多功能快速高精度机械零件检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多功能快速高精度机械零件检测系统，所述系统包含有的检测机构（2）包含有位于工作台上方的轨道平台（2.1），轨道平台（2.1）上设置有至少一组检测工位（2.2），检测工位（2.2）位于上述上料结构（1）旁，检测工位（2.2）包含有水平滑动设置于轨道平台（2.1）上移动块，移动块底部设置有竖向向下的吸嘴，检测工位（2.2）还包含有安装于工作台上的旋转台（2.2.1），检测工位（2.2）包含有一正对旋转台（2.2.1）的摄像系统（2.2.2），所述检测工位（2.2）还包含有一安装于工作台上的滑轨（2.2.4），滑轨（2.2.4）上滑动设置有滑块（2.2.3），且滑轨（2.2.4）上开有一弃料孔。本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统，能够对机械零件进行快速检测。
【专利说明】多功能快速高精度机械零件检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械零件检测系统，尤其是涉及一种利用图像处理技术对机械零件进行快速检测的系统，属于工业自动化机械【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，对于滚子等机械零件，出厂时需要对其进行检验，以剔除不符合规则、要求的产品，提高出厂产品的良品率；常规的检测方式为采用人工检测方式，人工对于外观、尺寸等进行检测，但是此种方式费时费力，不利于大规模的工业化生产；为此，中国专利申请201310119254.0公开了“图像检测仪的检测方法及图像检测仪”，其利用图像处理方式对待检机械零件进行自动化处理；但是该专利仅从理论上对其可行性进行了阐述，缺乏相应的实现系统，因此，现在亟需一种能够实现自动化机械零件检测的系统。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能够对机械零件进行快速检测的多功能快速高精度机械零件检测系统。
[0004]本发明的目的是这样实现的:一种多功能快速高精度机械零件检测系统，所述系统包含有安装于工作台上的上料结构、检测机构和下料机构，所述检测机构包含有位于工作台上方的轨道平台，所述轨道平台上设置有至少一组检测工位，所述检测工位位于上述上料结构旁，所述检测工位包含有水平滑动设置于轨道平台上移动块，所述移动块底部设置有竖向向下的吸嘴，所述检测工位还包含有安装于工作台上的旋转台，所述检测工位包含有一正对旋转台的摄像系统，该摄像系统正对旋转台上的机械零件，所述检测工位还包含有一安装于工作台上的滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，且滑轨上开有一弃料孔，上述滑块滑动设置于该弃料孔上。
[0005]本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统，所述上料结构包含有振动盘，所述振动盘的出料口处安装有一定位块，该定位块的端部设置有与机械零件形状相匹配的定位槽口。
[0006]本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统，所述下料机构包含有位于检测机构旁的传输带，该传输带的出料端设置有一斜向向下的下料滑轨。
[0007]本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统，所述系统还设置有一用于对材质进行检测的材质检测工位，所述材质检测工位包含有安装于工作台上的检测平台，所述材质检测工位还包含有一正对检测平台的光谱仪，所述材质检测工位还包含有一安装于工作台上的滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，且滑轨上开有一弃料孔，上述滑块滑动设置于该弃料孔上。
[0008]本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统的检测方法，所述方法包含有下述步骤:
步骤1、取料:利用振动盘对机械零件进行排列，并通过气动吸嘴将机械零件依次吸附至检测工位进行检测；
步骤2、检测:利用图像处理技术对机械零件进行检测；
步骤3、弃料:将检测到不符合规定的机械零件放弃；
步骤4、出料:通过下料机构进行出料；
上述步骤2包含有以下具体步骤:
步骤2-1、获取机械零件的图像；
步骤2-2、获取机械零件的形状模型；
步骤2-3、根据上述机械零件的形状模型计算机械零件的尺寸；
步骤2-4、将步骤2-3获得的尺寸与预设参数规则参数进行比对；
在进行步骤2-1的获取机械零件的图像前，需先行确定所述工作台的光照模型，其步骤为:
a:利用多组光圈和快门的组合获取所述工作台的暗图； b:利用所述多组光圈和快门的组合获取所述工作台的亮图；
c:选择所述暗图中亮度值稳定在第一特定范围内并且所述亮图中亮度值稳定在第二特定范围内所对应的光圈和快门组，以得到所述工作台的光照模型；
在确定上述工作台的光照模型之后，还需确定图像获取设备与工作台的相对位置关系，其步骤为:
d:在所述工作台上铺设均匀的黑白相间的棋盘格；
e:调整所述图像获取设备，以使得所述棋盘格充满所述图像获取设备的整个视野，并使得所述图像获取设备能够拍摄所述棋盘格中尽可能大的面积；
f:使得工作台坐标系和图像获取设备坐标系的三个维度分别对应起来；g:通过所述图像获取设备拍摄所述棋盘格来确定所述工作台上每个点的坐标，从而获知每个像素点在实际空间中所对应的尺度；
对于步骤2-2，包含有下述具体步骤:
步骤2-2a、利用边缘检测算子来进行边缘检测以得到边缘点；
步骤2-2b、获取所述边缘点在所述工作台坐标系中的空间位置向量；
步骤2-2c、根据步骤2-2b获取的边缘点在工作台坐标系中的空间位置向量即可绘制该机械零件的形状模型。
[0009]本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统的检测方法，对于步骤2_2a，采用边缘检测算子进行零件边缘点的检测；该边缘检测为sobel算子、prewitt算子、canny算子或LOG算子中的一个或多个。
[0010]本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统的检测方法，
步骤I’、取料:利用振动盘对机械零件进行排列，并通过气动吸嘴将机械零件依次吸附至检测工位进行检测；
步骤2’、检测:利用图像处理技术对机械零件进行检测；
步骤3’、弃料:将检测到不符合规定的机械零件放弃；
步骤4’、出料:通过下料机构进行出料；
在上述步骤2’中，采用图像处理技术对机械零件进行检测以替代常规的人工检测，具体的讲: 步骤2-1’、获取机械零件的图像；
步骤2-2’、获取机械零件的形状模型；
步骤2-3’、将步骤2-2’获取的形状模型与预存的标准模型或设计图纸进行对比；在进行步骤2-1’的获取机械零件的图像前，需先行确定所述工作台的光照模型，其步骤为:
a’:利用多组光圈和快门的组合获取所述工作台的暗图；b’:利用所述多组光圈和快门的组合获取所述工作台的亮图；c’:选择所述暗图中亮度值稳定在第一特定范围内并且所述亮图中亮度值稳定在第二特定范围内所对应的光圈和快门组，以得到所述工作台的光照模型；
在确定上述工作台的光照模型之后，还需确定图像获取设备与工作台的相对位置关系，其步骤为:
d’:在所述工作台上铺设均匀的黑白相间的棋盘格；
e’:调整所述图像获取设备，以使得所述棋盘格充满所述图像获取设备的整个视野，并使得所述图像获取设备能够拍摄所述棋盘格中尽可能大的面积；
f’:使得工作台坐标系和图像获取设备坐标系的三个维度分别对应起来；g’:通过所述图像获取设备拍摄所述棋盘格来确定所述工作台上每个点的坐标，从而获知每个像素点在实际空间中所对应的尺度；
进行完上述步骤即可在步骤2-2’中获得高精度的机械零件图像；
在进行步骤2-1’的获取机械零件的图像前，还需预先存入设计图纸或者获取一标准机械零件的图像；
从而，在步骤2-3’中只需对获取的待测机械零件的形状模型与上述预先存入设计图纸或者获取一标准机械零件的图像进行对比，从而能够快速进行检测；
对于步骤2-2’，包含有下述具体步骤:
步骤2-2a’、利用边缘检测算子来进行边缘检测以得到边缘点；
步骤2-2b’、获取所述边缘点在所述工作台坐标系中的空间位置向量；
步骤2-2c’、根据步骤2-2b’获取的边缘点在工作台坐标系中的空间位置向量即可绘制该机械零件的形状模型。
[0011]本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统的检测方法，
步骤I)、取料:利用振动盘对机械零件进行排列，并通过气动吸嘴将机械零件依次吸附至检测工位进行检测；
步骤2)、检测:利用图像处理技术对机械零件进行检测；
步骤3)、弃料:将检测到不符合规定的机械零件放弃；
步骤4)、出料:通过下料机构进行出料；
上述步骤2)的具体步骤为:
步骤2-1)、获取机械零件的图像；
步骤2-2)、将步骤2-1)获取的图像与预存的标准零件的图像进行对比。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明通过自动化方式进行检测以替代常规的人工检测方式，极大的提高了检测的效率，且本发明可多功能的对尺寸、外观、甚至材质进行检测，极大的提高了本系统的多用性，有利于本系统的推广利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明多功能快速高精度机械零件检测系统的结构示意简图。
[0014]图2为本发明多功能快速高精度机械零件检测系统的上料结构的结构示意图简图。
[0015]图3为本发明多功能快速高精度机械零件检测系统的检测工位的结构示意简图。
[0016]其中:
上料结构1、检测机构2、下料机构3 ；
振动盘1.1、定位块1.2、定位槽口 1.3 ；
轨道平台2.1、检测工位2.2 ;
旋转台2.2.1、摄像系统2.2.2、滑块2.2.3、滑轨2.2.4 ;
传输带3.1、下料滑轨3.2。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，本发明涉及的一种多功能快速高精度机械零件检测系统，所述系统包含有安装于工作台上的上料结构1、检测机构2和下料机构3，所述上料结构I包含有振动盘1.1，所述振动盘1.1的出料口处安装有一定位块1.2，该定位块1.2的端部设置有与机械零件形状相匹配的定位槽口 1.3，当机械零件运行至定位槽口 1.3处时，由于定位槽口 1.3的存在使得机械零件只能停留限制在此处；
所述检测机构2包含有位于工作台上方的轨道平台2.1，所述轨道平台2.1上设置有至少一组检测工位2.2,所述检测工位2.2位于上述上料结构I旁,所述检测工位2.2包含有水平滑动设置于轨道平台2.1上移动块，所述移动块底部设置有竖向向下的吸嘴(该气动气嘴用于对机械零件进行吸附转移)，所述检测工位2.2还包含有安装于工作台上的旋转台2.2.1，优选的该旋转台2.2.1为一水平回转机构，可带动放置于其上的机械零件进行水平回转，所述检测工位2.2包含有一正对旋转台2.2.1的摄像系统2.2.2，该摄像系统2.2.2正对旋转台2.2.1上的机械零件，优选的，该摄像系统2.2.2可采用如中国专利ZL201220542837.5所示的一种“基于CXD的零件尺寸测量系统”，所述检测工位2.2还包含有一安装于工作台上的滑轨2.2.4，所述滑轨2.2.4上滑动设置有滑块2.2.3，且滑轨2.2.4上开有一弃料孔，上述滑块2.2.3滑动设置于该弃料孔上；当摄像系统2.2.2检测到机械零件不符合规定时，滑块2.2.3滑动式的上述弃料孔暴露，从而气嘴吸附机械零件至其上方将该机械零件抛弃至于该弃料孔相连通的弃料区域；
具体的讲，上述检测工位2.2至少设置两组，分别用于对机械零件的外观和尺寸进行检测；
优选的，所述系统还设置有一用于对材质进行检测的材质检测工位，用于对某些用于特殊场合的机械零件的材质进行检测，以防止不合规的材质混入引发安全事故,此时材质检测工位包含有水平滑动设置于轨道平台上移动块一，所述移动块底部设置有竖向向下的吸嘴，所述材质检测工位还包含有安装于工作台上的检测平台，所述材质检测工位还包含有一正对检测平台的光谱仪(优选的，该光谱仪的型号为X-MET7000)，该光谱仪用于对机械零件的材质进行分析检测，所述材质检测工位还包含有一安装于工作台上的滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，且滑轨上开有一弃料孔，上述滑块滑动设置于该弃料孔上；当光谱仪检测到机械零件不符合规定时，滑块滑动式的上述弃料孔暴露，从而气嘴吸附机械零件至其上方将该机械零件抛弃至于该弃料孔相连通的弃料区域；
所述下料机构3包含有位于检测机构2旁的传输带3.1，该传输带3.1的出料端设置有一斜向向下的下料滑轨3.2 ;用于将检测合格的机械进行转移出货；
下面，具体阐述本发明一种多功能快速高精度机械零件检测系统的检测方法:
本发明的方法包含有下述步骤:
步骤1、取料:利用振动盘对机械零件进行排列，并通过气动吸嘴将机械零件依次吸附至检测工位进行检测；
步骤2、检测:利用图像处理技术对机械零件进行检测；
步骤3、弃料:将检测到不符合规定的机械零件放弃；
步骤4、出料:通过下料机构进行出料；
在上述步骤2中，采用图像处理技术对机械零件进行检测以替代常规的人工检测，具体的讲:
步骤2-1、获取机械零件的图像(通过摄像系统获取该图像并传输至后台电脑进行分析处理)；
步骤2-2、获取机械零件的形状模型；
步骤2-3、根据上述机械零件的形状模型计算机械零件的尺寸；
步骤2-4、将步骤2-3获得的尺寸与预设参数规则参数进行比对；
在进行步骤2-1的获取机械零件的图像前，需先行确定所述工作台的光照模型，其步骤为:
a:利用多组光圈和快门的组合获取所述工作台的暗图； b:利用所述多组光圈和快门的组合获取所述工作台的亮图；
c:选择所述暗图中亮度值稳定在第一特定范围内并且所述亮图中亮度值稳定在第二特定范围内所对应的光圈和快门组，以得到所述工作台的光照模型；
在确定上述工作台的光照模型之后，还需确定图像获取设备与工作台的相对位置关系，其步骤为:
d:在所述工作台上铺设均匀的黑白相间的棋盘格；
e:调整所述图像获取设备，以使得所述棋盘格充满所述图像获取设备的整个视野，并使得所述图像获取设备能够拍摄所述棋盘格中尽可能大的面积；
f:使得工作台坐标系和图像获取设备坐标系的三个维度分别对应起来；g:通过所述图像获取设备拍摄所述棋盘格来确定所述工作台上每个点的坐标，从而获知每个像素点在实际空间中所对应的尺度；
进行完上述步骤即可在步骤2-2中获得高精度的机械零件图像；
具体的讲，对于步骤2-2，包含有下述具体步骤:
步骤2-2a、利用边缘检测算子来进行边缘检测以得到边缘点；
步骤2-2b、获取所述边缘点在所述工作台坐标系中的空间位置向量；
步骤2-2c、根据步骤2-2b获取的边缘点在工作台坐标系中的空间位置向量即可绘制该机械零件的形状模型；
对于步骤2-2a，可以利用经典的边缘检测算子来进行零件边缘点的检测；这些边缘检测可以是sobel算子、prewitt算子、canny算子或者LOG算子；本发明的一个优选实施方式采用的是canny算子进行边缘检测。上述检测的精度为像素级别；
根据本发明的一个优选实施方式，为了进一步提高检测的精度，可以在像素级边缘检测的基础上，实现亚像素边缘检测，即利用待检测目标图像的特性，此特性可以为角点、交点、圆点、直线和曲线，对图像进行分析和理解，找到与实际目标特性最相似的位置，在这个过程中利用浮点运算，可使目标位置的精度高于整型像素的精度。亚像素边缘检测的方法有矩方法(灰度矩、空间矩或zernike矩)插值法(线性插值或曲线插值),拟合法(最小二乘线性回归、曲线拟合或曲面拟合)，或者以互相关函数的相关特性为基础的数字相关法。以上几种亚像素边缘检测算法，都可以做到亚像素级别的边缘检测和对像素级边缘的细化，本实例采用的是空间矩的算法。
[0018]简单的讲，通过获取的机械零件图像的形状模型与步骤g中获取的像素尺度进行比对，从而得出机械零件的实际尺寸；
优选的:处于简化检测流程、提高检测效率，还可采用下述检测方式:
步骤I’、取料:利用振动盘对机械零件进行排列，并通过气动吸嘴将机械零件依次吸附至检测工位进行检测；
步骤2’、检测:利用图像处理技术对机械零件进行检测；
步骤3’、弃料:将检测到不符合规定的机械零件放弃；
步骤4’、出料:通过下料机构进行出料；
在上述步骤2’中，采用图像处理技术对机械零件进行检测以替代常规的人工检测，具体的讲:
步骤2-1’、获取机械零件的图像(通过摄像系统获取该图像并传输至后台电脑进行分析处理)；
步骤2-2’、获取机械零件的形状模型(当摄像系统采用的CCD像素足够高时，可直接采用图像比对的方式进行，效率更高)；
步骤2-3’、将步骤2-2’获取的形状模型与预存的标准模型或设计图纸进行对比；
在进行步骤2-1’的获取机械零件的图像前，需先行确定所述工作台的光照模型，其步骤为:
a’:利用多组光圈和快门的组合获取所述工作台的暗图；b’:利用所述多组光圈和快门的组合获取所述工作台的亮图；c’:选择所述暗图中亮度值稳定在第一特定范围内并且所述亮图中亮度值稳定在第二特定范围内所对应的光圈和快门组，以得到所述工作台的光照模型；
在确定上述工作台的光照模型之后，还需确定图像获取设备与工作台的相对位置关系，其步骤为:
d’:在所述工作台上铺设均匀的黑白相间的棋盘格；
e’:调整所述图像获取设备，以使得所述棋盘格充满所述图像获取设备的整个视野，并使得所述图像获取设备能够拍摄所述棋盘格中尽可能大的面积；
f’:使得工作台坐标系和图像获取设备坐标系的三个维度分别对应起来； g’:通过所述图像获取设备拍摄所述棋盘格来确定所述工作台上每个点的坐标，从而获知每个像素点在实际空间中所对应的尺度；
进行完上述步骤即可在步骤2-2’中获得高精度的机械零件图像；
在进行步骤2-1’的获取机械零件的图像前，还需预先存入设计图纸或者获取一标准机械零件的图像；
从而，在步骤2-3’中只需对获取的待测机械零件的形状模型与上述预先存入设计图纸或者获取一标准机械零件的图像进行对比，从而能够快速进行检测；
具体的讲，对于步骤2-2’，包含有下述具体步骤:
步骤2-2a’、利用边缘检测算子来进行边缘检测以得到边缘点；
步骤2-2b’、获取所述边缘点在所述工作台坐标系中的空间位置向量；
步骤2-2c’、根据步骤2-2b’获取的边缘点在工作台坐标系中的空间位置向量即可绘制该机械零件的形状模型；
另外:需要注意的是，上述【具体实施方式】仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多功能快速高精度机械零件检测系统，其特征在于:所述系统包含有安装于工作台上的上料结构(1)和检测机构(2)，所述检测机构(2)包含有位于工作台上方的轨道平台(2.1 )，所述轨道平台(2.1)上设置有至少一组检测工位(2.2)，所述检测工位(2.2)位于上述上料结构(1)旁，所述检测工位(2.2)包含有水平滑动设置于轨道平台(2.1)上移动块，所述移动块底部设置有竖向向下的吸嘴，所述检测工位(2.2)还包含有安装于工作台上的旋转台(2.2.1)，所述检测工位(2.2)包含有一正对旋转台(2.2.1)的摄像系统(2.2.2)，该摄像系统(2.2.2)正对旋转台(2.2.1)上的机械零件，所述检测工位(2.2)还包含有一安装于工作台上的滑轨(2.2.4)，所述滑轨(2.2.4)上滑动设置有滑块(2.2.3)，且滑轨(2.2.4)上开有一弃料孔，上述滑块(2.2.3)滑动设置于该弃料孔上。
2.如权利要求1所述一种多功能快速高精度机械零件检测系统，其特征在于:所述上料结构(1)包含有振动盘(1.1)，所述振动盘(1.1)的出料口处安装有一定位块(1.2)，该定位块(1.2)的端部设置有与机械零件形状相匹配的定位槽口(1.3)。
3.如权利要求1或2所述一种多功能快速高精度机械零件检测系统，其特征在于:所述系统还包含有一下料机构(3)，所述下料机构(3)包含有位于检测机构(2)旁的传输带(3.1)，该传输带(3.1)的出料端设置有一斜向向下的下料滑轨(3.2)。
4.如权利要求3所述一种多功能快速高精度机械零件检测系统，其特征在于:所述系统还设置有一用于对材质进行检测的材质检测工位，所述材质检测工位包含有安装于工作台上的检测平台，所述材质检测工位还包含有一正对检测平台的光谱仪，所述材质检测工位还包含有一安装于工作台上的滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，且滑轨上开有一弃料孔，上述滑块滑动设置于该弃料孔上。
【文档编号】G01B11/00GK104236461SQ201410500996
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】刘荣增, 刘协华, 刘理淳, 陈苏婷 申请人:江阴市精成数控有限公司