專利名稱：流水式機器視覺檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及采用運動控制技術精確定位、光學成像及圖像分析技術來對產品的外觀和外形進行品質檢測技術，特別是一種流水式機器視覺檢測儀。
背景技術：
目前，公知的批量產品的外觀和外形的品質檢測都是通過人眼來檢測，由于人眼的判斷不易量化和執(zhí)行、人眼容易疲勞、人容易有情緒化、有些高溫或有毒環(huán)境中不能長時工作等因素，致使現(xiàn)在對產品外觀和外形的品質檢測普遍誤判和錯判率都很高。有些地方曾嘗試用照像機來獲取圖像來取代人眼檢測，但都是通過手工將單個產品直接放在工作臺上進行照相檢測，檢測完再拿走，再放一個新的，如此重復進行，自動化程度低、檢測效率低，檢測人員的工作強度大，而且檢測精度差，無法適應現(xiàn)代高速自動化生產線的需要。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種流水式機器視覺檢測儀，它能夠自動、快速地將待測產品逐個精確地輸送到成像工作臺，獲取產品的圖像，并進行分析比對，從而判別待測產品的外觀或外形質量的品質，達到快速檢測和提高準確率的目的。
本實用新型流水式機器視覺檢測儀包括安裝于機架上的成像工作臺，還包括產品輸送機構，該機構安裝于所述機架上，它包括輸送帶、步進電機或伺服電機、以及電機驅動器，電機驅動器驅動步進電機或伺服電機運轉，帶動輸送帶間歇移動，將輸送帶上的待測產品逐個精確地送至成像工作臺；光學成像器，它安裝于成像工作臺上方，用于獲取成像工作臺上的待測產品的圖像；光源，它安裝于成像工作臺前上方，當光學成像器獲取待測產品的圖像時，光源從待測產品前面照射該待測產品；計算機，它與光學成像器連接，采集光學成像器獲得的圖像，并進行待測產品圖像與樣品圖像的分析比對，從而判別待測產品的品質；計算機還與產品輸送機構的電機驅動器連接，控制傳送帶與光學成像器諧調動作。
本流水式機器視覺檢測儀將運動控制技術、光學成像及圖像分析技術相結合來對產品的外觀和外形進行品質檢測，能自動對輸送帶上的待測產品逐個進行檢測，檢測效率高，準確。操作人員只需將待測產品放在輸送帶上，本檢測儀即可自動完成待測產品的輸送、拍照、分析判斷等過程，直到輸出檢測結果，然后自動進入下一待測產品的檢測，傳送帶進給與光學成像器拍照諧調動作，不需人工干預，有效解決了傳統(tǒng)采用人眼檢測和手工取放產品進行光學拍照檢測等方法檢測效率低、誤判率高的缺陷。
它通過導入運動控制技術精確定位，有效地解決了待測產品的輸送和定位問題，能夠保證在拍照的瞬間待測產品是不移動的，且剛好停在相機的正下方，而且是最初拍樣時的位置，不相差1mm。
它先通過快速正規(guī)化相關匹配算法，快速定位關鍵元素在圖像中的位置，然后比較圖像中設定的關鍵元素，來判別待測產品是良品還是還不良品，而非整個產品的圖像，允許待測產品在一定范圍內旋轉和移動。


圖1為本實施例流水式機器視覺檢測儀的主視圖；圖2為其側視圖；圖3為其俯視圖；圖4為本實施例流水式機器視覺檢測儀的原理框圖。
具體實施方式
本實用新型流水式機器視覺檢測儀是利用機器視覺圖像分析和運動控制定位的原理對產品的外觀或外形質量進行檢測的設備。檢測儀的技術方案包含四大塊同步帶式循環(huán)傳動機構、精確定位電機控制、光學成像系統(tǒng)和圖像分析系統(tǒng)。即通過對待檢測產品的首次成像取樣后，對工件判別的重要元素在計算機圖像分析系統(tǒng)中進行設置。在實際生產線檢測過程中，通過精確定位電機對循環(huán)輸送帶間諧式精確定位，保證每次工件基本和取樣在同一位置成像，圖像分析系統(tǒng)對新圖樣和取樣的關鍵元素進行對比，從而檢測工件的外觀或外形的品質。
以下結合附圖進一步說明如圖1-4所示，本實施例流水式機器視覺檢測儀包括機架10，機架10上設置成像工作臺，還包括產品輸送機構，采用同步帶式循環(huán)傳動機構，安裝于機架10上，該機構包括輸送帶7、步進電機或伺服電機3以及電機驅動器，電機驅動器驅動步進電機或伺服電機3運轉，帶動輸送帶7間歇移動，將輸送帶7上的待測產品逐個精確地送至成像工作臺；光學成像器4，采用光學相機，安裝于成像工作臺上方，用于獲取成像工作臺上的待測產品的圖像；光源5，它由多個高亮度的發(fā)光二極管組成，安裝于成像工作臺前上方，當光學成像器4獲取待測產品的圖像時，光源5從待測產品前面照射該待測產品，使成像器4獲得清晰的產品圖像；計算機1，它與光學成像器4連接，采集光學成像器4獲得的圖像，并進行待測產品圖像與樣品圖像的分析比對，從而判別待測產品的品質；計算機1還與產品輸送機構的電機驅動器連接，控制傳送帶7與光學成像器4諧調動作。
計算機1內安裝的軟件系統(tǒng)包括硬件通訊模塊，內核模塊(即圖像分析模塊)，用戶界面模塊，硬件系統(tǒng)診斷模塊，檢測結果與中間數(shù)據(jù)存儲、分析、報表模塊。其中，硬件通訊模塊進行圖像數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)讀取以及命令發(fā)送。圖像分析模塊從樣品圖像中提取需要判別的關鍵元素，存儲在存儲器中，檢驗待測產品時，利用快速相關匹配算法、符號結構法狀識別算法、圖形重心矩識別算法將待測產品的圖像得關鍵元素與存儲器中樣品圖像的關鍵元素進行對比，從而判別待測產品的品質。
圖中，9為計算機顯示器，10為機架，11為輸送帶7上用于放置待測產品的位置。光學成像器4和光源5安裝在箱體8中。
為了提高效率，首先解決工件移動問題，眾所周知，電腦分析速度可以通過提高電腦配置和改善算法來提高，可是如果工人放置工件時間很長，遠遠大于電腦分析的時間，則整臺設備的效率極低。同時在移動中拍照，極易影響圖片效果，于是要求在拍照的瞬間工件是不移動的，工件剛好停在相機的正下方，而且是最初拍樣時的位置，不相差1mm，這就要求有精確的定位控制。本實用新型通過將運動控制技術的導入有效地解決了工件移動的問題。運動控制是指通過對步進或伺電機的精確定位控制，來達到準確的運動目的，該技術目前已較成熟。流水式輸送帶是指通過普通傳動馬達帶動輸送帶往復轉動達到不斷輸送工件的目標，目前公知的輸送帶都只能達到調速的作用，都不可以做到任意位置停止即精確定位。本實用新型是將上述知識和技術組合形成全新的方案，將用于精確定位的步進和伺服馬達用在流水輸送帶上，構成連續(xù)的精確定位，達到既能持續(xù)運轉又能精確定位，保證每幅圖片位置在+/-1mm以內的偏差，同時每分鐘達到70個工件的檢測速度。
由于放置工件的時候總會有些不一致性，使得待測工件與樣件比較在一定范圍內會有些位置偏移，工件旋轉等。既使同一個工件(合格品)的圖片也會有些出入。過去的圖像分析系統(tǒng)將兩幅不同的圖片，進行點對點的比較，查找出兩者的差異性，然后根據(jù)差異閾值進而判斷兩圖的相關性。該種技術的應用目前正在嘗試中，都不能做到旋轉對比，局部相關系統(tǒng)智能比對等。為了解決此問題，本流水式機器視覺檢測儀中采用了快速計算工件在輸送帶上的x-y-θ偏移的計算方法，具體描述如下在圖像的上半部分指定一個元素作為一個特征A，在圖像的下半部分指定一個元素作為一個特征B，指定特征A與特征B的搜尋范圍SA與SB，并且要求SA與SB不允許有重疊的區(qū)域。在檢測標準中保存特征A與特征B的位置與大小及圖像數(shù)據(jù)，搜尋范圍SA與SB的位置與大小。檢測時，在指定的搜尋范圍SA中搜尋特征A，在搜尋范圍SB中搜尋特征B，計算出特征A與特征B的中心點，以特征A與特征B中心點做一條直線AB，計算與標準樣本中直線AB的夾角，從而可以確定待檢測鍵盤與標準樣品的θ偏差，通過計算兩直線的中點在X、Y方向的偏差，可以確定待檢測鍵盤與標準樣品的X-Y偏差。由于本方法中的特征可以任意指定，所以具有靈活性，有普篇的適應性；每個特征的搜尋范圍可以設置在圖像的1/4范圍內容，故搜尋速度快；由于一個特征處于圖像上半部分，另一個特征處于圖像下半部分，而且是用通過兩個特征的中心點的直線的中點來計算X-Yθ偏差，所以定位準確。由于工件在傳送帶上θ偏差在-5度到5度的范圍內，所以選擇快速正歸化相關匹配算法進行特征A與特征B的搜尋。
使用上述流水式機器視覺檢測儀對產品的外觀和外形進行品質檢驗的方法包括以下步驟a、計算機通過光學成像器采集樣品圖像，從樣品圖像中提取需要判別的關鍵元素，存儲在存儲器中；b、將待測產品間隔排列在輸送帶上；c、控制模塊控制輸送帶間歇移動，將輸送帶上的待測產品逐個送至成像工作臺；d、光學成像器獲取成像工作臺上的待測產品的圖像，傳輸給計算機；e、計算機將待測產品的圖像與存儲器中樣品圖像的關鍵元素進行對比，從而判別待測產品的品質；f、對不合格產品做標記或返回前道工序，將合格產品輸送到下一工序。
步驟a中，從樣品圖像中提取需要判別的關鍵元素的方法為最大類間方差二值化、基于連通性原理的斑塊分割方法、符號結構法、圖形重心矩分析法。
本流水式機器視覺檢測儀將運動控制技術、光學成像及圖像分析技術相結合來對產品的外觀和外形質量進行檢測。操作人員只需將待測產品放在輸送帶上，計算機控制伺服電機和光學成像器諧調動作完成對待測產品的輸送和拍照，它能夠自動對輸送帶上間隔排列的待測產品逐個進行品質檢測，不需人工干預，有效解決了傳統(tǒng)采用人眼檢測和手工取放產品進行光學拍照檢測等方法檢測效率低、誤判率高的缺陷。
下面以對手機鍵盤的品質檢測為例具體說明其應用鍵盤品質問題可以分為兩大類第一類是鍵盤上的按鍵錯裝(一般由混料引起)、倒裝；第二類是鍵盤中按鍵上的表面瑕疵，如字符印刷不良、印刷位置偏、劃痕、氣泡、崩角等，其中字符印刷不良、印刷位置偏用人眼可以發(fā)現(xiàn)，劃痕、氣泡、崩角用人眼要非常仔細才能發(fā)現(xiàn)。按鍵錯裝主要有兩種情形同型號鍵盤中的不同按鍵錯裝，不同型號鍵盤之間的按鍵錯裝。同型號鍵盤中的不同按鍵錯裝一般比較明顯，按鍵上的特征一般都相差比較大，不同型號鍵盤之間的按鍵錯裝時，基本上是同一種型號鍵盤的不同版本之間混料引起，按鍵上的特征一般都相差很小，難以區(qū)分。
檢測要求 檢測準確性檢測準確性可以用兩個參數(shù)來描述，“錯判率”、“誤判率”。
“錯判”--將不良品判斷為良品；“誤判”--將良品判斷為不良品；所有與鍵盤生成加工及相關企業(yè)都要求鍵盤不能有第一類品質問題，即按鍵錯裝、倒裝。要求檢測儀應能準確無誤的檢測出所有含有第一類品質問題的鍵盤。一般要求“錯判率”為零；“誤判率”要小于千分之五。
對鍵盤品質要求較高的相關企業(yè)常要求鍵盤不能有第二類品質問題，即按鍵表面瑕疵。一般要求“錯判率”要小于百分之一；“誤判率”要小于百分之五。第二類品質問題的判斷臨界值都要求可調。
檢測速度對檢測速度的要求是基本每分鐘30-70個。
良品與不良品的分流不同的企業(yè)有不同要求，有的要求自動分流，有的要求手動分流。
對檢測儀的硬件性能要求一般都要求能24小時工作，檢測儀工作時無噪音，能耗低，平均故障率低于1次/100天，檢測儀工作環(huán)境為鍵盤生產或加工現(xiàn)場，任何情況下，不會傷害操作人員與周邊設備。
對檢測儀的控制軟件要求編寫檢測程式簡單，一般要求能在10分鐘內建立一款新鍵盤的檢測程式；對檢測程式的管理方便，例如在一臺機器上建立檢測程式，可以在多臺機器上使用；具備檢測結果分析與報表功能，能跟綜不良品；軟件穩(wěn)定，操作簡單，提供豐富的檢測儀調試功能。
檢測過程首先，抽取一個標準件作樣品，在相機下，打開光源，調整樣品的位置，使得圖像達到一個最清晰、最標準的效果。然后標識出關鍵元素，存檔；啟動輸送機構，將待測產品放置在輸送帶的標記位置，不需要特別準確，可以允許1mm以內偏差，輸送帶電機每運行設定的工件間距即尋找附近的標記；待測產品到位后，前光源系統(tǒng)被開啟，50ms后系統(tǒng)穩(wěn)定，相機開始拍照；拍照成像后，計算機中的圖像分析系統(tǒng)將新獲得的圖像進行整張旋轉和分割，按照取樣時的方法，提取相對關鍵元素，將該關鍵元素與從樣品中提取的關鍵元素進行對比，從而判斷是良品還是不良品。
權利要求1.一種流水式機器視覺檢測儀，包括安裝于機架上的成像工作臺，其特征在于還包括產品輸送機構，該機構安裝于所述機架上，它包括輸送帶、步進電機或伺服電機、以及電機驅動器，電機驅動器驅動步進電機或伺服電機運轉，帶動輸送帶間歇移動，將輸送帶上的待測產品逐個精確地送至成像工作臺；光學成像器，它安裝于成像工作臺上方，用于獲取成像工作臺上的待測產品的圖像；光源，它安裝于成像工作臺前上方，當光學成像器獲取待測產品的圖像時，光源從待測產品前面照射該待測產品；計算機，它與光學成像器連接，采集光學成像器獲得的圖像，并進行待測產品圖像與樣品圖像的分析比對，從而判別待測產品的品質；計算機還與產品輸送機構的電機驅動器連接，控制傳送帶與光學成像器諧調動作。
2.根據(jù)權利要求1所述的流水式機器視覺檢測儀，其特征在于所述光源由多個高亮度的發(fā)光二極管組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的流水式機器視覺檢測儀，其特征在于所述光學成像器為光學相機。
專利摘要一種流水式機器視覺檢測儀，包括安裝于機架上的成像工作臺，還包括用于將待測產品逐個輸送至成像工作臺的產品輸送機構、光學成像器、光源和計算機，計算機與光學成像器連接，采集光學成像器獲得的圖像，并進行待測產品圖像與樣品圖像的分析比對，從而判別待測產品的品質；計算機還與產品輸送機構的電機驅動器連接，控制傳送帶與光學成像器諧調動作。本流水式機器視覺檢測儀能自動對輸送帶上的待測產品逐個進行檢測，檢測效率高，準確。它先通過快速正規(guī)化相關匹配算法，快速定位關鍵元素在圖像中的位置，然后通過比較圖像中設定的關鍵元素，來判別待測產品是良品還是還不良品，而非整個產品的圖像，允許待測產品在一定范圍內旋轉和移動。
文檔編號G01B11/00GK2932377SQ20062001416
公開日2007年8月8日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權日2006年6月8日
發(fā)明者曾逸, 錢作忠, 李國軍 申請人:深圳市光泓數(shù)控設備有限公司