一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法与流程

本发明涉及一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法的技术领域，具体涉及一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法。

背景技术

回转体是机加工零件的常见形式，如轴、轴承、盘、套等，在夹持、加工的过程中或加工后的运装过程中，难免会发生磕碰、夹伤、划擦等问题，使这类零件的表面产生各种缺陷，这些缺陷有时会影响到产品的使用或后续的加工，因此缺陷检测时经常是必须要实现的工序。

对于机加工件，常见的材料是金属材料，在缺陷的检测过程中会遇到几个难题，一是金属表面的反光问题，二是金属表面的机油、防腐蚀液等因素的干扰，因此会对图像采集和处理提出挑战，例如，如采用常用的面阵相机采像的话，由于金属有较强的镜面反射效果，如图1所示，在光源的照明下，有些区域已经“过曝光”，而有些区域处于“欠曝光”，无论是“过曝光”还是“欠曝光”，都会造成信号的缺失。

油污和防腐蚀液对于视觉系统也会造成很大的干扰，在图像采集之前可以清洗一次，但为了防止机加工件的氧化和腐蚀，防腐蚀液通常要保留，防腐蚀液在金属表面经常不会均匀分布，因此在光源的照明下也会形成不均匀的强反光，造成图像干扰。

另外，在缺陷识别过程中，为了保证图像处理算法的可靠性，还要保证缺陷特征明显，而且与其它干扰特征（如附着物、指纹、加持油迹等）有较大的区分度，也需要在光路和光源的角度出发，提高图像质量。

技术实现要素：

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法，回转机构带动被检测的回转体零件做旋转动作，线阵相机位于旋转体的上方或其他方向，当旋转体旋转一周后，相机即可采集到旋转体的表面的展开图像；当旋转体旋转一周时，编码器给线阵相机以帧触发信号，同时给多角度光源以切换信号，使前上方、后上方、左上方、右上方和同轴五个方向的光源分别依次打开，以获取不同角度照明的图像；在镜头前面增加偏振片用于减小工件表面液体物质（如油渍、防腐蚀液等）的反光；通过多角度拍摄对应位置的图像灰度值相减，求取不同方向的图像的视差，根据视差反应工件表面的方向性，进而区分表面划伤、磕碰等形状缺陷、表面腐蚀、氧化等物性缺陷和油渍反光、表面附着等伪缺陷；不同方向上的光源照明角度也可以变化，可进一步获取金属表面在朗伯反射条件下的角度。

本发明所采取的技术方案是：

一种检测回转体表面缺陷的装置，包括框架，所述框架的一侧立框内固定有电机，所述电机的输出轴指向框架内，所述电机的输出轴端部固定有夹具，工件通过夹具与电机输出轴同轴固定，所述框架的顶框设有相机，所述相机的镜头朝向工件，所述框架还设有光源a，所述光源a位于镜头下方，所述框架上还设有位于工件前侧的光源b、位于工件右侧的光源c、位于工件后侧的光源d和位于工件左侧的光源e，所述光源a、光源b、光源c、光源d和光源e均位于工件的上方，并且光源a、光源b、光源c、光源d和光源e均照向工件，所述电机、相机、光源a、光源b、光源c、光源d和光源e均通过导线与控制器电连接。

本发明进一步改进方案是，所述电机背向输出轴的一端设有编码器，所述编码器与控制器通过导线电连接。

本发明更进一步改进方案是，所述相机通过光源a与框架的顶框连接。

本发明更进一步改进方案是，所述顶框的顶部两侧固定有支撑座，光源a的两侧通过水平横杆与支撑座连接，所述水平横杆的两端设有螺纹段，所述螺纹段并穿过支撑座所设的通孔，并且螺纹段上、位于支撑座两侧分别设有锁紧螺母，锁紧螺母将水平横杆与支撑座固定。

本发明更进一步改进方案是，所述光源c和光源e分别通过“t”型支杆与框架的立框连接，所述“t”型支杆的横杆两端分别设有与立框的支撑柱匹配的滑套，所述滑套上设有螺纹孔，锁紧螺栓穿过螺纹孔将滑套与支撑柱固定；所述“t”型支杆的中间纵杆端部通过摆杆与光源c或光源e连接，所述摆杆面向“t”型支杆的一端和“t”型支杆的端部均设有匹配的轴孔，螺栓分别穿过轴孔后通过螺母锁紧固定，摆杆的另一端固定光源c或光源e。

本发明更进一步改进方案是，所述光源b和光源d分别通过连接板与框架顶框两侧底部所设的立杆连接，所述连接板面向立杆的一端设有与立杆匹配的滑套，所述滑套上设有螺纹孔，锁紧螺栓穿过螺纹孔将滑套与立杆固定；所述滑套与连接板之间设有摆杆，所述摆杆面向滑套的一端和滑套与摆杆的连接端均设有匹配的轴孔，螺栓分别穿过轴孔后通过螺母锁紧固定，摆杆的另一端与连接板固定。

本发明更进一步改进方案是，所述连接板上设有安装孔，所述光源b上的固定螺栓和光源d的固定螺栓分别穿过连接板的安装孔后通过螺母固定。

本发明更进一步改进方案是，所述光源a、光源b、光源c、光源d和光源e各自至工件轴心之间的距离分别相等。

本发明更进一步改进方案是，所述光源a、光源b和光源d的发光面分别与工件的照射面平行；所述光源c和光源e的发光面与工件的照射面所成的夹角相等。

本发明更进一步改进方案是，所述相机为线阵相机，所述相机的镜头前设有偏振镜片。

利用如上所述的一种检测回转体表面缺陷的装置的检测方法，包括以下步骤：

1）将工件固定于夹具，是工件与电机的输出轴同轴心；

2）分别通过水平横杆、滑套、摆杆以及连接板调节光源a、光源b、光源c、光源d和光源e，使光源a、光源b和光源d的发光面分别与工件的照射面平行，所述光源c和光源e的发光面与工件的照射面所成的夹角相等；并使光源a、光源b、光源c、光源d和光源e各自至工件轴心之间的距离分别相等；

3）控制器控制电机起动，从而带动工件绕输出轴转动；

4）然后控制器按照光源b、光源d、光源e、光源c和光源a（7）的顺序依次控制各光源的开启；

5）当光源开启后，控制器根据编码器的信号控制相机，当编码器发出信号之后，控制器控制相机进行拍摄，当编码器发出转动完整一周的信号后，控制器控制相机停止拍摄；

6）当相机完成了五种光源状态下的拍摄后，控制器分别显示各光源照射下的相片、以及光源b照射下照片和光源d照射下照片结合处理后的相片、光源c照射下照片和光源e照射下照片结合处理后的相片。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤6）中，相片处理的时候，通过对应位置的图像灰度值相减，求取不同方向的图像的视差。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明的一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法，回转机构带动被检测的回转体零件做旋转动作，线阵相机位于旋转体的上方或其他方向，当旋转体旋转一周后，相机即可采集到旋转体的表面的展开图像。

第二、本发明的一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法，当旋转体旋转一周时，编码器给线阵相机以帧触发信号，同时给多角度光源以切换信号，使前上方、后上方、左上方、右上方和同轴五个方向的光源分别依次打开，以获取不同角度照明的图像。

第三、本发明的一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法，在镜头前面增加偏振片用于减小工件表面液体物质（如油渍、防腐蚀液等）的反光。

第四、本发明的一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法，通过多角度拍摄对应位置的图像灰度值相减，求取不同方向的图像的视差，根据视差反应工件表面的方向性，进而区分表面划伤、磕碰等形状缺陷、表面腐蚀、氧化等物性缺陷和油渍反光、表面附着等伪缺陷。

第五、本发明的一种检测回转体表面缺陷的装置及其检测方法，不同方向上的光源照明角度也可以变化，可进一步获取金属表面在朗伯反射条件下的角度。

附图说明：

图1为现有技术中的光源下的拍摄图像。

图2为本发明的主视结构示意图。

图3为本发明的电连接示意图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为实施例1的待测工件。

图6为实施例1中光源e状态下所拍摄的相片中工件划伤部位放大图和光源c状态下所拍摄的相片中工件划伤部位放大图以及上述两相片差值处理后的工件划伤部位放大图。

图7为实施例1中光源光源b状态下所拍摄的相片中工件压痕部位放大图和光源d状态下所拍摄的相片中工件压痕部位放大图以及上述两相片差值处理后的相片和差值绝对值处理后的工件压痕部位放大图。

具体实施方式：

结合图2~图4可知，本发明包括框架1，所述框架1的一侧立框内固定有电机2，所述电机2的输出轴指向框架1内，所述电机2的输出轴端部固定有夹具3，工件4通过夹具3与电机2输出轴同轴固定，所述框架1的顶框设有相机5，所述相机5的镜头朝向工件4，所述框架1还设有光源a7，所述光源a7位于镜头下方，所述框架1上还设有位于工件4前侧的光源b8、位于工件4右侧的光源c9、位于工件4后侧的光源d10和位于工件4左侧的光源e11，所述光源a7、光源b8、光源c9、光源d10和光源e11均位于工件10的上方，并且光源a7、光源b8、光源c9、光源d10和光源e11均照向工件4，所述电机2、相机5、光源a7、光源b8、光源c9、光源d10和光源e11均通过导线与控制器19电连接。

所述电机2背向输出轴的一端设有编码器20，所述编码器20与控制器19通过导线电连接。

所述相机5通过光源a7与框架1的顶框连接。

所述顶框的顶部两侧固定有支撑座13，光源a7的两侧通过水平横杆与支撑座13连接，所述水平横杆的两端设有螺纹段，所述螺纹段并穿过支撑座13所设的通孔，并且螺纹段上、位于支撑座13两侧分别设有锁紧螺母，锁紧螺母将水平横杆与支撑座13固定。

所述光源c9和光源e11分别通过“t”型支杆18与框架1的立框连接，所述“t”型支杆18的横杆两端分别设有与立框的支撑柱匹配的滑套15，所述滑套15上设有螺纹孔，锁紧螺栓穿过螺纹孔将滑套15与支撑柱固定；所述“t”型支杆18的中间纵杆端部通过摆杆16与光源c9或光源e11连接，所述摆杆16面向“t”型支杆18的一端和“t”型支杆18的端部均设有匹配的轴孔，螺栓分别穿过轴孔后通过螺母锁紧固定，摆杆16的另一端固定光源c9或光源e11。

所述光源b8和光源d10分别通过连接板17与框架1顶框两侧底部所设的立杆14连接，所述连接板17面向立杆14的一端设有与立杆14匹配的滑套15，所述滑套15上设有螺纹孔，锁紧螺栓穿过螺纹孔将滑套15与立杆14固定；所述滑套15与连接板17之间设有摆杆16，所述摆杆16面向滑套15的一端和滑套15与摆杆16的连接端均设有匹配的轴孔，螺栓分别穿过轴孔后通过螺母锁紧固定，摆杆16的另一端与连接板17固定。

所述连接板17上设有安装孔，所述光源b8上的固定螺栓和光源d10的固定螺栓分别穿过连接板17的安装孔后通过螺母固定。

所述光源a7、光源b8、光源c9、光源d10和光源e11各自至工件4轴心之间的距离分别相等。

所述光源a7、光源b8和光源d10的发光面分别与工件4的照射面平行；所述光源c9和光源e11的发光面与工件4的照射面所成的夹角相等。

所述相机5为线阵相机，所述相机5的镜头前设有偏振镜片6。

利用如上所述的一种检测回转体表面缺陷的装置的检测方法，包括以下步骤：

1）将工件4固定于夹具3，是工件4与电机2的输出轴同轴心；

2）分别通过水平横杆、滑套15、摆杆16以及连接板17调节光源a7、光源b8、光源c9、光源d10和光源e11，使光源a7、光源b8和光源d10的发光面分别与工件4的照射面平行，所述光源c9和光源e11的发光面与工件4的照射面所成的夹角相等；并使光源a7、光源b8、光源c9、光源d10和光源e11各自至工件4轴心之间的距离分别相等；

3）控制器19控制电机2起动，从而带动工件4绕输出轴转动；

4）然后控制器19按照光源b8、光源d10、光源e11、光源c9和光源a7的顺序依次控制各光源的开启；

5）当光源开启后，控制器19根据编码器20的信号控制相机5，当编码器20发出信号之后，控制器19控制相机5进行拍摄，当编码器20发出转动完整一周的信号后，控制器19控制相机5停止拍摄；

6）当相机5完成了五种光源状态下的拍摄后，控制器19分别显示各光源照射下的相片、以及光源b8照射下照片和光源d10照射下照片结合处理后的相片、光源c9照射下照片和光源e11照射下照片结合处理后的相片。

所述步骤6）中，相片处理的时候，通过对应位置的图像灰度值相减，求取不同方向的图像的视差。

实施例1

如图5所示，图中工件为待检测工件4，工件4左边有三条错误加工痕迹，工件4中间有一些划伤和压痕。

如图6所示，为图5中的工件4误加工痕迹经过以上所构建的系统采集到的图像的局部放大图，其中图6a）为左光源照明时的图像，图6b）为右光源照明时的图像，从二图中可以看到，在误加工痕迹处，二者图像明暗变化正好相反，图6c）为二者相减得到的图像，从相减结果可以看出在误加工痕迹处，信号得到了增强，为缺陷提取提供了有利条件。

如图7所示，为图5中的工件4局部压痕经过以上所构建的系统采集到的图像的局部放大图，其中图7a）为前光源（按照图像方向为上光源）照明图像，图7b）为后光源（按照图像方向为下光源）照明图像，同样可以看出在压痕的边缘处或斜坡处，二图的明暗程度也正好相反，图7c）为二者相减图像，压痕信号得到了增强，图7d）为图7c）求绝对值的结果，可以看出图像中主要剩余了压痕信号，为缺陷提取提供了有利条件。