一种基于机器视觉的零件检测装置的制作方法

本公开涉及机器视觉检测技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的零件检测装置。

背景技术：

可滚动的零件，例如销子、滚珠、台阶轴的加工一般要经过十几道工序，在加工过程中会经常出现一些缺陷，严重影响了零件的质量及品质，必须加以控制。因此，在进行装配前，需要对零件进行检测，避免最终造成设备的严重毁坏。

目前机器视觉检测设备检测零件时，需要将工件放置在检测平台上进行检测。当使用多个相机对工件进行拍照时，由于检测平台的承载，将造成承载接触面无法拍摄到照片，需要移动零件位置后再次拍摄。有时为了完成多个检测项目，例如零件尺寸轮廓、表面缺陷等，还需要多次在检测平台上检测，大大降低了效率，不利于应用在工业检测上。

技术实现要素：

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种基于机器视觉的零件检测装置。

具体地，所述基于机器视觉的零件检测装置包括：第一面板、检测平台、背光源以及至少一个相机；

所述检测平台水平设置，检测平台的两侧分别设置有所述背光源与至少一个所述相机；所述第一面板具有倾斜面，倾斜面的底部抵靠所述检测平台，且与所述检测平台的相对高度能够调整；

其中，当待检测零件从倾斜面上滚动至所述检测平台之后，以第一速度在所述检测平台上滚动，在滚动过程中，至少一个所述相机在所述背光源的配合下采集所述待检测零件的表面图像。

可选地，所述装置还包括：传送组件；

所述传送组件包括：传送带和位于所述传送带上方的引导槽；在所述传送带的带动下，所述待检测零件经过所述引导槽导向至所述第一面板。

可选地，所述第一面板上设置有凹槽，沿所述引导槽的导向方向设置，用于定位所述待检测零件。

可选地，所述装置还包括：驱动组件，具有位于所述凹槽上方的驱动件，用于将所述待检测零件移出所述凹槽。

可选地，所述驱动件包括：平行设置的第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件与所述第二驱动件之间的距离能够调整，且与所述待检测零件的尺寸适配。

可选地，所述装置还包括：控制器；其中，所述传送组件上设置有定位装置，用于定位所述待检测零件移动至所述凹槽，并向所述控制器发送移出指令；所述控制器根据接收到的所述移出指令控制所述驱动件将所述待检测零件移出所述凹槽。

可选地，所述检测平台包括：透明玻璃、第二面板以及固定所述透明玻璃与所述第二面板的固定件；

其中，所述第二面板具有倾斜面，倾斜面的顶部抵靠所述透明玻璃，所述待检测零件在倾斜面上滚动后离开所述检测平台。

可选地，所述固定件上设置有光电传感器，用于感应所述待检测零件进入所述检测平台，并向所述控制器发送拍照指令，所述控制器根据接收到的所述拍照指令控制至少一个所述相机拍照；和/或

所述固定件上设置有光电传感器，用于感应所述待检测零件离开所述检测平台，并向所述控制器发送移出指令，所述控制器根据接收到的所述移出指令控制所述驱动件将下一个待检测零件移出所述凹槽。

可选地，所述装置还包括：平台擦拭组件，位于所述检测平台上方，能够沿垂直于所述待检测零件滚动方向运动以擦拭所述检测平台。

可选地，所述装置还包括：分拣组件，位于所述检测平台的一侧，用于对所述待检测零件进行分选。

可选地，所述背光源为面光源或平行光源；至少一个所述相机在所述背光源的配合下采集所述待检测零件的表面图像。

可选地，至少两个所述相机上设置有第二光源，沿所述待检测零件滚动方向的侧面设置；至少两个所述相机在所述第二光源的配合下采集所述待检测零件的表面图像。

可选地，至少一个所述相机上设置有第二光源，所述背光源为面光源或平行光源；

至少一个所述相机在所述背光源、所述第二光源的配合下采集所述待检测零件的表面图像。

可选地，至少一个所述相机上设置有第二光源，且所述相机沿所述待检测零件滚动方向的侧面设置；

至少一个所述相机在所述第二光源的配合下采集所述待检测零件的表面图像。

可选地，所述装置还包括：正面光源，设置在至少一个所述相机一侧；所述正面光源为面光源，且沿所述待检测零件滚动方向的侧面设置；

至少一个所述相机在所述面光源的配合下采集所述待检测零件的表面图像。

可选地，所述面光源前设置有狭缝，用于产生平行光照射在所述待检测零件上成像。

本公开实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的基于机器视觉的零件检测装置，包括：第一面板、检测平台、背光源以及至少一个相机；所述检测平台水平设置，检测平台的两侧分别设置有所述背光源与至少一个所述相机；所述第一面板具有倾斜面，倾斜面的底部抵靠在所述检测平台，且与所述检测平台的相对高度能够调整；其中，待检测零件从倾斜面上滚动至所述检测平台，之后以第一速度在所述检测平台上滚动，在滚动过程中，至少一个所述相机在所述背光源的配合下采集所述待检测零件的表面图像。该技术方案利用第一面板的倾斜面，为待检测零件在检测平台上运动提供初始速度，从而至少一个相机在背光源的配合下可以采集若干张待检测零件运动过程的图像照片，进而通过图像分析可以确定零件是否合格，由于可以在一次检测过程中针对不同检测项目拍摄多张照片，从而极大地提高了检测效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：

图1示出根据本公开实施例的基于机器视觉的零件检测装置的主视图；

图2示出图1所示基于机器视觉的零件检测装置的爆炸图；

图3示出根据本公开实施例的驱动组件的局部放大图；

图4示出根据本公开实施例的检测平台的结构示意图；

图5示出根据本公开实施例的待检测零件尺寸检测示意图；

图6示出根据本公开实施例的待检测零件端面检测示意图；

图7示出根据本公开实施例的待检测零件端面检测示意图；

图8示出根据本公开实施例的待检测零件圆柱面检测示意图；

图9示出根据本公开实施例的待检测零件尺寸检测结果示意图；

图10示出根据本公开实施例的待检测零件端面检测结果示意图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。

在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

目前机器视觉检测设备检测零件时，需要将工件放置在检测平台上进行检测。当使用多个相机对工件进行拍照时，由于检测平台的承载，将造成承载接触面无法拍摄到照片，需要移动零件位置后再次拍摄。有时为了完成多个检测项目，例如零件尺寸轮廓、表面缺陷等，还需要多次在检测平台上检测，大大降低了效率，不利于应用在工业检测上。

为至少部分地解决发明人发现的现有技术中的问题而提出本公开。

如图1-4所示，所述基于机器视觉的零件检测装置包括：第一面板10、检测平台20、背光源30以及至少一个相机40；

所述检测平台20水平设置，检测平台20的两侧分别设置有所述背光源30与至少一个所述相机40；所述第一面板10具有倾斜面11，倾斜面11的底部抵靠所述检测平台20，且与所述检测平台20的相对高度能够调整；

其中，当待检测零件d从倾斜面11上滚动至所述检测平台20之后，以第一速度在所述检测平台20上滚动，在滚动过程中，至少一个所述相机40在所述背光源30的配合下采集所述待检测零件的表面图像。

本公开实施例提供的基于机器视觉的零件检测装置，利用第一面板的倾斜面，为待检测零件在检测平台上运动提供初始速度，从而至少一个相机在背光源的配合下可以采集若干张待检测零件运动过程的图像照片，进而通过图像分析可以确定零件是否合格，由于可以在一次检测过程中针对不同检测项目拍摄多张照片，从而极大地提高了检测效率。

根据本公开的实施例，待检测零件通常为滚动的轴，例如销子、滚珠、台阶轴、圆柱滚子、滚针等，本公开对此不做限制。

根据本公开的实施例，第一面板10具有倾斜面11，倾斜面11的底部抵靠在所述检测平台20，且与所述检测平台20的相对高度能够调整，例如高度至少与检测平台20齐平或者稍高于检测平台20，从而避免待检测零件卡在二者之间，使其能够以第一速度顺利在检测平台20上滚动。

根据本公开的实施例，检测平台20采用无磨损高透过无色光学玻璃，使底部背光源30发出的光能够充分的穿透平台从而对待检测零件进行照射。检测平台20与水平地面保持相对平行，且平台厚度适中，密度均匀，其与背光源30的距离适中。根据检测需求来确定检测平台20的尺寸轮廓。以滚动轴为例，平台的长度需大于轴的周长，平台的宽度需大于轴的长度。当然，若同时要检测轴的圆度和缺陷，则平台的长度需要适度增加。

根据本公开的实施例，背光源30可以选择面光源，其位于检测平台20的正下方，与检测平台20的距离通常超过10cm，从而照射整个检测平台20的表面。背光源30与相机40配合可以对待检测零件进行尺寸轮廓检测。

根据本公开的实施例，相机40采用高分辨率工业相机对零件曝光拍摄，其位于检测平台20的正上方，相机镜头的取景范围能够覆盖整个检测平台20。相机40与背光源30配合可以对待检测零件进行尺寸轮廓和表面缺陷检测，对待检测零件进行表面缺陷检测时，需要关闭背光源30，具体方法在下文中予以说明。

由于待检测零件在检测平台20上采取低速运动的方式滚动，所以相机40的曝光时间要尽可能短，以减少运动模糊造成的影响。根据需要可以选择一个高精度的相机40来完成同一零件在整个检测平台20上的拍摄，为了节省成本，也可以在待检测零件运动的方向上设置多个低精度的相机40，多个相机40排成一列，分别在待检测零件的运动过程中拍摄图片，或者控制每个相机40的取景区域，使每个相机40只负责拍摄该取景区域内的图片，本公开对此不做限制。

根据本公开的实施例，所述装置还包括：传送组件50；所述传送组件50包括：传送带51和位于所述传送带51上方的引导槽52；在所述传送带51的带动下，所述待检测零件经过所述引导槽52导向至所述第一面板10。具体地，所述第一面板10还具有水平面，其上设置有凹槽12，沿所述引导槽52的导向方向设置，用于定位所述待检测零件。

检测前，可以将若干待检测零件通过传送带51输送至第一面板10上，对于滚动轴来说，利用引导槽52能够避免其在传送过程中发生滚动，而且为了进一步定位滚动轴的位置，可以通过引导槽52将滚动轴导向至凹槽12内，凹槽12也起到防止滚动轴任意移动的作用，待前一滚动轴完成图像采集后，再将当前凹槽12内的滚动轴移出凹槽12进行图像采集。

在本公开方式中，第一面板10还具有固定面，与水平面垂直设置，用于将第一面板10固定在所述传送组件50上。第一面板10与检测平台20可以是分开设置的独立装置，第一面板10在所述传送组件50固定后，其倾斜面11的底部抵靠检测平台20。

需要说明的是，倾斜面11的倾斜角度可以调整以获得不同的第一速度值，一种实施方式是，倾斜面11与水平面之间铰接，通过调整二者的角度，同时调整第一面板10与检测平台20的相对距离，使第一面板10抵靠检测平台20；一种实施方式是，根据待检测零件的尺寸轮廓确定合适倾斜角度的第一面板10，然后更换相应的第一面板10并安装在传送组件50上，以确保待检测零件滚动的距离足以离开检测平台20，而不影响下一待检测零件的检测。以上实施方式仅为示意性说明，本公开对此不做限制。

根据本公开的实施例，所述装置还包括：驱动组件60，具有位于所述凹槽12上方的驱动件61，用于将所述待检测零件移出所述凹槽12。在本公开方式中，驱动组件60可以为带有气缸的装置，在气缸的驱动下，驱动件61将待检测零件从凹槽12中移出，使其以速度v0落下，忽略摩擦力的情况，待检测零件运动到检测平台20上的速度为v，表示为：其中h为倾斜面高度差，g为重力加速度。通过调节高度差h，可以调节速度v。

根据本公开的实施例，所述驱动件61包括：平行设置的第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件与所述第二驱动件之间的距离能够调整，且与所述待检测零件的尺寸适配。以滚动轴为例，对于不同尺寸轮廓的滚动轴，为了使驱动件61在移出滚动轴时能够不损伤滚动轴的中间部分，可以调整第一驱动件与第二驱动件之间的距离与滚动轴的两端对齐，这样从两端施加推动力，可以在不损伤滚动轴的前提下，保证滚动轴受力均匀，从而在通过检测平台20时，能够将滚动表面更好地暴露在相机40的视野范围下，有利于图像采集与数据分析。

根据本公开的实施例，所述装置还包括控制器；其中，所述传送组件50上设置有定位装置53，用于定位所述待检测零件移动至所述凹槽12，并向所述控制器发送移出指令；所述控制器根据接收到的所述移出指令控制所述驱动件61将所述待检测零件移出所述凹槽12。

根据本公开的实施例，检测平台20包括：透明玻璃21、第二面板22以及固定所述透明玻璃21与所述第二面板22的固定件23；其中，所述第二面板22具有倾斜面，倾斜面的顶部抵靠所述透明玻璃21，所述待检测零件在倾斜面上滚动后离开所述检测平台20。

在本公开方式中，透明玻璃21的一端抵靠第一面板10，另一端抵靠第二面板22，待检测零件从第一面板10的倾斜面滚动到透明玻璃21后以第一速度继续滚动，然后至少一个相机40在背光源30的配合下采集待检测零件的表面图像。待检测零件在透明玻璃21上运动一端距离后，速度会变小，运动至第二面板22上时，通过第二面板22的倾斜面可以使待检测零件在离开检测平台20后能够继续运动，而不会停下来，避免了与下一个待检测零件发生碰撞。

根据本公开的实施例，所述固定件23上设置有光电传感器231，光电传感器231的位置位于透明玻璃21的头部和/或第二面板22的尾部，设置在透明玻璃21头部的光电传感器用于感应所述待检测零件进入所述检测平台20，并向所述控制器发送拍照指令，所述控制器根据接收到的所述拍照指令控制至少一个所述相机40拍照；设置在第二面板22的尾部的光电传感器用于感应所述待检测零件离开所述检测平台20，并向所述控制器发送移出指令，所述控制器根据接收到的所述移出指令控制所述驱动件61将下一个待检测零件移出所述凹槽121。

根据本公开的实施例，所述装置还包括：平台擦拭组件70，位于所述检测平台20上方，能够沿垂直于所述待检测零件滚动方向运动以擦拭所述检测平台20。

在本公开方式中，待检测零件经过例如防锈、打磨或者清洗阶段处理后，其表面可能带有杂质例如灰尘、污渍、油污，检测平台20在检测多个待检测零件后会附着有这些杂质，一方面在背光源的照射下，这些杂质会影响成像效果，在图像分析时容易误判为不合格品；另一方面可能造成待检测零件的运动停滞，导致无法完成检测。为了避免上述情况发生，可以利用平台擦拭组件70将杂质清除，以保证检测的正常进行。具体地，可以设置平台擦拭组件70的擦拭周期定期进行擦拭，也可以手动控制及时将杂质清除，本公开对此不做限制。

在本公开方式中，平台擦拭组件70的运动模式可以为先从检测平台20一端开始横向水平穿过，然后再于另一端返回原始位置，擦拭过程中需保证装置处于稳定状态。一些情况下，平台擦拭组件20还需具备抬起、落下的功能，以避免遮挡相机40。

根据本公开的实施例，所述装置还包括：分拣组件80，位于所述检测平台20的一侧，用于对所述待检测零件进行分选。分拣组件80可以根据待检测零件的图像分析结果切换分拣口，将合格和不合格的待检测零件经由不同的分拣口回收分选。

具体地，所述分拣组件80包括翻板81、合格品收集箱82和不合格品出料导轨83。待检测零件从第二面板22滚动至翻板81上时，若经过图像分析得出待检测零件无缺陷，则将合格品送至合格品收集箱82中，若经过图像分析得出待检测零件是不合格品，则转动翻板81将该不合格品送至不合格品出料导轨83，之后进行废品处理。

下面具体说明待检测零件的尺寸以及表面缺陷的检测方式：

1、待检测零件尺寸检测方式：

请参照图5，背光源30为面光源或平行光源；至少一个所述相机40在所述背光源30的配合下采集所述待检测零件d的表面图像，分析所述待检测零件的尺寸轮廓。

具体地，通过背光源30(面光源或平行光源)打光，使用相40拍照，形成背景为亮色待检测零件为暗色的照片(如图9所示)，用于对待检测零件长度、直径、倒角长度、倒角角度等进行检测。在轴滚动的过程中，可以对长度、直径、倒角等参数进行多次测量，并根据测量值的均值与方差来定量评估各个参数的精度，对产品进行高质量测量。其中，测量次数n、拍照间隔t和轴滚动速度v之间的关系为t＝πd/(nv)，曝光时间t需小于拍照间隔t，即t<t。

2、待检测零件端面以及端面缺陷检测方式：

请参照图6，至少两个相机40上设置有第二光源41，设置在至少一个所述相机40一侧，且沿所述待检测零件d滚动方向的侧面设置，第二光源一般安放在相机40镜头的四周，例如为环形光源，可用于轴端面的凹坑、缺角等缺陷检测；至少两个所述相机40在所述第二光源的配合下采集所述待检测零件d的表面图像，分析所述待检测零件的端面尺寸(例如端面圆度、圆直径)以及端面缺陷(如图10所示)。

请参照图7，当进行端面缺陷检测时，还可以采用顶部面光源42。具体地，顶部面光源42的入射方向与端面的夹角往往控制在1～10度，从侧方对端面进行照射。

3、待检测零件尺寸以及表面缺陷检测方式：

请参照图5，至少一个相机40上设置有第二光源41，背光源30为面光源或平行光源；至少一个所述相机40在所述背光源30、所述第二光源的配合下采集所述待检测零件d的表面图像，分析所述待检测零件的尺寸轮廓和表面缺陷。

具体地，通过背光源30(面光源或平行光源)打光，使用相40拍照，形成背景为亮色待检测零件为暗色的照片，用于对待检测零件长度、直径、倒角长度、倒角角度等进行检测；关闭背光源30，通过第二光源打光，形成背景为暗色待检测零件为亮色的照片，用于对待检测零件的表面缺陷进行检测。

同一待检测零件在检测平台上运动一次，背光源30、第二光源关闭或打开以配合相机40的曝光，即可同时获得待检测零件尺寸轮廓以及表面缺陷分析所需的照片，而无需多次检测。

在分析待检测零件的表面缺陷时，需要多次曝光拍摄若干张待检测零件滚动时的表面照片，例如以6mm直径滚动轴为例，需要获取3-6张照片，以完全覆盖其表面，通常情况下还会多拍摄一些照片，以提高检测精度。对于得到的多个照片，若其中一张确定有缺陷，则将其认定为不合格品，只有全部照片都没有缺陷，才认定为合格品。

需要说明的是，根据需要也可以只对待检测零件尺寸轮廓或者表面缺陷中的一项进行检测，具体可以采用相应的曝光方式，在此不予赘述。

4、待检测零件圆柱面缺陷检测方式：

请参照图8，所述装置还包括：正面光源43；所述正面光源43为面光源，且沿所述待检测零件d滚动方向的侧面设置

至少一个所述相机40在所述面光源的配合下采集所述待检测零件d的表面图像，分析所述待检测零件的圆柱面缺陷。

在本公开方式中，所述面光源前设置有狭缝44，用于产生平行光照射在所述待检测零件上成像。当对轴的柱面进行缺陷检测时，相机位于轴的上方，而狭缝状平行光源从水平方向对柱面进行小角度照射。

具体地，通过正面光源或者侧面平行狭缝光源打光，使用相机40对待检测零件圆柱面缺陷进行检测。若检测要求入射光与表面的夹角小于θ(单位度)，那么完整的圆柱面缺陷检测需要拍照的张数n满足n>360/θ。例如，若θ＝10，那么至少应该拍36张照片。同时狭缝平行光对圆柱面照射区域的高度hp<r(1-cosθ)，其中r为待检测零件的半径。

本公开实施例提供的基于机器视觉的零件检测装置至少具有以下优点效果：

(1)全方位无死角检测。充分利用轴类零件的滚动特性，将零件各个角度的表面依次暴露在相机下进行拍摄，几乎无死角的对零件进行全方位检查。

(2)节省相机资源。由于采用滚动检测方式，单单使用一个相机通过多次曝光即可对轴类零件进行尺寸、轮廓及表面缺陷检测，充分节约了相机资源，降低了成本。如果想检测端面，则需要再加装两个端面相机。

(3)检测效率高。在轴滚动行进过程中进行实时检测，其检测速度主要取决于视觉设备的检测速度。目前每秒可进行5次检测，每次检测一个轴，8小时可检测约14.4万个轴，其速度远高于机械手装置。

(4)装置简易通用。机械装置设置更加简便容易，制造成本更低，且运行更加稳定，由于简便通用性强，一台设备可检测多种产品规格，其直径和长度大小不一，还可以检测其他类型可滚动的零部件，例如滚珠、台阶轴等等。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。