一种用于机械零件的视觉检测系统的制作方法

本发明涉及一种视觉检测系统，具体为一种用于机械零件的视觉检测系统。

背景技术：

机械零件是机械设备中的重要组成部分，一些关键机械的零件的品质对机械设备运行的稳定性起着至关重要的作用，目前国内机械设备生产企业对于零件的检测，多采用人工的方式，通过人工测量尺寸或者肉眼观察的方式来判断零件是否合格，这种方式的效率受人为因素影响，且难以保证统一的检验标准，容易出现漏检、误检的情况，另外，在金属零件表面缺陷的物理检测方法中，还有以下几种比较经典的方法：涡流探伤、磁粉探伤、超声波探伤；涡流探伤法，是一种应用广泛的金属表面检测方法，但随着检测目标外形复杂度的增加，检测过程中的移动操作会变得更加困难，使用涡流探伤法进行金属表面缺陷检测，需要使用大量电力使线圈产生励磁，会造成能源的浪费和产品成本的提高；磁粉探伤法，其原理与涡流探伤法类似，需要人工来观察磁粉的分布，相对于直接的人工肉眼观察，只是增强了缺陷的对比度，使缺陷更容易被观察到，零件被检测后要对其做退磁处理，退磁后再清洗掉表面的磁粉，需要增加一个工位才能完成这个后处理工作，从自动化程度方面考虑，磁粉探伤法需要人工参与操作，无法达到自动化生产线的要求；从环境方面考虑，清洗零件产生的污水对环境会造成很大危害；超声波探伤法，使用超声波探伤法检测轴承缺陷时，应控制好波束的波长，使波长小于缺陷的最小尺寸，目前国内应用超声波探伤法检测零件，多用于大尺寸的零件，对于小尺寸的零件，目前技术上还不够完善，存在二次底波高于一次底波的问题。

技术实现要素：

一种用于机械零件的视觉检测系统，包括：机械模块，图像采集模块，控制模块，图像检测模块；所述机械模块包括：步进电动机控制器、旋转台和编码器，所述步进电动机控制器控制旋转台转动，所述编码器与所述机械模块中的旋转台主轴固定在一起；所述图像采集模块包含相机、镜头和光源，所述光源将机械零件的成像面照明，反射的光线通过镜头反应在相机的ccd传感器上，所述编码器与旋转台连接，用于监测旋转台旋转速率的同比脉冲信号；所述编码器获取的脉冲信号作为相机的拍摄控制信号；所述控制模块通过对旋转台的旋转速率控制，实现旋转台以匀速速率持续旋转；所述图像检测模块检测机械零件表面凹坑缺陷，纹理缺陷，尺寸缺陷，机械零件加工尺寸并根据缺陷的类型和加工尺寸是否合格对机械零件进行分选。

进一步的，所述机械模块中的旋转平台包括入料机构，出料机构，定位机构，分拣机构，旋转机构，气缸，步进电机和电磁阀，其中步进电机与旋转机构相连，电磁阀分别与入料机构，出料机构，分拣机构的驱动气缸相连。

所述入料机构，出料机构，定位机构，分拣机构，均分布在一个分度盘上，所述入料机构和出料机构由振动料斗、上料通道、气动推杆、控制器组成；所述定位装置由定位槽、定位块、定位导轨及辅助弹簧构成；所述分选装置是通过控制器控制连杆水平运动，将零件从定位机构顶出，下面安置机械零件的接料槽。

所述控制模块包括：plc、气缸、电磁阀、接近开关、编码器、减速电机；plc负责所述系统其它硬件的整体控制和与上位机的通信；气缸为入料机构、出料机构和分拣机构的操作提供动力；电磁阀通过控制气门的开合，来操作各气缸对应的机械部件；接近开关识别检测工位中是否有待检测的机械零件；编码器测量旋转台转动速度，用于控制图像的采集速度；减速电机是为旋转机构提供动力。

进一步的，所述控制模块控制执行机构将机械零件由上料机构自动送入分度盘上的定位口,由控制器控制分度盘将机械零件转动至图像采集区域,待图像采集处理完毕后,再转动分度盘将零件根据测量的结果进行分选，所述控制器的i/o接口与所述步进电机和电磁阀连接。

所述图像采集模块包含相机、镜头、光源，图像采集卡，所述光源的发光光线分为入射光和透射光，入射光和相机至于同一侧，透射光置于机械零件的另一侧，所述光源、镜头和相机通过一个可旋转调节角度和距离的装置连接在固定支架上，所述光源采用发光二极管；所述镜头和相机搭配起来，用于机械零件的成像；光源负责提供稳定的成像环境；所述相机将图像传感器所接收到的光学图像,转化为计算机所能处理的电信号。

所述图像检测模块分为两个部分：零件外观缺陷的检测和机械零件尺寸的检测；所述零件外观缺陷的检测是将图像采集模块采集到的零件表面的图像进行实时处理，检测机械零件表面凹坑缺陷，纹理缺陷，尺寸缺陷，并根据缺陷的区域大小进行第一次分选；分选后的零件包括有缺陷的和无缺陷的，有缺陷的根据表面凹坑缺陷，纹理缺陷，尺寸缺陷分别投入到相应的接料槽，而无缺陷的机械零件则进行机械零件尺寸的检测工序；所述机械零件尺寸的检测是根据计算机从cad系统中提取的机械零件视觉模型与检测信息，包括零件的位置与方向，摄像机的视角，选定检测项目，检测点和检测路径，控制执行机构将待测机械零件固定在合适的位置进行检测，图像采集模块将采集到的尺寸信息与cad系统中提取的尺寸范围进行比对，分选出合格和不合格的零件，并分别投入到相应的落料槽中。

所述视觉检测系统的图像处理软件由测量软件、控制软件、显示软件和统计分析软件组成，用于对机械零件的自动测量、自动分选和质量统计分析，当机械零件到达测量区域后，由控制器发出信号给计算机，计算机启动测量程序分别执行图像采集、预处理、特征边缘提取、参数计算等步骤后将测量数据存储到数据库中,并将测量结果输出给控制器,由控制器控制分选机构对零件进行分类。

所述图像测量软件包括图像采集显示模块、图像处理模块、数据运算存储模块、以及视觉测量系统的调焦模块、标定模块,采用和混合编程,利用程序语言实现有关图像的处理算法编程,同时利用计算功能,对数据拟合运算。

所述图像处理具体为：被测机械零件上料机构自动送入分度盘的定位口，定位机构夹紧后，移动机构使零件被测参数表面处于物面位置；采集图像进行预处理、阈值分割；进行像素级边缘检测，获取像素级边缘、边缘法线方向；对像素级边缘进行亚像素定位，获取准确的边缘位置；利用视觉系统的标定参数将边缘点转换到物面坐标系，并进行畸变校正；最后根据边缘点来拟合被测零件的被测参数。

有益效果

1、本发明提出的一种用于机械零件检测的视觉检测系统与常规的机械零件检测技术相比，实现了用机器代替人工检测机械的表面缺陷及加工尺寸，并自动进行比对、判断和分选，实现自动化，智能化，根据机械零件加工面缺陷种类和产品加工尺寸比对是否合格实现产品分类，该过程完全由计算机程序控制，操作简易，方便，克服了人工操作和常规检测技术中的不足。

2、本发明提出的一种用于机械零件检测的视觉检测系统设计了工件的自动上料、自动测量及自动分选系统,真正实现了机械零件的全自动化测量,提高了检测效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定；在附图中：

图1为本发明所述的一种用于机械零件检测的视觉检测系统的结构示意图。

图2为本发明所述的一种用于机械零件检测的视觉检测系统的程序框图。

图3为本发明所述的一种用于机械零件检测的视觉检测系统的机械模块结构的示意图。

图4为本发明所述的一种用于机械零件检测的视觉检测系统的控制模块的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一些实施方式做详细说明。

实施一

针对现有技术中对于机械零件检测方式的缺陷，本发明提供一种用于机械零件的视觉检测系统，解决了现有机械零件检测方式的缺陷，参照图1，所述系统包括：机械模块，图像采集模块，控制模块，图像检测模块；所述机械模块将图像采集模块，控制模块，图像检测模块连接在一起，各个功能模块之间相互配合，协同合作，以维持本发明所述视觉检测系统的良好运转。

所述机械模块包括：步进电动机控制器，旋转台和编码器，所述步进电动机控制器带动旋转台转动，所述旋转平台包括入料机构，出料机构，定位机构，分拣机构，旋转机构，气缸，步进电机和电磁阀，其中步进电机与旋转机构相连，电磁阀分别与入料机构，出料机构，定位机构，分拣机构的驱动气缸相连，其结构示意图参照图3。

进一步的，所述入料机构，出料机构，分拣机构，均分布在一个分度盘上，所述上料机构主要由振动料斗、上料通道、气动推杆、控制器组成；所述定位装置由定位槽、上定位块、定位导轨及辅助弹簧构成；所述分选装置是通过控制器控制连杆水平运动，将零件从定位机构顶出，下面安置零件的接料槽。

所述控制模块包括：plc、气缸、电磁阀、接近开关、编码器、减速电机；plc负责所述系统其它硬件的整体控制和与上位机的通信；气缸为入料机构、出料机构和分拣机构的操作提供动力；电磁阀通过控制气门的开合，来操作各气缸对应的机械部件；接近开关识别检测工位中是否有待检测的机械零件；编码器测量旋转台转动速度，用于控制图像的采集速度；减速电机是为旋转机构提供动力。

进一步的，所述控制模块控制执行机构将机械零件由上料机构自动送入分度盘上的定位口,由控制器控制分度盘将零件转动至图像采集区域,待图像采集处理完毕后,再转动分度盘将零件根据测量的结果进行分选，所述控制器的i/o接口与所述步进电机和电磁阀连接。

所述图像采集模块包含相机、镜头、光源，图像采集卡，所述光源的发光光线分为入射光和透射光，入射光和相机至于同一侧，透射光置于机械零件的另一侧，所述光源、镜头和相机通过一个可旋转调节角度和距离的装置连接在固定支架上，所述光源采用发光二极管；所述镜头和相机搭配起来，用于机械零件的成像；光源负责提供稳定的成像环境；所述相机将图像传感器所接收到的光学图像,转化为计算机所能处理的电信号。

所述图像检测模块分为两个部分：零件外观缺陷的检测和机械零件尺寸的检测；所述零件外观缺陷的检测是将图像采集模块采集到的零件表面的图像进行实时处理，检测机械零件表面凹坑缺陷，纹理缺陷，尺寸缺陷，并根据缺陷的区域大小进行第一次分选；分选后的零件包括有缺陷的和无缺陷的，有缺陷的根据表面凹坑缺陷，纹理缺陷，尺寸缺陷分别投入到相应的接料槽，而无缺陷的机械零件则进行机械零件尺寸的检测工序；所述机械零件尺寸的检测是根据计算机从cad系统中提取的零件视觉模型与检测信息，包括零件的位置与方向，摄像机的视角，选定检测项目，检测点和检测路径，控制执行机构将待测机械零件固定在合适的位置进行检测，图像采集模块将采集到的尺寸信息与cad系统中提取的尺寸范围进行比对，分选出合格和不合格的零件，并分别投入到相应的落料槽中。

所述视觉检测系统的图像处理软件由测量软件、控制软件、显示软件和统计分析软件组成，用于对机械零件的自动测量、自动分选和质量统计分析，当机械零件到达测量区域后，由控制器发出信号给计算机，计算机启动测量程序分别执行图像采集、预处理、特征边缘提取、参数计算等步骤后将测量数据存储到数据库中,并将测量结果输出给控制器,由控制器控制分选机构对机械零件进行分类，所述自动检测的程序框图如图2所示。

所述图像测量软件包括图像采集显示模块、图像处理模块、数据运算存储模块、以及视觉测量系统的调焦模块、标定模块,采用和混合编程,利用程序语言实现有关图像的处理算法编程,同时利用计算功能,对数据拟合运算。

根据图2，所述软件部分的主要功能有：所述相机的参数设置、图像的显示、图像的采集、图像的保存、与下位机plc端的实时通信；所述相机的参数设置包括：曝光时间，感光增益，图像尺寸，触发模式，行触发配置，帧触发配置；所述图像采集功能是控制相机采集图像，将相机设置为等待触发信号状态，接收到触发信号便开始采集图像，采集完成后将图像传输给计算机，完成传输后，回到等待触发信号的状态，持续执行该周期性过程；图像实时显示功能是将计算机从相机接收到的图像数据，经图像处理算法进行分割，将分割后的机械零件图像显示到显示器上，供用户实时观看当前正在检测的机械零件，所述控制模块示意图如图4所示；图像实时处理功能是通过数字图像处理算法对采集到的机械零件图像进行处理，检测表面是否有缺陷、尺寸是否合格，对缺陷进行识别并给出结果，将不合格尺寸的零件分选出来；实时保存图像功能是在调试时使用的，当出现系统检测异常时，方便对数据源进行回溯，分析出现问题的原因，及时修复异常；与下位机通信功能主要是与plc通信，向plc发送指令，将机械零件的检测结果发送至plc，从而控制分拣工位对检测完的机械零件进行分类；检测结果存档功能是将检测结果以excel格式保存到计算机的本地硬盘，方便后续对数据进行统计和分析，供企业的erp系统使用。

所述图像处理具体为：被测机械零件上料机构自动送入分度盘的定位口，定位机构夹紧后，移动机构使工件被测参数表面处于物面位置；采集图像进行预处理、阈值分割；进行像素级边缘检测，获取像素级边缘、边缘法线方向；对像素级边缘进行亚像素定位，获取准确的边缘位置；利用视觉系统的标定参数将边缘点转换到物面坐标系，并进行畸变校正；最后根据边缘点来拟合被测机械零件的被测参数。

实施例二

为了提高机械零件的测量速度,本发明在测量装置的设计上采用了多部位并行操作的方法，设计了含多个测量工位的分度盘结构，分别用于机械零件的上料、检测和分选，使得测量的主要过程可以同时完成，为保证测量的精度，应选择定位精度高的分度盘，分度盘共设置个多个工位,均匀分布在分度盘上，分别用于机械零件的上料、测量和分选的操作，所述测量装置的具体工作为：所述分读盘按固定周期每次转动一个工位；工位1用于机械零件的上料定位操作；工位2通过传感器检测是否有零件，即可判断工位1是否有零件上料，若有则为其他工位发出检测信号；工位3用于零件的测量,当此工位上有零件时，对零件进行图像采集并完成测量，将结果发给控制器；依此类推，后面的其他工位均由控制器控制实现零件的分选，其中可用于机械零件表面凹坑类、纹理类、尺寸缺陷下料，尺寸过大零件下料、尺寸过小零件下料、标称尺寸范围内的零件下料,这里还增加了一个工位，对每次的检测都进行下料操作，可保证当前各工位没有执行操作时，而在此工位仍有零件时，对零件进行下料，以避免此种情况对后续测量的影响，提高自动测量的安全性能；在检测过程中，各个工位独立控制，可对多个零件并行进行上料、测量、分选的操作，降低了零件测量的周期，提高了检测效率。

本发明所述的一种用于机械零件的视觉检测系统，通过机械模块，图像采集模块，控制模块，图像检测模块等功能模块之间相互配合，协同合作，维持本发明的良好运转；代替人工检测机械的表面缺陷及加工尺寸，并自动进行比对、判断和分选，实现自动化，智能化，根据机械零件加工面缺陷种类和产品加工尺寸比对是否合格实现产品分类，该过程完全由计算机程序控制，操作简易，方便，克服了人工操作和常规检测技术中的不足。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。