纽扣自动分选方法及装置与流程

本发明属于工业自动化领域，具体涉及一种纽扣自动分选方法及装置。

背景技术：

纽扣在生产过程中，由于工艺手段的原因会发生几何尺寸偏差、破损、划痕、裂纹、印花图案不完整等情况。目前，对纽扣的检验有人工检测方式和自动检测方式两种，人工检测方式存在的突出问题是：人工检测效率较低，人力成本高，同时由于人工疏忽，会出现误检和漏检的情况。

专利号为zl200910129286.2的中国发明专利《纽扣判别装置》中公开了一种采用自动检测方式的纽扣判别装置，该专利中的纽扣判别装置具有：纽扣上料装置、纽扣传动装置及纽扣判别装置。作为纽扣上料装置，为传动装置供给纽扣。作为纽扣传动装置，使用两个转台和回转臂。转台具有例如形成多个圆形的纽扣保持部和转动板，将从纽扣供给部回传输送直至回转臂。回转臂把持由转台输送的纽扣b，并将其从纽扣保持部一个一个地回转输送至钉扣缝纫机的缝纫机底座部。该专利的判别装置主要特征在于具有：照射单元，其供给与纽扣的正面相对方向平行而向纽扣的正面入射的正面倾斜光、以及向纽扣的侧方入射的侧光；面阵照相机，其通过接收正面投射光、正面斜射光以及侧面的反射光，拍摄纽扣；亮度调整单元，其根据纽扣的形状或图案，分别调整正面投射光、正面倾斜光和侧光的高度，由此使由照相机拍摄到的纽扣的对比度加强；以及判别单元，其将由面阵照相机拍摄到的纽扣的图像，与预先拍摄的纽扣的判别基准图像进行比较，判别纽扣的表面背面或缺损。

在上述判别装置中，如果纽扣的正面背面不具有明显的凹凸区分特性时，将不能很好的判断纽扣的正反面；同时，现有的专利仅能检测纽扣一面的质量缺损，并不能达到在一台仪器上同时检测一个纽扣两面质量缺损；该方法的传动装置的设计仅能解决圆形纽扣；对于异形纽扣，特别是未知形状的纽扣不能保证很好的传动；现有的设备的转动臂的设计导致检测速度不能达到很快，检测效率不够高；另外，该方法的检测依靠的是模板匹配，需要正品纽扣的模板，对于未知的纽扣不能很好的进行检测。

技术实现要素：

本发明提供了一种纽扣自动分选方法，目的是解决目前存在的不能同时检测两面缺陷、不能检测未知纽扣、不能检测异形纽扣和检测速度不够高的技术问题。本发明还同时提供了一种纽扣自动分选装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种纽扣自动分选方法，包括如下步骤：

(1)由上料单元将纽扣输送到传动单元；

(2)利用传动单元将纽扣传送到带有后置光源的智能检测单元所在位置，通过智能相机对纽扣的几何特征进行检测；通过测量的几何特征参数与预期参数进行比对，判断纽扣是否为次品；若为次品，通过分拣单元将次品分拣出去，正品进入后续工序；

(3)利用传动单元将纽扣传送到带有前置光源的智能检测单元所在位置，通过智能相机采集纽扣正面图像，提取纽扣正面特征，将提取的特征与预期特征进行比对，判断纽扣表面是否存在缺陷；若有缺陷，则通过分拣单元将次品分拣出去，正品进入u型转向滑道；

(4)纽扣由u型转向滑道流出，实现自动翻面；

(5)利用传动单元将纽扣传送到带有前置光源的智能检测单元所在位置，通过智能相机采集纽扣反面图像，提取纽扣反面特征，将提取的特征与预期特征进行比对，判断纽扣表面是否存在缺陷；若有缺陷，则通过分拣单元将次品分拣出去，正品进入正品槽，完成分拣。

本发明还提供了一种纽扣自动分选装置，包括：

上料单元，用于将纽扣运输到传动单元；

传动单元，用于传递纽扣至智能检测单元、翻面单元和分拣单元；

智能检测单元，用于通过多组智能相机对纽扣的几何特征、正面图像以及背面图像进行拍摄，与预期参数或特征进行比对，判断纽扣是否为次品；

翻面单元，用于实现纽扣的自动翻面；

分拣单元，用于将次品纽扣自动分拣出去。

进一步的，所述纽扣自动分选装置还包括一智能终端，所述智能终端是基于嵌入式处理器的信号处理平台，用于供用户配置工艺参数、检测项目和检测门限，以及观察检测结果。

进一步的，所述上料单元具有：供料盘，其能收纳多个纽扣；振动单元，能使供料盘振动；可调节的导轨约束单元，使得上料单元能适配不同直径和不同形状的纽扣；供给口。

进一步的，所述传动单元由第一传动单元、主轴和第二传动单元组成；第一传动单元和第二传动单元通过主轴连接，两者同轴同向转动。

进一步的，所述智能检测单元包括后置光源智能检测单元、前置光源智能检测单元和光源控制器。

进一步的，后置光源智能检测单元包括第一智能相机和后置光源，第一智能相机置于第一传动单元的上方，后置光源安装在第一智能相机下方且位于第一传动单元下方。

进一步的，前置光源智能检测单元包括第二智能相机和前置光源，前置光源智能检测单元有两组，第一组设置在第一传动单元上方，第二组设置在第二传动单元上方；第一组的前置光源安装在第二智能相机与第一传动单元之间，第二组的前置光源安装在第二智能相机与第二传动单元之间。

进一步的，所述翻面单元其由一段u型转向滑道构成，u型转向滑道的截面为扁平矩形，纽扣在第一传动单元以一定的速度和角度进入滑道入口，在重力的作用下继续下滑，上下翻转180度，从滑道出口进入第二传动单元，实现纽扣的自动翻面；滑道入口设置在第一传动单元上，滑道出口设置在第二传动单元上。

进一步的，所述分拣单元包括压缩空气气源、高速电磁阀、空气导管、定向喷嘴和次品槽，压缩空气气源经高速电磁阀和空气导管与定向喷嘴相连，定向喷嘴朝向次品槽设置。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过u型转向滑道构成的翻面单元实现了纽扣的自动翻面功能，进而实现了纽扣的双面自动检测。

(2)本发明通过设置可调节的导轨约束单元，使得上料单元能适配适应不同直径和不同形状的纽扣；从而使得其能检测未知纽扣和异形纽扣。

(3)本发明的智能检测单元主要采用了分布式智能相机，可以实现检测装置的小型化、智能化，而且配置的智能相机个数可以根据检测项目的变化灵活增减。

(4)本发明采用了后置光源和前置光源两种照明方式，通过后置光源的照明，可以提高纽扣轮廓特性的对比度，增强纽扣的轮廓、线孔的轮廓的对比度。通过前置光源的照明，可以提高纽扣上表面和下表面的成像质量，从而显著提高检测质量和效率。

(5)本发明中的各功能模块如上料、传动、检测、光源、分拣等的各项控制参数可以根据纽扣种类和检测项目的不同动态调节。

(6)本发明采用高速电磁阀控制压缩空气实现纽扣分拣，提高了装置的工作效率。

(7)本发明所述纽扣自动分选装置本身具有自学习功能，可以满足用户对多种纽扣的自动分拣需求；同时该装置还具备合格纽扣计数功能，预留与自动包装设备的接口。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的纽扣自动分选装置的整体图；

图2表示本实施方式的纽扣自动分选装置的正视图；

图3表示本实施方式的纽扣自动分选装置的俯视图；

图4表示本实施方式的上料单元的斜视图；

图5表示本实施方式的上料单元的俯视图；

图6表示本实施方式的传动单元的斜视图；

图7表示本实施方式的前置光源智能检测单元的斜视图；

图8表示本实施方式的后置光源智能检测单元的斜视图；

图9表示本实施方式的智能检测单元中智能相机的概念框图；

图10表示本实施方式的光源控制器示意图；

图11表示本实施方式的翻面单元的斜视图；

图12表示本实施方式的分拣单元的斜视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供了一种纽扣自动分选方法，包括如下步骤：

(1)由上料单元将不同形状、不同直径的纽扣输送到传动单元；

(2)利用传动单元将纽扣传送到带有后置光源的智能检测单元所在位置，通过智能相机对纽扣的几何特征进行检测；通过测量的几何特征参数与预期参数进行比对，判断纽扣是否为次品；若为次品，通过分拣单元将次品分拣出去，正品进入后续工序；

(3)利用传动单元将纽扣传送到带有前置光源的智能检测单元所在位置，通过智能相机采集纽扣正面图像，提取纽扣正面特征，将提取的特征与预期特征进行比对，判断纽扣表面是否存在缺陷；若有缺陷，则通过分拣单元将次品分拣出去，正品进入u型转向滑道；

(4)纽扣由u型转向滑道流出，实现自动翻面；

(5)利用传动单元将纽扣传送到带有前置光源的智能检测单元所在位置，通过智能相机采集纽扣反面图像，提取纽扣反面特征，将提取的特征与预期特征进行比对，判断纽扣表面是否存在缺陷；若有缺陷，则通过分拣单元将次品分拣出去，正品进入正品槽，完成分拣。

如图1-3所示，本发明还提供了一种纽扣自动分选装置，包括上料单元2、传动单元3、智能检测单元、翻面单元6、分拣单元7和智能终端9。

上料单元1用于通过振动旋转上升将纽扣运输到传动单元3；传动单元3用于传递纽扣；智能检测单元用于检测纽扣的质量缺陷；翻面单元用于对纽扣进行翻面，实现对纽扣进行另一面的检测；分拣单元用于将次品纽扣和正品纽扣分离开；智能终端是整个装置的控制核心，具有设备管理、状态监测、参数配置、测试数据统计管理等功能。

所述上料单元2是具有将多个纽扣a分别供给至传动单元3的功能单元。在本实施方式中，如图4-5所示，所述上料单元2具有：供料盘2a，其能收纳多个纽扣a；振动单元2b，能使供料盘2a振动；可调节的导轨约束单元2c，使得上料单元能适配适应不同直径和不同形状的纽扣；供给口2d。

所述传动单元3如图6所示，该传动单元3由第一传动单元3a、主轴3b和第二传动单元3c组成。第一传动单元3a和第二传动单元3c通过主轴3b连接，两者同轴同向转动；本实施例中两者均为玻璃圆盘。

所述智能检测单元包括后置光源智能检测单元4、前置光源智能检测单元5和光源控制器。

后置光源智能检测单元4如图7所示，其包括第一智能相机4a和后置光源4b，第一智能相机4a置于第一传动单元3a的上方，后置光源4b安装在第一智能相机4a下方且位于第一传动单元3a下方；通过后置光源4b的照明，可以提高纽扣轮廓特性的对比度，增强纽扣的轮廓、线孔的轮廓的对比度。通过后置光源智能检测单元4的检测，可以精确测量被测纽扣的几何参数，如纽扣的纽扣外径尺寸与误差、线孔直径与误差、线孔中心距与误差、线孔圆形度等。

前置光源智能检测单元5如图8所示，其包括第二智能相机5a和前置光源5b。前置光源智能检测单元5有两组，第一组设置在第一传动单元3a上方，第二组设置在第二传动单元3c上方。第一组的前置光源5b安装在第二智能相机5a与第一传动单元3a之间，第二组的前置光源5b安装在第二智能相机5a与第二传动单元3c之间。通过配置合适的前置光源5b的照明，可以提高纽扣上表面和下表面的成像质量，从而可以检测纽扣的表面缺陷，比如破损、划痕、裂纹等缺陷。

本发明的智能检测单元采用了基于嵌入式处理器的智能相机，智能相机固化有专用的机器视觉算法，用于对纽扣的几何参数和各种缺陷进行检测。其支持c语言编程；算法可以根据使用者的需求进行灵活调整和进一步扩充；同时支持自学习功能，以提高纽扣自动分选装置对纽扣种类的适应能力。如图9所示，智能相机主要包括图像采集单元、处理器、通信单元和人机交互接口几个子模块。图像采集单元负责将目标物体的光学信息转化为数字图像，中央处理器配合专用软件对图像信息进行分析和识别，通信单元负责相机同外部设备的数据通信，人机接口方便用户进行相机管理和配置。本发明中配置的智能相机个数可以根据检测项目的变化灵活增减。

所述智能检测单元的光源分别采用了后置光源和前置光源两种设计，同时利用光源控制器对前置光源和后置光源的多个通道进行独立控制。光源控制器提供了rs485、can总线通信接口，用于与智能终端9及智能相机等进行通信。光源控制器面板配有按键、显示屏，用于观察设置信息；光源控制器的各通道由外部触发信号进行控制，并支持多种触发方式。

本发明设计的光源控制器，如图10所示，在智能相机与光源之间能够提供灵活的同步机制，具有四通道独立驱动能力。单片机驱动da芯片输出模拟电压，通过电压调节芯片进行功率放大后用于驱动led，从而实现亮度调节。通过单片机内置的ad进行电压采样和电流采样，保障led的驱动不过流，不过压。通过通信接口，led光源控制器可以和上位机进行交互，完成更多更丰富的功能设置。

所述翻面单元6如图11所示，其由一段u型转向滑道构成，u型转向滑道的截面为扁平矩形，纽扣在第一传动单元3a以一定的速度和角度进入滑道入口，在重力的作用下继续下滑，上下翻转180度，从滑道出口进入第二传动单元3c，实现纽扣的自动翻面。滑道入口设置在第一传动单元3a上，滑道出口设置在第二传动单元3c上。

所述分拣单元7如图12所示，其包括压缩空气气源、高速电磁阀7a、空气导管7b、定向喷嘴7c和次品槽7d，压缩空气气源经高速电磁阀7a和空气导管7b与定向喷嘴7c相连，定向喷嘴7c朝向次品槽7d设置。本发明中共用到了三套分拣单元，分别置于三套智能检测单元之后。在纽扣经过智能检测单元之后，若某颗纽扣被检测单元判为次品，智能检测单元控制分拣单元7中的电磁阀7a导通，压缩空气通过定向喷嘴7c将纽扣吹离传动单元至次品槽7d，实现对次品纽扣的快速分拣。本发明的分拣单元的数量可以根据用户的检测需求灵活增减。

所述智能终端9主要实现了纽扣自动分选机的设备控制、参数管理、测试结果统计和自学习功能。设备控制是指智能终端作为整个自动纽扣分选机的控制核心，可以通过设备总线实时协调控制各个子单元的同步运行。参数管理是指用户可使用智能终端配置待检测纽扣的工艺参数、检测项目和检测门限，观察检测结果等。测试结果统计是指智能终端具备测试结果实时统计分析功能，可以给出已检测的纽扣数量、检测速度、正品率、缺陷统计与分类等信息，并将该信息传输到用户的数据中心。此外，智能终端具备纽扣计数功能，预留与自动包装设备的接口，便于用户对接正品纽扣包装等后续工序。

所述的自学习功能是指本发明对象自动钮扣分选机具有智能化的自主学习能力，用户在使用该装置时，如果遇到的是一种从未在该机上测试过的或者是新产品纽扣，只需在智能终端9上设置自学习模式，然后将该纽扣的一定数量的合格品和次品样品先后放置在上料装置上，启动自学习流程，自动纽扣分选机会通过预先设置的算法获得正品纽扣和次品纽扣的特征参数，并将该特征参数添加到数据库中长期保存，整个学习过程可很快完成。以后再对该纽扣进行检测就变得非常简单，只需在智能终端上输入该纽扣的编号即可。

上述纽扣自动分选装置的工作原理和过程为：

纽扣上料单元2供给的纽扣a运输到第一传动单元3a，第一传动单元3a带动纽扣a选择，首先到达后置光源智能检测单元4所在位置，检测纽扣的几何尺寸参数；之后通过第一组分拣单元7将第一次检出的次品纽扣分拣出去；正品纽扣继续进入后续工序；

第一传动单元3a继续转动，将纽扣a运送到第一个前置光源智能检测单元5所在位置，检测纽扣的上表面是否有缺陷；之后通过第二组分拣单元7将第二次检出的次品纽扣分拣出去；正品纽扣继续进入后续工序；

第一传动单元3a继续转动，将纽扣a运送到翻面单元6的滑道入口，纽扣a在重力的作用下下滑，上下翻转180度，从滑道出口进入第二传动单元3c；

第二传动单元3c继续转动，将翻面后的纽扣a运送到第二个前置光源智能检测单元5所在的位置，检测纽扣另一面的表面缺陷，之后通过第三组分拣单元7将第三次检出的次品纽扣分拣出去；正品纽扣被挡板阻拦掉入正品槽8中。

本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。