专利名称：在线橡胶栓外形质量检查机的制作方法
技术领域：
本发明涉及产品质量检测装置，尤其是涉及一种在线橡胶栓外形质量检査机。
背景技术：
橡胶栓是在工业领域被广泛应用的产品，橡胶栓的主要用途是密封，例如 目前汽车上的许多电器用电线端子需要用橡胶栓进行防水密封。橡胶栓产品的 外形特点是一般呈圆柱体形，由于橡胶栓广泛使用在密封场合，橡胶栓的外形 质量要求较高， 一般要求圆柱度高，外形轮廓没有缺陷，表面没有毛刺等，而 橡胶栓的生产主要由注塑挤压完成，造成橡胶栓外形缺陷等质量问题较多，因 此橡胶栓的外形质量检査是橡胶栓生产之后非常重要的环节。
传统的橡胶栓外形质量检查完全由人工完成，但橡胶栓本身体积小，人工 检査本身就存在很大的难度。人工检查方式效率低、准确性差。 一方面，人工 检查的方法需要大量的劳动力，速度慢，同时也受到个人视力，情绪，光线等
的影响导致准确性差；另一方面由于需要对橡胶栓的外形全部信息进行质量检 査，人工检查正反两个外形表面也很难检査到橡胶栓的全部外形信息，导致漏 检情况的出现。于是人们期待一种代替人工的对橡胶栓外形质量进行自动检查 的机器。
采用计算机视觉技术来代替人工方法来对橡胶栓进行质量检测具有不言而 喻的方便性。当前利用机器视觉来进行工业产品的外形质量检测已经得到快速 发展。目前针对工业产品的外形检测存在的最大问题是，由于机器视觉检测是 基于平面图像的检测，致使普通的检测机构无法对产品的所有方向上的外形信 息进行检测，比如一般检测没有拍摄到产品背面信息导致漏检的情况发生。曾 有人提出依靠多部摄像机来对产品的全部方向上的外形信息进行检査，所采用 的主要方案是安置多部摄像机，摄像机之间间隔一定的角度摆放，对多部摄 像机所拍摄的图像合成，藉此实现对物体外形信息全面采样，多个摄像机的安 装带来的不仅仅是成本的增加还有检测设备体积的增大，同时也使传送机构设 计受到许多限制而变得结构比较复杂甚至很困难。
发明内容
针对橡胶栓手工检査效率低、准确性差， 一般机器视觉检测难到位，成本
高，结构复杂的问题，本发明的目的在于提供适合于橡胶栓类圆柱状产品的外 形质量检测的一种在线橡胶栓外形质量检査机，通过导轨的设计以及摄像机拍 摄图像数量和拍摄间隔的设定，来实现对橡胶栓完整外形图像的采集、识别， 并把识别后的合格及不合格产品进行分类。 本发明采用的技术方案是
包括上料装置，传送装置，图像采集装置，图像处理和结果判定装置，产 品分类装置和控制单元；其特征在于
1) 传送装置包括调速电机，两根相同结构的由三段不同螺距的螺杆构成 紧配合组装在芯轴上形成的平行导轨，三个同步带轮和同步带，左右支撑架和 拨杆；三段不同螺距的螺杆从左至右依次形成导轨检测段、导轨调整段和导轨 送料段，两根导轨水平安装在左右支撑架上，导轨送料段左上方装有拨杆，两 根导轨的间距根据所检测的橡胶栓圆柱直径设计，露出在右支撑架外的两根导 轨的一端分别装有第一、第二同步带轮，调速电机安装在右支撑架上，调速电 机轴上的第三同步带轮经同步带和两根导轨的一端的第一、第二同步带轮连接， 两根导轨的转动速度由系统控制单元中的电机调速器调节；
2) 图像采集装置包括第三光电开关、超高速摄像机、环形光源；第三光 电开关安装在靠近左支撑架的导轨检测段进料口正上方，超高速摄像机安装在 第三光电开关左上方，环形光源套在超高速摄像机上，第三光电开关检测到待 测橡胶栓后，控制单元控制超高速摄像机自动延时准确多次拍摄视野内的橡胶 栓图像，在线获取橡胶栓柱面360度的外形图像。
所述的两根导轨上的螺杆螺纹方向相同，靠近同步带轮一端的螺距较大为 导轨送料段，中间螺距最小的是导轨调整段，另一段螺距居于中间是导轨检测 段；导轨送料段和导轨检测段下方接有回收框，导轨检测段端部下方接有不合 格品框，导轨检测段端部上方接有装气阀的吸管，吸管下方接有合格品框。
本发明具有的有益效果是
1. 可以获得橡胶栓360度上的外形图像数据，实现橡胶栓类圆柱状产品外形
的在线全面检测，有效避免了漏检的问题。
2. 通过自设定的处理流程和检测准则，可以快速地对橡胶栓的外形质量进行 准确检测并且自动完成分类存储。
3. 系统结构简单，工作稳定，分类准确，可以大大提高橡胶栓类的圆柱状 产品的生产效率和检测效率。
图1是本发明的总体结构原理示意图。
图2是本发明的导轨主视图。 图3是本发明的导轨俯视图。
图中l.合格品框，2.计数器，3.不合格品框，4.左支撑架，5.气阀，6.吸管， 7.环形电源，8.超高速摄像机，9.导轨检测段，IO.光电开关，ll.导轨调整段，12. 图像处理和结果判定单元，13.拨杆，14.导轨送料段，15.光电开关，16、 17.芯 轴，18、 19.导轨，20.振动器,21.槽型结构，22.料斗，23.光电开关，24、 25、 28.同步带轮，26.右支撑架，27.同步带，29.调速电机，30.回收框，31.系统控制 单元。
具体实施例方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图l、图2、图3所示， 一种在线橡胶栓外形质量检査机，包括上料装置， 传送装置，图像采集装置，处理和结果判定装置，产品分类装置和控制单元。 其中
1. 上料装置包括料斗22，槽型结构21，振动器20，第一光电开关23和 第二光电开关15;第一光电开关23装在料斗22下料口，槽型结构21—端跟下 料口连接，另一端固定在导轨送料段14上方，靠近导轨，振动器20安装在槽 型结构21侧面，第二光电开关15安装在导轨送料段14正上方；当料斗22里 面有橡胶栓时第一光电开关23有信号，当送料段14没有检测到有橡胶栓通过 即第二光电开关15没有信号时，系统控制单元(PLC)31会控制振动器20振动， 振动器20带动槽型结构21振动，料斗22中的橡胶栓就会沿着料斗口进入槽型 结构21，然后沿着槽型结构21慢慢掉落到转动的导轨18、 19上，进入导轨送 料段14。
2. 传送装置包括调速电机29，同步带轮24、 25、 28，同步带27，导轨18、 19，拨杆13和回收框30;两根相同且一端分别装有同步带轮24、 25的平行导 轨18、 19装在左右支撑架4、 26上，导轨的距离根据橡胶栓的直径进行设定， 调速电机30装在右支撑架26上，通过同步带27和同步带轮24、 25、 28连接 导轨18、 19与调速电机30，通过系统控制单元31控制调速电机29可以改变导 轨18、 19的转动速度；导轨18、 19是由三段螺距不等的中空螺杆紧配合组装 在芯轴16、 17上构成的，两芯轴螺杆间的表面最小距离小于橡胶栓的柱面直径， 芯轴的表面最小距离大于橡胶栓的柱面直径，橡胶栓落入导轨时可以停在两导 轨之间的螺杆表面上，随着导轨的转动一边向前移动，同时在橡胶栓和导轨表
面摩擦力的作用下一边绕自身旋转，可以保证摄像机获取橡胶栓360度上的外 形图像，实际检测时通过设定的拍摄间隔拍摄2-3张图像就可以获取橡胶栓的全 部外形图像信息；导轨18、 19上有螺距不等的三段螺杆，靠近同步带轮24、 25 一端螺距最大为导轨送料段14,中间一段螺距最小为导轨调整段ll，后面一段 螺距居于中间为导轨检测段9，拨杆13安装在导轨调整段11正上方，导轨送料 段14使橡胶栓快速向前运送，进入导轨调整段11时橡胶栓向前速度减慢，重 叠多余的橡胶栓被拨杆13挡住落入回收框30，从导轨调整段11进入导轨检测 段9橡胶栓向前速度变快，使得橡胶栓距离分开，依次稳定地通过导轨检测段9; 系统工作时，上料装置送过来的橡胶栓落入导轨送料段14快速向前移动，进入 导轨调整段ll时，向前速度减慢，同时拨杆可以使橡胶栓分开依次进入导轨调 整段11，从导轨调整段11出来的橡胶栓依次以稳定的速度和一定间隔通过导轨 检测段9。
3. 图像采集装置包括第三光电开关IO、超高速摄像机8、环形光源7;第 三光电开关10安装在导轨检测段9正上方，超高速摄像机8安装在第三光电开 关10左上方，环形光源7套在超高速摄像机8上，环形光源7有多个环形排列 的LED灯组成，可以保证图像拍摄时的照明效果；第三光电开关10检测到有 橡胶栓进入检测位置时，超高速摄像机8自动延时，准确拍摄设定数量的橡胶 栓图像，自动延时的时间根据电机的转速和橡胶栓向前运动的速度进行调整， 可以通过事先进行试验获得较好的延时时间；同一橡胶栓图像的多次拍摄和橡 胶栓自身旋转的作用可以对橡胶栓360度的外形图像进行摄取，获取橡胶栓的 全部外形信息。
4. 图像处理和结果判定装置是一个带显示屏的图像处理和结果判定单元 12，安装在超高速摄像机8右边，用户可以自行设定图像摄取的数量和时间差， 图像处理的过程，图像的不同测量窗口参数，模板图像的获取参数，产品合格 的匹配程度标准。在进行检测之前需要先设定好该次检测的模板图像，也就是 标准图像，图像处理的过程，测量窗口的设定，匹配阈值， 一次图像摄取的数 量和时间差。系统工作时，当第三光电开关IO检测到有橡胶栓通过检测位置时， 超高速摄像机8进行自动延时，拍摄设定数量的图像，然后根据设定的图像处 理过程进行处理，将每一个测量窗口处理后的图像跟标准图像对比计算出匹配 度，如果所有匹配度都大于等于设定匹配阈值则判定该橡胶栓合格，否则为不 合格，将测量结果输出在显示屏上，同时输出合格或不合格信号到系统控制单 元31。
5. 产品分类单元包括气阀5，吸管6，合格品框l，不合格品框3和计数 器2。吸管5 口在导轨检测段9上方靠近导轨，位于超高速摄像机8左边，气阀 5是一个可以产生负压的吸气阀，安装于吸管6上，吸管6另一端连接合格品框 1，计数器2安装在合格品框1上，不合格品框3安装在导轨18、 19下面，不 合格品框3的矩形入口位于导轨检测段9后面没有螺杆结构的一段导轨的下面; 当检测完毕后根据检测结果，如果是合格品，开启气阀5使合格品通过导管6 吸入合格品框l，同时通过计数器2对合格品数量计数，对于不合格品直接到达 导轨检测段9后面，由于后面的导轨没有螺杆结构，橡胶栓直接通过不合格品 框的矩形入口落入不合品框3 。
6. 系统控制单元31协调整个检测过程的动作。包括开关电源，控制调速 电机29，检测3个光电开关10、 15、 23信号，控制振动器20，气阀5和超高 速摄像机8的触发，控制计数器2，接受图像处理和判定单元12输出的检测结 果信号。
整个系统的检测流程是
1. 开启系统，选择已设定的检测方案，将待检测橡胶栓放入料斗。
2. 第一光电开关检测到了信号，第二光电开关没有信号，启动振动器振动槽 型结构，橡胶栓从料斗口进入槽型结构，沿着槽型结构向导轨方向移动。
3. 橡胶栓落入两导轨螺杆表面之间，随着导轨的转动，橡胶栓向前移动，同 时绕自身转动，期间橡胶栓通过导轨调整段，速度减慢并使多余橡胶栓落入回 收框。橡胶栓进入导轨检测段时，通过检测位置时第三光电开关检测到信号， 超高速摄像机通过自动延时拍摄橡胶栓的外形图像，通过拍摄次数的设定和橡 胶栓自身旋转特性获取不同角度上的橡胶栓外形图像。
4. 图像处理和结果判定单元将获取的图像按照设定的处理过程进行处理，并 对比注册的标准模板，计算匹配率，如果匹配率达到设定的合格品标准，则判 断该橡胶栓合格，否则不合格，将结果显示在显示屏上，并把合格或不合格信 号输入到系统控制单元。
5. 橡胶栓继续向前移动，根据判定结果，如果是合格品，系统控制单元自动 延时启动气阀，使合格品通过吸管吸到合格品框，并通过计数器进行合格品计 数；对于不合格品，当移动到导轨末端没有螺杆结构处时，由于螺杆间表面最 小距离大于橡胶栓的直径，橡胶栓直接落入不合格品框，实现产品的分类。
权利要求
1.一种在线橡胶栓外形质量检查机，包括上料装置，传送装置，图像采集装置，图像处理和结果判定装置，产品分类装置和控制单元；其特征在于1)传送装置包括调速电机(29)，两根相同结构的由三段不同螺距的螺杆构成紧配合组装在芯轴(16、17)上形成的平行导轨(18、19)，三个同步带轮(24、25、28)和同步带(27)，左右支撑架(4、26)和拨杆(13)；三段不同螺距的螺杆从左至右依次形成导轨检测段(9)、导轨调整段(11)和导轨送料段(14)，两根导轨(18、19)水平安装在左右支撑架(4、26)上，导轨送料段(14)左上方装有拨杆(13)，两根导轨(18、19)的间距根据所检测的橡胶栓圆柱直径设计，露出在右支撑架(26)外的两根导轨(18、19)的一端分别装有第一、第二同步带轮(24、25)，调速电机(29)安装在右支撑架上(26)，调速电机(29)轴上的第三同步带轮(28)经同步带(27)和两根导轨(18、19)的一端的第一、第二同步带轮(24、25)连接，两根导轨(18、19)的转动速度由系统控制单元(31)中的电机调速器调节；2)图像采集装置包括第三光电开关(10)、超高速摄像机(8)、环形光源(7)；第三光电开关(10)安装在靠近左支撑架(4)的导轨检测段(9)进料口正上方，超高速摄像机(8)安装在第三光电开关(10)左上方，环形光源(7)套在超高速摄像机(8)上，第三光电开关(10)检测到待测橡胶栓后，控制单元控制超高速摄像机(8)自动延时准确多次拍摄视野内的橡胶栓图像，在线获取橡胶栓柱面360度的外形图像。
2. 根据权利要求l所述的一种在线橡胶栓外形质量检查机，其特征在于 其特征在于所述的两根导轨(18、 19)上的螺杆螺纹方向相同，靠近同步带轮 一端的螺距较大为导轨送料段(14)，中间螺距最小的是导轨调整段(ll)，另一 段螺距居于中间是导轨检测段(9);导轨送料段(14)和导轨检测段(9)下方接有 回收框(30)，导轨检测段(9)端部下方接有不合格品框(30)，导轨检测段(9)端 部上方接有装气阀(5)的吸管(6)，吸管下方接有合格品框(l)。
全文摘要
本发明公开了一种在线橡胶栓外形质量检查机。包括上料装置，传送装置，图像采集装置，图像处理和结果判定装置，产品分类装置和控制单元。采用了相同的两根由三段不同螺距的螺杆紧配合组装在芯轴上构成的平行导轨作为送料装置，可以使橡胶栓在向前运动的同时绕自身转动；通过光电开关检测橡胶栓到达检测位置，自动延时控制摄像机进行多次图像拍摄，实现在线自动获取橡胶栓柱面360度的外形图像，增强外形质量检测的可靠性。本发明也适合于其它各种圆柱状类产品的外形质量检测；通过自设定的处理流程和检测准则，对橡胶栓的外形质量进行准确检测并且自动完成分类存储；系统结构简单，工作稳定，分类准确，提高橡胶栓类的圆柱状产品的检测效率。
文档编号G01B11/24GK101349550SQ20081012040
公开日2009年1月21日 申请日期2008年8月26日 优先权日2008年8月26日
发明者豪 周, 陈波扬, 魏燕定 申请人:浙江大学