專利名稱：基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置，涉及一種利用機(jī)器視覺技術(shù)來檢測小型連接件的尺寸和形狀缺陷的裝置。
背景技術(shù)：
小型精沖連接件是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設(shè)備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進(jìn)行變形，從而獲得的一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件。隨著電子、鐘表、計算機(jī)等行業(yè)的迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于這些行業(yè)中的小型精沖連接件的消費也日趨劇增。精沖連接件外觀缺陷在線檢測傳統(tǒng)的方法是依靠專門培訓(xùn)的外觀質(zhì)檢工人在不同的工序處根據(jù)圖樣和技術(shù)文件的規(guī)范對生產(chǎn)線上的連接件通過手摸、目視、光照反射、光照投影、量具測量等方法檢測精密沖壓件的形狀、尺寸、位置精度等外觀技術(shù)指標(biāo)。由于質(zhì)檢工人的視覺疲勞、情緒波動等因素使得傳統(tǒng)方法必然存在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)客觀性較差，且該檢測方法速度慢，難以適應(yīng)目前每分鐘數(shù)百甚至上千的檢測速度，再加上該方法為接觸式測量，容易對被檢測對象造成不同程度的損傷。所以，在小型精沖連接件生產(chǎn)行業(yè)，急切需要一種外觀缺陷在線檢測裝置。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置，可用于對生產(chǎn)線上高速運動的小型精沖連接件外觀缺陷檢測進(jìn)行非接觸無損在線檢測。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是其基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置包括紅色LED背光源、工業(yè)相機(jī)、含有圖像采集卡的PC機(jī)、接近開關(guān)、PLC控制器和支架；所述紅色LED背光源固定安裝在所述支架上，所述工業(yè)相機(jī)安裝在所述支架上并能上下移動以使被檢測連接件處于工業(yè)相機(jī)的視野中，所述紅色LED背光源位于工業(yè)相機(jī)的鏡頭的正下方，所述支架設(shè)有檢測工作臺，所述檢測工作臺位于所述紅色 LED背光源和工業(yè)相機(jī)之間，所述檢測工作臺在工業(yè)相機(jī)的取景范圍處開有透光孔；所述 PLC控制器分別與所述紅色LED背光源、工業(yè)相機(jī)、PC機(jī)和接近開關(guān)連接，所述接近開關(guān)靠近所述檢測工作臺。進(jìn)一步地，本實用新型所述透光孔的面積大于所述工業(yè)相機(jī)在所述檢測工作臺的取景范圍。與現(xiàn)有傳統(tǒng)的用模具測量檢測技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是由于利用機(jī)器視覺技術(shù)對生產(chǎn)線上運動的小型精沖連接件的外觀缺陷進(jìn)行在線檢測，從而實現(xiàn)整個檢測過程的非接觸無損檢測。本實用新型不僅能夠適應(yīng)高速的生產(chǎn)速度，而且在提高檢測精度和抗擾能力的同時，也降低誤檢率。本實用新型是一種將廣泛應(yīng)用于無損檢測的機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到小型精沖連接件生產(chǎn)中的改造，解決了人工檢測難以適應(yīng)的高速度、高精度、 人為主觀因素和無漏檢誤檢等問題，提高了小型精沖連接件檢測的效率，降低了生產(chǎn)成本。
圖1為本實用新型檢測裝置的工作狀態(tài)示意圖；圖2為圖1中檢測工作臺的俯視圖；圖3為理想階躍模型三維圖；圖4為理想階躍模型平面圖；圖5為本實用新型9X9模板的示意圖；圖6本實用新型基于機(jī)器視覺的小型精沖連接件外觀缺陷在線檢測方法的流程示意圖；圖中，1.紅色LED背光源，2.工業(yè)相機(jī)，3. PC機(jī)，4.接近開關(guān)，5. PLC控制器，6.支架，7.圖像采集卡，8.顯示器，9.檢測工作臺，10.檢測工作臺的透光孔，11.工業(yè)相機(jī)的取景范圍，12.小型精沖連接件。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置主要包括紅色LED背光源1、工業(yè)相機(jī)2、含有圖像采集卡7的PC機(jī)3、接近開關(guān)4、PLC控制器 5和支架6。其中，紅色LED背光源1固定安裝在支架6上，工業(yè)相機(jī)2安裝在支架6上并能上下移動，以便用來來調(diào)節(jié)工業(yè)相機(jī)2與被檢測的小型精沖連接件12的距離以使被檢測的小型精沖連接件12在工業(yè)相機(jī)2的視野中處于合適的位置，所述合適位置是指被檢測的小型精沖連接件12約占工業(yè)相機(jī)2的視野的3/壙4/5。紅色LED背光源1位于工業(yè)相機(jī)2 的鏡頭的正下方。支架6設(shè)有檢測工作臺9，檢測工作臺9位于紅色LED背光源1和工業(yè)相機(jī)2之間。檢測工作臺9在工業(yè)相機(jī)2的取景范圍11內(nèi)的部分開有透光孔10。透光孔10 的面積以略大于工業(yè)相機(jī)2在檢測工作臺9的取景范圍11為宜。PLC控制器5分別與紅色 LED背光源1、工業(yè)相機(jī)2、PC機(jī)3和接近開關(guān)4連接，且接近開關(guān)4靠近檢測工作臺9。接近開關(guān)4和PLC控制器5用于對生產(chǎn)線上的小型精沖連接件12進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)位滿后，PLC控制器5發(fā)出信號觸發(fā)工業(yè)相機(jī)2拍照并控制紅色LED背光源1點亮。不僅實現(xiàn)工業(yè)相機(jī)2拍照適應(yīng)生產(chǎn)線上連接件的速度，而且使得在小型精沖連接件12停止運動時，不會拍照浪費資源。最重要的是這樣基本可以保證每幀圖像中連接件的位置基本不變， 給后續(xù)的圖像預(yù)處理、處理和分析降低了難度。工業(yè)相機(jī)2將采集到的小型精沖連接件12 的實時圖像經(jīng)圖像采集卡傳入PC機(jī)，而后PC機(jī)3對圖像進(jìn)行處理。具體地說，本實用新型對小型連接件外觀缺陷進(jìn)行在線檢測的方法包括如下步驟(1)工業(yè)相機(jī)2采集在檢測工作臺9上運動的待測小型連接件12的原始圖像；(2) PC機(jī)3對工業(yè)相機(jī)2所采集的所述原始圖像依次進(jìn)行圖像濾波(優(yōu)選中值濾波)、圖像增強、Carmy邊緣檢測，得到預(yù)處理后的圖像。其中，進(jìn)行圖像濾波可濾除隨機(jī)噪聲并抑制運動導(dǎo)致的拖尾；后在濾波后的圖像上選取感興趣區(qū)域，再對選取的感興趣區(qū)域進(jìn)行圖像增強以增加圖像的對比度，從而提高Carmy邊緣檢測的效果。若在圖像增強后先進(jìn)行形態(tài)學(xué)開處理，可以進(jìn)一步去除圖像的毛刺，使圖像的邊緣平滑。對圖像增強(或形態(tài)學(xué)開處理)后的圖像進(jìn)行canny邊緣檢測，找出小型精沖連接件特征的粗略位置，由此得到預(yù)處理后的圖像。(3)對所述預(yù)處理后的圖像按以下步驟進(jìn)行改進(jìn)的基于Zernike矩的Ghosal亞像素定位。改進(jìn)的ZOM亞像素邊緣檢測算子是對Gohsal算法進(jìn)行的改進(jìn)，它是基于對原有 Gohsal算法無法適應(yīng)模板尺寸改變的不足而作的改進(jìn)。具體步驟如下 DGohsal亞像素算法是利用公式(1)計算所述預(yù)處理后的圖像的三個階數(shù)的 Zernike矩，所述三個階數(shù)的Zernike矩分別為Z00、Z11、Z20，
11 ^yJf(r.,y)dxdy
(3)式(3)中，i、J表示Zernike矩中關(guān)于x，y的階數(shù)，x、y是函數(shù)/(U)的變量。在Ghosal算法中僅選用ZmiZ11Jm三個Zernike矩，在計算Zw^11Jm時分別
要選用三個核函數(shù)Fw =I Vll = x+jy和V20 = 2;
⑷， Z^0=ZmtZll:
iIl0^ ^20 = ^20
。根據(jù)ZOM的旋轉(zhuǎn)不變性可得式
(4)式(4)中，ZmJ11^20分別是由2 ,知名20旋轉(zhuǎn)爐角度后得到。參看圖3和圖4可知，根據(jù)Zernike矩的旋轉(zhuǎn)不變性可以得到式(5)
& ImZ11 / φ- arctanZΖ.
Z1
k
kn
20/ /43Z.
11
(5)
2(1-/2);
h:
oo
2
+ks'm'1 i+ki-Jl-i2
π 式(5)中，ImZ11和ReZ11分別為Z11的虛部和實部。聯(lián)立方程組(5)就可以求得如式(6)的亞像素邊緣位置，
7、
I_I
？
！-T
X V. ___
Il
_-_
cos φ sin φ
(6)式(6)中，χ、y是函數(shù)/(U)變量在直角坐標(biāo)系上某一點的坐標(biāo)，/是直角坐標(biāo)系中的點與坐標(biāo)原點之間的歐氏距離，P為直角坐標(biāo)系中的該點的旋轉(zhuǎn)角度。選取兩個閾值階躍強度^和距離閾值J當(dāng)且僅當(dāng)表示邊緣強度的一U^T和
\<δ
·
時，被檢測的像素點才是邊緣點, 由于Ghosal算法在Zernike矩推理過程中受理想階躍邊緣和單位圓假設(shè)的限制， 使得該算法存在不能適應(yīng)模板尺寸的變化和檢測邊緣較粗的缺陷，如果選取的模板變?yōu)?Fx Af ,則/放大Ν/2倍，由此將式(6 )改寫為式(7 )，[0033]
權(quán)利要求1.一種基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置，其特征是包括紅色LED 背光源、工業(yè)相機(jī)、含有圖像采集卡的PC機(jī)、接近開關(guān)、PLC控制器和支架；所述紅色LED背光源固定安裝在所述支架上，所述工業(yè)相機(jī)安裝在所述支架上并能上下移動以使被檢測連接件處于工業(yè)相機(jī)的視野中，所述紅色LED背光源位于工業(yè)相機(jī)的鏡頭的正下方，所述支架設(shè)有檢測工作臺，所述檢測工作臺位于所述紅色LED背光源和工業(yè)相機(jī)之間，所述檢測工作臺在工業(yè)相機(jī)的取景范圍處開有透光孔；所述PLC控制器分別與所述紅色LED背光源、 工業(yè)相機(jī)、PC機(jī)和接近開關(guān)連接，所述接近開關(guān)靠近所述檢測工作臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置，其特征是所述透光孔的面積大于所述工業(yè)相機(jī)在所述檢測工作臺的取景范圍。
專利摘要本實用新型公開一種基于機(jī)器視覺的小型連接件外觀缺陷在線檢測裝置與方法。其檢測裝置包括紅色LED背光源、工業(yè)相機(jī)、含有圖像采集卡的PC機(jī)、接近開關(guān)、PLC控制器和支架；紅色LED背光源固定安裝在所述支架上，工業(yè)相機(jī)安裝在支架上并能上下移動以使被檢測連接件處于工業(yè)相機(jī)的視野中，紅色LED背光源位于工業(yè)相機(jī)的鏡頭的正下方，支架設(shè)有檢測工作臺，檢測工作臺位于紅色LED背光源和工業(yè)相機(jī)之間，檢測工作臺在工業(yè)相機(jī)的取景范圍處開有透光孔；PLC控制器分別與所述紅色LED背光源、工業(yè)相機(jī)、PC機(jī)和接近開關(guān)連接，接近開關(guān)靠近所述檢測工作臺。本實用新型能夠?qū)π⌒途珱_連接件外觀缺陷實現(xiàn)高速、高精度、無誤的在線檢測。
文檔編號G01N21/89GK202033298SQ20112006662
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者付民, 孔紅紅, 孫堅, 徐紅偉, 鐘紹俊, 陳樂 申請人:中國計量學(xué)院