专利名称：流水式机器视觉检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及采用运动控制技术精确定位、光学成像及图像分析技术来对产品的外观和外形进行品质检测技术，特别是一种流水式机器视觉检测仪。
背景技术：
目前，公知的批量产品的外观和外形的品质检测都是通过人眼来检测，由于人眼的判断不易量化和执行、人眼容易疲劳、人容易有情绪化、有些高温或有毒环境中不能长时工作等因素，致使现在对产品外观和外形的品质检测普遍误判和错判率都很高。有些地方曾尝试用照像机来获取图像来取代人眼检测，但都是通过手工将单个产品直接放在工作台上进行照相检测，检测完再拿走，再放一个新的，如此重复进行，自动化程度低、检测效率低，检测人员的工作强度大，而且检测精度差，无法适应现代高速自动化生产线的需要。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种流水式机器视觉检测仪，它能够自动、快速地将待测产品逐个精确地输送到成像工作台，获取产品的图像，并进行分析比对，从而判别待测产品的外观或外形质量的品质，达到快速检测和提高准确率的目的。
本实用新型流水式机器视觉检测仪包括安装于机架上的成像工作台，还包括产品输送机构，该机构安装于所述机架上，它包括输送带、步进电机或伺服电机、以及电机驱动器，电机驱动器驱动步进电机或伺服电机运转，带动输送带间歇移动，将输送带上的待测产品逐个精确地送至成像工作台；光学成像器，它安装于成像工作台上方，用于获取成像工作台上的待测产品的图像；光源，它安装于成像工作台前上方，当光学成像器获取待测产品的图像时，光源从待测产品前面照射该待测产品；计算机，它与光学成像器连接，采集光学成像器获得的图像，并进行待测产品图像与样品图像的分析比对，从而判别待测产品的品质；计算机还与产品输送机构的电机驱动器连接，控制传送带与光学成像器谐调动作。
本流水式机器视觉检测仪将运动控制技术、光学成像及图像分析技术相结合来对产品的外观和外形进行品质检测，能自动对输送带上的待测产品逐个进行检测，检测效率高，准确。操作人员只需将待测产品放在输送带上，本检测仪即可自动完成待测产品的输送、拍照、分析判断等过程，直到输出检测结果，然后自动进入下一待测产品的检测，传送带进给与光学成像器拍照谐调动作，不需人工干预，有效解决了传统采用人眼检测和手工取放产品进行光学拍照检测等方法检测效率低、误判率高的缺陷。
它通过导入运动控制技术精确定位，有效地解决了待测产品的输送和定位问题，能够保证在拍照的瞬间待测产品是不移动的，且刚好停在相机的正下方，而且是最初拍样时的位置，不相差1mm。
它先通过快速正规化相关匹配算法，快速定位关键元素在图像中的位置，然后比较图像中设定的关键元素，来判别待测产品是良品还是还不良品，而非整个产品的图像，允许待测产品在一定范围内旋转和移动。
图1为本实施例流水式机器视觉检测仪的主视图；图2为其侧视图；图3为其俯视图；图4为本实施例流水式机器视觉检测仪的原理框图。
具体实施方式
本实用新型流水式机器视觉检测仪是利用机器视觉图像分析和运动控制定位的原理对产品的外观或外形质量进行检测的设备。检测仪的技术方案包含四大块同步带式循环传动机构、精确定位电机控制、光学成像系统和图像分析系统。即通过对待检测产品的首次成像取样后，对工件判别的重要元素在计算机图像分析系统中进行设置。在实际生产线检测过程中，通过精确定位电机对循环输送带间谐式精确定位，保证每次工件基本和取样在同一位置成像，图像分析系统对新图样和取样的关键元素进行对比，从而检测工件的外观或外形的品质。
以下结合附图进一步说明如图1-4所示，本实施例流水式机器视觉检测仪包括机架10，机架10上设置成像工作台，还包括产品输送机构，采用同步带式循环传动机构，安装于机架10上，该机构包括输送带7、步进电机或伺服电机3以及电机驱动器，电机驱动器驱动步进电机或伺服电机3运转，带动输送带7间歇移动，将输送带7上的待测产品逐个精确地送至成像工作台；光学成像器4，采用光学相机，安装于成像工作台上方，用于获取成像工作台上的待测产品的图像；光源5，它由多个高亮度的发光二极管组成，安装于成像工作台前上方，当光学成像器4获取待测产品的图像时，光源5从待测产品前面照射该待测产品，使成像器4获得清晰的产品图像；计算机1，它与光学成像器4连接，采集光学成像器4获得的图像，并进行待测产品图像与样品图像的分析比对，从而判别待测产品的品质；计算机1还与产品输送机构的电机驱动器连接，控制传送带7与光学成像器4谐调动作。
计算机1内安装的软件系统包括硬件通讯模块，内核模块(即图像分析模块)，用户界面模块，硬件系统诊断模块，检测结果与中间数据存储、分析、报表模块。其中，硬件通讯模块进行图像数据采集、状态读取以及命令发送。图像分析模块从样品图像中提取需要判别的关键元素，存储在存储器中，检验待测产品时，利用快速相关匹配算法、符号结构法状识别算法、图形重心矩识别算法将待测产品的图像得关键元素与存储器中样品图像的关键元素进行对比，从而判别待测产品的品质。
图中，9为计算机显示器，10为机架，11为输送带7上用于放置待测产品的位置。光学成像器4和光源5安装在箱体8中。
为了提高效率，首先解决工件移动问题，众所周知，电脑分析速度可以通过提高电脑配置和改善算法来提高，可是如果工人放置工件时间很长，远远大于电脑分析的时间，则整台设备的效率极低。同时在移动中拍照，极易影响图片效果，于是要求在拍照的瞬间工件是不移动的，工件刚好停在相机的正下方，而且是最初拍样时的位置，不相差1mm，这就要求有精确的定位控制。本实用新型通过将运动控制技术的导入有效地解决了工件移动的问题。运动控制是指通过对步进或伺电机的精确定位控制，来达到准确的运动目的，该技术目前已较成熟。流水式输送带是指通过普通传动马达带动输送带往复转动达到不断输送工件的目标，目前公知的输送带都只能达到调速的作用，都不可以做到任意位置停止即精确定位。本实用新型是将上述知识和技术组合形成全新的方案，将用于精确定位的步进和伺服马达用在流水输送带上，构成连续的精确定位，达到既能持续运转又能精确定位，保证每幅图片位置在+/-1mm以内的偏差，同时每分钟达到70个工件的检测速度。
由于放置工件的时候总会有些不一致性，使得待测工件与样件比较在一定范围内会有些位置偏移，工件旋转等。既使同一个工件(合格品)的图片也会有些出入。过去的图像分析系统将两幅不同的图片，进行点对点的比较，查找出两者的差异性，然后根据差异阈值进而判断两图的相关性。该种技术的应用目前正在尝试中，都不能做到旋转对比，局部相关系统智能比对等。为了解决此问题，本流水式机器视觉检测仪中采用了快速计算工件在输送带上的x-y-θ偏移的计算方法，具体描述如下在图像的上半部分指定一个元素作为一个特征A，在图像的下半部分指定一个元素作为一个特征B，指定特征A与特征B的搜寻范围SA与SB，并且要求SA与SB不允许有重叠的区域。在检测标准中保存特征A与特征B的位置与大小及图像数据，搜寻范围SA与SB的位置与大小。检测时，在指定的搜寻范围SA中搜寻特征A，在搜寻范围SB中搜寻特征B，计算出特征A与特征B的中心点，以特征A与特征B中心点做一条直线AB，计算与标准样本中直线AB的夹角，从而可以确定待检测键盘与标准样品的θ偏差，通过计算两直线的中点在X、Y方向的偏差，可以确定待检测键盘与标准样品的X-Y偏差。由于本方法中的特征可以任意指定，所以具有灵活性，有普篇的适应性；每个特征的搜寻范围可以设置在图像的1/4范围内容，故搜寻速度快；由于一个特征处于图像上半部分，另一个特征处于图像下半部分，而且是用通过两个特征的中心点的直线的中点来计算X-Yθ偏差，所以定位准确。由于工件在传送带上θ偏差在-5度到5度的范围内，所以选择快速正归化相关匹配算法进行特征A与特征B的搜寻。
使用上述流水式机器视觉检测仪对产品的外观和外形进行品质检验的方法包括以下步骤a、计算机通过光学成像器采集样品图像，从样品图像中提取需要判别的关键元素，存储在存储器中；b、将待测产品间隔排列在输送带上；c、控制模块控制输送带间歇移动，将输送带上的待测产品逐个送至成像工作台；d、光学成像器获取成像工作台上的待测产品的图像，传输给计算机；e、计算机将待测产品的图像与存储器中样品图像的关键元素进行对比，从而判别待测产品的品质；f、对不合格产品做标记或返回前道工序，将合格产品输送到下一工序。
步骤a中，从样品图像中提取需要判别的关键元素的方法为最大类间方差二值化、基于连通性原理的斑块分割方法、符号结构法、图形重心矩分析法。
本流水式机器视觉检测仪将运动控制技术、光学成像及图像分析技术相结合来对产品的外观和外形质量进行检测。操作人员只需将待测产品放在输送带上，计算机控制伺服电机和光学成像器谐调动作完成对待测产品的输送和拍照，它能够自动对输送带上间隔排列的待测产品逐个进行品质检测，不需人工干预，有效解决了传统采用人眼检测和手工取放产品进行光学拍照检测等方法检测效率低、误判率高的缺陷。
下面以对手机键盘的品质检测为例具体说明其应用键盘品质问题可以分为两大类第一类是键盘上的按键错装(一般由混料引起)、倒装；第二类是键盘中按键上的表面瑕疵，如字符印刷不良、印刷位置偏、划痕、气泡、崩角等，其中字符印刷不良、印刷位置偏用人眼可以发现，划痕、气泡、崩角用人眼要非常仔细才能发现。按键错装主要有两种情形同型号键盘中的不同按键错装，不同型号键盘之间的按键错装。同型号键盘中的不同按键错装一般比较明显，按键上的特征一般都相差比较大，不同型号键盘之间的按键错装时，基本上是同一种型号键盘的不同版本之间混料引起，按键上的特征一般都相差很小，难以区分。
检测要求 检测准确性检测准确性可以用两个参数来描述，“错判率”、“误判率”。
“错判”--将不良品判断为良品；“误判”--将良品判断为不良品；所有与键盘生成加工及相关企业都要求键盘不能有第一类品质问题，即按键错装、倒装。要求检测仪应能准确无误的检测出所有含有第一类品质问题的键盘。一般要求“错判率”为零；“误判率”要小于千分之五。
对键盘品质要求较高的相关企业常要求键盘不能有第二类品质问题，即按键表面瑕疵。一般要求“错判率”要小于百分之一；“误判率”要小于百分之五。第二类品质问题的判断临界值都要求可调。
检测速度对检测速度的要求是基本每分钟30-70个。
良品与不良品的分流不同的企业有不同要求，有的要求自动分流，有的要求手动分流。
对检测仪的硬件性能要求一般都要求能24小时工作，检测仪工作时无噪音，能耗低，平均故障率低于1次/100天，检测仪工作环境为键盘生产或加工现场，任何情况下，不会伤害操作人员与周边设备。
对检测仪的控制软件要求编写检测程式简单，一般要求能在10分钟内建立一款新键盘的检测程式；对检测程式的管理方便，例如在一台机器上建立检测程式，可以在多台机器上使用；具备检测结果分析与报表功能，能跟综不良品；软件稳定，操作简单，提供丰富的检测仪调试功能。
检测过程首先，抽取一个标准件作样品，在相机下，打开光源，调整样品的位置，使得图像达到一个最清晰、最标准的效果。然后标识出关键元素，存档；启动输送机构，将待测产品放置在输送带的标记位置，不需要特别准确，可以允许1mm以内偏差，输送带电机每运行设定的工件间距即寻找附近的标记；待测产品到位后，前光源系统被开启，50ms后系统稳定，相机开始拍照；拍照成像后，计算机中的图像分析系统将新获得的图像进行整张旋转和分割，按照取样时的方法，提取相对关键元素，将该关键元素与从样品中提取的关键元素进行对比，从而判断是良品还是不良品。
权利要求1.一种流水式机器视觉检测仪，包括安装于机架上的成像工作台，其特征在于还包括产品输送机构，该机构安装于所述机架上，它包括输送带、步进电机或伺服电机、以及电机驱动器，电机驱动器驱动步进电机或伺服电机运转，带动输送带间歇移动，将输送带上的待测产品逐个精确地送至成像工作台；光学成像器，它安装于成像工作台上方，用于获取成像工作台上的待测产品的图像；光源，它安装于成像工作台前上方，当光学成像器获取待测产品的图像时，光源从待测产品前面照射该待测产品；计算机，它与光学成像器连接，采集光学成像器获得的图像，并进行待测产品图像与样品图像的分析比对，从而判别待测产品的品质；计算机还与产品输送机构的电机驱动器连接，控制传送带与光学成像器谐调动作。
2.根据权利要求1所述的流水式机器视觉检测仪，其特征在于所述光源由多个高亮度的发光二极管组成。
3.根据权利要求1所述的流水式机器视觉检测仪，其特征在于所述光学成像器为光学相机。
专利摘要一种流水式机器视觉检测仪，包括安装于机架上的成像工作台，还包括用于将待测产品逐个输送至成像工作台的产品输送机构、光学成像器、光源和计算机，计算机与光学成像器连接，采集光学成像器获得的图像，并进行待测产品图像与样品图像的分析比对，从而判别待测产品的品质；计算机还与产品输送机构的电机驱动器连接，控制传送带与光学成像器谐调动作。本流水式机器视觉检测仪能自动对输送带上的待测产品逐个进行检测，检测效率高，准确。它先通过快速正规化相关匹配算法，快速定位关键元素在图像中的位置，然后通过比较图像中设定的关键元素，来判别待测产品是良品还是还不良品，而非整个产品的图像，允许待测产品在一定范围内旋转和移动。
文档编号G01B11/00GK2932377SQ20062001416
公开日2007年8月8日 申请日期2006年6月8日 优先权日2006年6月8日
发明者曾逸, 钱作忠, 李国军 申请人:深圳市光泓数控设备有限公司