED光源(13)采用藍(lán)色LED光源，并采用白色作為背景。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于上述運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)C3)包括有步進(jìn)電機(jī)(31)、伺服電機(jī)(32)、傳感器(33)，其中傳感器 (33)的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡(6)的信號(hào)輸入端連接，運(yùn)動(dòng)控制卡(6)的信號(hào)輸出端分別與驅(qū)動(dòng)CCD攝像機(jī)(11)實(shí)現(xiàn)前后上下位置移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)(31)連接及與驅(qū)動(dòng)傳輸帶轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)(32)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)， 其特征在于上述音膜剔除子系統(tǒng)(4)為噴氣剔除裝置，包括有壓縮機(jī)(41)、電磁閥(43)，壓縮機(jī)Gl)的出口通過管道與能吹除流水線上不合格產(chǎn)品的噴嘴連接，電磁閥G3)裝設(shè)在壓縮機(jī)Gl)與噴嘴連接的管道上，運(yùn)動(dòng)控制卡(6)的信號(hào)輸出端與控制管道能否通氣的電磁閥(43)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于上述音膜剔除子系統(tǒng)⑷中的壓縮機(jī)Gl)的出口壓力為0.6MPa，電磁閥03)的開啟時(shí)間為 200ms。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于上述壓縮機(jī)Gl)與電磁閥連接的管道上還裝設(shè)有空氣過濾器02)。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟1)配置好光學(xué)成像子系統(tǒng)(1)中CCD攝像機(jī)(11)的參數(shù)，并把CCD攝像機(jī)(11)復(fù)位到固定點(diǎn)，當(dāng)傳感器(3 檢測(cè)到音膜到位便進(jìn)行圖像采集；2)數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)( 對(duì)采集的圖像進(jìn)行處理，分別提取出音膜的內(nèi)外圓邊緣并進(jìn)行內(nèi)外圓的擬合，得到內(nèi)外圓的半徑和圓心坐標(biāo)，根據(jù)得到的參數(shù)計(jì)算出音膜同心度；3)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)C3)控制傳輸帶的啟停；4)音膜剔除子系統(tǒng)(4)根據(jù)數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)(2)運(yùn)算得到的同心度進(jìn)行判斷，啟動(dòng)噴嘴剔除不合格產(chǎn)品。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于上述光學(xué)成像子系統(tǒng)(1)圖像采集的步聚如下第1步對(duì)CCD攝像機(jī)(11)進(jìn)行標(biāo)定，使音膜與CCD攝像機(jī)(11)的光軸垂直； 第2步對(duì)CCD攝像機(jī)(11)的圖像格式、分辨率、幀頻參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如等，初始化CCD 攝像機(jī)(11)，并把CCD攝像機(jī)(11)復(fù)位到固定點(diǎn)； 第3步用CCD攝像機(jī)(11)采集音膜圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于上述數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)O)的音膜內(nèi)外圓提取與同心度的計(jì)算方法是針對(duì)音膜內(nèi)外圓的特點(diǎn)，采用分步提取內(nèi)外圓參數(shù)，最后計(jì)算出音膜同心度參數(shù)的方法，具體步驟如下1)外圓的提取第1步對(duì)音膜灰度圖進(jìn)行閾值分割，得到二值化圖像； 第2步對(duì)音膜二值圖像進(jìn)行中值濾波，并進(jìn)行輪廓跟蹤，得到音膜的外圓輪廓； 第3步采用改進(jìn)的隨機(jī)Hough變換對(duì)輪廓跟蹤后的圖像進(jìn)行外圓檢測(cè)，得到音膜的外圓輪廓；第4步采用最小二乘法算法對(duì)Hough變換檢測(cè)出的外圓邊緣數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到精確的外圓的圓心坐標(biāo)與半徑；2)內(nèi)圓的提取第1步確定內(nèi)圓局部區(qū)域設(shè)音膜外圓半徑和內(nèi)圓半徑的理論值分別為Rtl, Α，外圓的實(shí)際半徑為隊(duì)，圓心為(AnB1),同心度參數(shù)為ΔΓ;首先根據(jù)Rci和Γ(ι求出音膜內(nèi)圓與外圓半徑比率t = r0/R0,然后由外圓的實(shí)際半徑隊(duì)和t估算出內(nèi)圓的估算半徑為r' = R1^t,由此來確定內(nèi)圓的范圍，必定在以(A1A1)為圓心，外徑為r' +ΔΓ，內(nèi)徑為r' -Ar的圓環(huán)上； 切割以(AnB1)為中心，半徑為r' +ΔΓ+δ的圓和以(AnB1)為中心，半徑為r' -ΔΓ-δ 的圓之間的區(qū)域作為內(nèi)圓局部區(qū)域；第2步采用Carmy算子對(duì)確定的內(nèi)圓局部區(qū)域進(jìn)行邊緣檢測(cè)； 第3步在半徑約束的條件下，采用改進(jìn)的隨機(jī)Hough變換進(jìn)行內(nèi)圓檢測(cè)，得到的音膜內(nèi)圓輪廓；第4步采用最小二乘法算法對(duì)Hough變換檢測(cè)出的內(nèi)圓邊緣數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到精確的內(nèi)圓的圓心坐標(biāo)與半徑；3)音膜同心度的計(jì)算音膜同心度的計(jì)算公式為
全文摘要
本發(fā)明是一種基于機(jī)器視覺的微型音膜同心度在線檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。包括有光學(xué)成像子系統(tǒng)、數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、音膜剔除子系統(tǒng)、圖像采集卡、運(yùn)動(dòng)控制卡，其中光學(xué)成像子系統(tǒng)的信號(hào)通過接口送到圖像采集卡，圖像采集卡采集到一幀音膜灰度圖像數(shù)據(jù)送出到數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)進(jìn)行處理和判斷，數(shù)字圖像處理子系統(tǒng)的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)輸入端連接，運(yùn)動(dòng)控制卡的信號(hào)端口分別與運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、音膜剔除子系統(tǒng)連接，運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)與音膜剔除子系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制卡集中控制。本發(fā)明通過運(yùn)動(dòng)控制卡控制步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、傳感器、剔除裝置等實(shí)現(xiàn)音膜的精確定位與不合格音膜的剔除；從而實(shí)現(xiàn)音膜的高精度在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。
文檔編號(hào)B07C5/342GK102353349SQ20111029655
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉家曉, 林奇鴻, 王成群, 蔡浩聰, 謝云 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)