可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置，包括玻璃滑台、瓶颈过料机构和图像采集系统，玻璃滑台相对于水平面倾斜设置在机架上；瓶颈过料机构包括两个结构尺寸相同的勺型挡板，两个勺型挡板勺口相悖对称设置；图像采集系统包括俯视图像采集机构、侧视图像采集机构、图像采集触发机构和图像分析系统。本发明提供的可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置，可以对多种型号的产品进行检测，无需预设数据库；同时本发明中相机及灯光的设计，也使得产品的拍摄效果更加良好，提高了检测质量；本发明基本实现了多型号不规则产品缺陷检测的自动化及智能化，极大地节约了人力物力，提高了检测准确性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置，属于 产品质量检测技术。 可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置
【背景技术】
[0002] 对生产线产品进行缺陷检测是工厂产品在出厂前的重要环节之一，采用人工检查 的方式由于存在检测速度慢，受人的疲劳以及情绪因素影响等缺陷，很难保证达到足够的 检测准确率。因此，将机器视觉技术引入到产品检测环节中，用机器代替人眼进行目标对 象的识别、判断和测量，取代传统的人工检测方式，将有助于提高检测效率和工业自动化水 平。
[0003] 机器视觉技术是一种视觉的科学和工程学，这一技术自20世纪50年代发展以来， 在研究的深度和广度都有了长足发展，其在工业自动化方面的应用也越来越广泛，其中也 不乏将这种技术应用于产品检测的实例。但传统的机器视觉产品检测系统大部分对检测产 品有限制，即一套检测系统只能针对一种产品一个型号进行检测，或只能对检测系统数据 库里已有的几种产品类型和型号进行检测。前一种意味着一个具有多元化的生产厂家需配 备多套检测系统以及生产线才能完成所有产品的检测，会造成了一定的生产浪费并增加了 工厂企业的生产成本。后一种检测系统意味着每增加或更换一种产品型号都需要对其系统 的数据库进行再编辑，并在此进行系统测试。这很显然不能适应当今社会的产品更新换代 速度越来越快的节奏，随着产品的更新和升级，会要花费人力物力进行检测系统的更新。同 时它的相机参数和照明等的更改往往依然是人工进行的。总而言之，以上两种传统的检测 系统都不具有智能化的特点。
【发明内容】
[0004] 发明目的：针对传统生产线产品检测系统存在的技术及应用缺陷，本发明提供一 种可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置，它可通过自动识别标准件， 来存储标准件特征信息，可自动调节流水线结构并智能检测产品。
[0005] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] 可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置，包括玻璃滑台、瓶颈 过料机构和图像采集系统；
[0007] 所述玻璃滑台相对于水平面倾斜设置在机架上，在玻璃滑台的坡度方向上定义一 个坚直平面S，坚直平面S将玻璃滑台分成左右两个区域；
[0008] 所述瓶颈过料机构包括两个结构尺寸相同的勺型挡板，所述两个勺型挡板勺口相 悖对称于坚直平面S设置，勺型挡板设置在玻璃滑台上，限制待检测件在玻璃滑台上的运 动区域；勺型挡板的勺口位置高于勺柄位置，两勺口的端部作为待检测件的入料端，两勺口 的深凹部间距最小并确保检测产品的通过，两勺柄尾部趋拢；
[0009] 所述图像米集系统包括俯视图像米集机构、侧视图像米集机构、图像米集触发机 构和图像分析系统，俯视图像采集机构和侧视图像采集机构的图像采集区域位于两勺柄相 对的区域内；所述俯视图像采集机构包括俯视相机，俯视相机垂直玻璃滑台设置并位于坚 直平面S上，俯视相机位于玻璃滑台的上方，在玻璃滑台的下方正对俯视相机设置有平面 光源；所述侧视图像采集机构包括第一相机、第二相机和第三相机，第一相机、第二相机和 第三相机置于一个平行于玻璃滑台的平面内，并且以俯视相机在玻璃滑台上的投影为中 心、120°间隔环形设置，对应第一相机设置有第一点光源，对应第二相机设置有第二点光 源，对应第三相机设置有第三点光源；所述图像采集触发机构包括光纤传感器，光纤传感器 正对坚直平面S设置，通过光纤传感器同时触发俯视相机、第一相机、第二相机和第三相机 工作，并将采集的图像发送给图像分析系统；所述图像分析系统包括标准件图像采集单元 和待检测件图像采集单元，将待检测件图像采集单元采集的图像与标准件图像采集单元采 集的图像进行对比，判断待检测件是否为合格产品。
[0010] 本发明一改传统检测系统流水线宽度根据产品大小限定的要求，采用两个勺型挡 板构成产品的滑道，两勺口的端部作为待检测件的入料端，可以与流水线对接，并可以根据 流水线的宽度设计间距；两勺口的深凹部间的窄小区域用于调节产品进入照相区域的位 置，可以根据产品的形状和尺寸设计间距。当产品以一定的初始速度和重力作用下进入滑 到后，经过两勺口的深凹部间的窄小区域调节后以一定的姿态进入照相区，在进入照相区 前，产品会首先被光纤传感器感应到，光纤传感器根据感应信息触发四台相机工作；由于光 纤传感器触发相机存在一定的延时，考虑延时和以及产品的不断移动，可以综合设计两勺 口的深凹部间距以及光纤传感器位置，使得相机工作时，产品尽可能位于侧视图像采集机 构的中心位置；同时，调节四台相机的焦距以及位置，使得相机拍摄到的图像最为清晰可 辨。
[0011] 在具体工作时，当调整好各个参数后，首先对标准件进行拍照，四台相机拍摄得到 的标准件图像送入标准件图像采集单元，作为参照图像；为了提高判断的准确率，需要尽可 能多的标准件图像，一般来说，至少需要五件标准件图像。再采集为标准件图像后，即可对 待检测件进行检测了，基于标准件拍照相同的参数条件下，对待检测件进行拍照，获得的待 检测件图像送入待检测件图像采集单元，将待检测件图像与标准件图像进行对比即可分析 得到待检测件是否合格。
[0012] 本案中，图像分析系统中可以不存在任何数据库，在检测某一批产品前，将若干个 标准件依次通过滑道，由相机获取标准件图像后再传输给图像分析系统，然后图像分析系 统依据获得的这些标准件图像进行该批次产品的检测；这就意味着，符合检测要求的任意 产品都可以使用本装置，具有较大的检测范围；因此，本案给的装置及相应的方法可以不存 在产品种类的限制，甚至无需进行数据库的扩充与修改。与此对应的，依据获取的标准件图 像信息，可以主动或控制机器臂对相关参数进行初始调节，当调节完成后，开始相关的图像 米集。
[0013] 优选的，所述玻璃滑台相对于水平面的倾角为30°。
[0014] 优选的，所述两勺口的深凹部位置设置有位移传感器，通过位移传感器检测两勺 口的深凹部的间距，即测量瓶颈位置的宽度。
[0015] 优选的，所述两个勺型挡板的首尾部均通过丝杠滑台机构安装在机架上，通过调 节丝杠滑台机构调节两个勺型挡板的间距。
[0016] 优选的，所述俯视相机通过升降相机架安装在机架上，升降相机架包括滚珠丝杠 机构、横梁和步进电机，通过步进电机驱动滚珠丝杠机构的丝杠坚直上下移动，横梁的一端 与滚珠丝杠机构的丝杠固定，横梁的另一端安装俯视相机。
[0017] 优选的，所述俯视相机、第一相机、第二相机和第三相机上均设置有自动调焦装 置。
[0018] 有益效果：本发明提供的可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装 置，可以对多种型号的产品进行检测，无需预设数据库；同时本发明中相机及灯光的设计， 也使得产品的拍摄效果更加良好，提高了检测质量；本发明基本实现了多型号不规则产品 缺陷检测的自动化及智能化，极大地节约了人力物力，提高了检测准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的俯视结构示意图；
[0020] 图2为本发明的立体结构示意图；
[0021] 图3为本发明的工作流程图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0023] 如图1、图2所示为一种可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装 置，包括玻璃滑台1、瓶颈过料机构、图像采集系统和工控机。
[0024] 所述玻璃滑台1相对于水平面倾斜设置在机架上，倾斜角度为30°，在玻璃滑台1 的坡度方向上定义一个坚直平面S，坚直平面S将玻璃滑台1分成左右两个区域。
[0025] 所述瓶颈过料机构包括两个结构尺寸相同的勺型挡板2,所述两个勺型挡板2勺 口相悖对称于坚直平面S设置，勺型挡板2设置在玻璃滑台1上，限制待检测件在玻璃滑台 1上的运动区域；两个勺型挡板2的首尾部均通过丝杠滑台机构17安装在机架上，通过调 节丝杠滑台机构17调节两个勺型挡板2的间距；勺型挡板2的勺口位置高于勺柄位置，两 勺口的端部作为待检测件的入料端，两勺口的深凹部间距最小并确保仅一个检测产品的通 过，两勺柄尾部趋拢；所述两勺口的深凹部位置设置有位移传感器16,通过位移传感器16 检测两勺口的深凹部的间距。
[0026] 所述图像米集系统包括俯视图像米集机构、侧视图像米集机构、图像米集触发机 构和图像分析系统，俯视图像采集机构和侧视图像采集机构的图像采集区域位于两勺柄相 对的区域内。
[0027] 所述俯视图像采集机构包括俯视相机4,俯视相机4垂直玻璃滑台1设置并位于坚 直平面S上，俯视相机4位于玻璃滑台1的上方，在玻璃滑台1的下方正对俯视相机4设置 有平面光源9 ;所述侧视图像采集机构包括安装在第一相机支架8上的第一相机5、安装在 第二相机支架13上的第二相机6和安装在第三相机支架14上的第三相机7,第一相机5、 第二相机6和第三相机7置于一个平行于玻璃滑台1的平面内，并且以俯视相机4在玻璃 滑台1上的投影为中心、120°间隔环形设置，对应第一相机5设置有第一点光源10,对应第 二相机6设置有第二点光源11，对应第三相机7设置有第三点光源12 ;俯视相机4、第一相 机5、第二相机6和第三相机7上均设置有自动调焦装置18。
[0028] 所述俯视相机4通过升降相机架3安装在机架上，升降相机架3包括滚珠丝杠机 构、横梁和步进电机，通过步进电机驱动滚珠丝杠机构的丝杠坚直上下移动，横梁的一端与 滚珠丝杠机构的丝杠固定，横梁的另一端安装俯视相机4。
[0029] 所述图像采集触发机构包括光纤传感器15,光纤传感器15正对坚直平面S设置， 通过光纤传感器15同时触发俯视相机4、第一相机5、第二相机6和第三相机7工作，并将 采集的图像发送给图像分析系统；所述图像分析系统包括标准件图像采集单元和待检测件 图像采集单元，将待检测件图像采集单元采集的图像与标准件图像采集单元采集的图像进 行对比，判断待检测件是否为合格产品。
[0030] 对各个部件的说明如下：
[0031] 玻璃滑台1 :摩擦力小，带有初始速度的产品可只在重力的作用下自然下滑，同时 玻璃滑台1的透明材质不阻碍平面光源9的照明。
[0032] 升降相机架3 :可根据产品型号的不同，通过步进电机带动滚珠丝杆运动，调节横 梁的高低，实现智能调节俯视相机4高度的目的，使产品在相机视野中的大小合适；同时， 侧视图像采集机构也可以采用类似的结构，实现相机距离中心点距离智能调节的目的。
[0033] 位移传感器16 :采用激光位移传感器，位于瓶颈处，用于测量瓶颈处的宽度，并反 馈给工控机，工控机根据拍摄到的图像信息智能调节瓶颈处的宽度至合适距离。
[0034] 平面光源9 :采用LED平板灯，任意大小可产生，拥有足够的亮度和光稳定性，且能 覆盖住对应相机的照相区域。
[0035] 光纤传感器15 :其设定位置可根据产品尺寸等相关信息进行调节，用于触发相 机。
[0036] 丝杠滑台机构17 :根据工控机给出的信息，调整两侧勺型挡板2之间的间距。
[0037] 自动调焦装置18 :用于调节相机的清晰度，根据工控机给出的信号，确定步进电 机旋转角度，由此带动与相机镜头同轴固联的微调齿轮，达到自动调焦的目的。
[0038] 工控机：置于玻璃滑台1的下方，内置图像分析系统，接收所有检测设备的检测信 号，依据获取的标准件图像信息，工控机进行判断后，控制器自发带动电机或机械微调手一 系列诸如相机焦距、高度，光纤传感器位置以及弧形控制器的调节等进行初始调节，无需人 工调节；当调节完成后，开始进行该批次零件的检测，分析检测信息得到检测结果。
[0039] 本案中，平面光源9为背向平面光，安装于玻璃滑台1下方；俯视相机4位于玻璃 滑台1上方，镜头正对于玻璃滑台1，所以采用的是背向照明的方式；第一点光源10、第二点 光源11和第三点光源12安置在第一相机5、第二相机6和第三相机7镜头的侧面，侧面拍 照采用的是环形光正面打光的方式。对于产品外形缺陷的检测，相比采用正面打光方式会 出现阴影造成图像判断失误的可能，本案采用的是背向照明的方式，这种照明方式会使被 测产品在明亮的背景上形成暗影，有非常明显的对比，因此非常适合目标轮廓的检测；侧面 正面打光，获取产品的高度，镂空，颜色等信息；本装置可以实现多种不规则产品的形状缺 陷检测，尺寸检测等。
[0040] 通过本案装置检测出的不合格产品需要通过剔除装置以剔除，以实现更进一步的 智能化；本案中给出一种剔除装置，其安装在玻璃滑台1的末端，主要器件为电磁锁；采用 电生磁的原理，当电流产生时，电磁锁会产生强大的吸力将尺带拉直，导致挡板产生角度， 引导零件去向；反之断电之后，电磁锁失去吸力即尺带缩回，再而导致挡板又一次产生角 度，引导零件的另一个去向。
[0041] 本案装置的工作过程如图3所示，具体为：首先，运行相机软件，将本批次标准件 置于相机视野中心位置，通过对成像清晰度及所占视野的位置及比例判断，由控制器自动 调节四个相机的焦距、升降相机架3高度以及勺型挡板2和光纤传感器15的位置；运行操 作软件，将约5个标准件置于相机下，采集标准件信息，标准件信息采集完毕后，即可运行 该批次零件的检测；零件由传送带送至玻璃滑台1顶端，零件在重力作用下，经过勺型挡板 2的瓶颈位置后进入相机视野中心位置；零件继续下滑，经过光纤传感器15触发相机，四台 相机同时拍照，得到一个零件正面图和三个零件侧面图；图像分析系统对四张图进行分析， 得出检测结果；控制器根据检测结果控制剔除装置左右移动，完成分流。
[〇〇42] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置，其特征在于：包括玻璃 滑台（1)、瓶颈过料机构和图像采集系统； 所述玻璃滑台（1)相对于水平面倾斜设置在机架上，在玻璃滑台（1)的坡度方向上定 义一个坚直平面S，坚直平面S将玻璃滑台（1)分成左右两个区域； 所述瓶颈过料机构包括两个结构尺寸相同的勺型挡板（2)，所述两个勺型挡板（2)勺 口相悖对称于坚直平面S设置，勺型挡板（2)设置在玻璃滑台（1)上，限制待检测件在玻璃 滑台（1)上的运动区域；勺型挡板（2)的勺口位置高于勺柄位置，两勺口的端部作为待检测 件的入料端，两勺口的深凹部间距最小并确保仅一个检测产品的通过，两勺柄尾部趋拢； 所述图像米集系统包括俯视图像米集机构、侧视图像米集机构、图像米集触发机构和 图像分析系统，俯视图像采集机构和侧视图像采集机构的图像采集区域位于两勺柄相对的 区域内；所述俯视图像采集机构包括俯视相机（4)，俯视相机（4)垂直玻璃滑台（1)设置并 位于坚直平面S上，俯视相机（4)位于玻璃滑台（1)的上方，在玻璃滑台（1)的下方正对俯 视相机（4)设置有平面光源（9);所述侧视图像采集机构包括第一相机（5)、第二相机（6) 和第三相机（7)，第一相机（5)、第二相机（6)和第三相机（7)置于一个平行于玻璃滑台（1) 的平面内，并且以俯视相机（4)在玻璃滑台（1)上的投影为中心、120°间隔环形设置，对 应第一相机（5)设置有第一点光源（10)，对应第二相机（6)设置有第二点光源（11)，对应 第三相机（7)设置有第三点光源（12);所述图像采集触发机构包括光纤传感器（15)，光纤 传感器（15)正对坚直平面S设置，通过光纤传感器（15)同时触发俯视相机（4)、第一相机 (5)、第二相机（6)和第三相机（7)工作，并将采集的图像发送给图像分析系统；所述图像分 析系统包括标准件图像采集单元和待检测件图像采集单元，将待检测件图像采集单元采集 的图像与标准件图像采集单元采集的图像进行对比，判断待检测件是否为合格产品。
2. 根据权利要求1所述的可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置， 其特征在于：所述玻璃滑台（1)相对于水平面的倾角为30°。
3. 根据权利要求1所述的可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置， 其特征在于：所述两勺口的深凹部位置设置有位移传感器（16)，通过位移传感器（16)检测 两勺口的深凹部的间距。
4. 根据权利要求1所述的可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置， 其特征在于：所述两个勺型挡板（2)的首尾部均通过丝杠滑台机构（17)安装在机架上，通 过调节丝杠滑台机构（17)调节两个勺型挡板（2)的间距。
5. 根据权利要求1所述的可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置， 其特征在于：所述俯视相机（4)通过升降相机架（3)安装在机架上，升降相机架（3)包括滚 珠丝杠机构、横梁和步进电机，通过步进电机驱动滚珠丝杠机构的丝杠坚直上下移动，横梁 的一端与滚珠丝杠机构的丝杠固定，横梁的另一端安装俯视相机（4)。
6. 根据权利要求1所述的可对多型号不规则形状产品进行缺陷检测的智能检测装置， 其特征在于：所述俯视相机（4)、第一相机（5)、第二相机（6)和第三相机（7)上均设置有自 动调焦装置（18)。
【文档编号】G01B11/00GK104101608SQ201410310313
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】陈仁文, 朱霞, 夏桦康, 章飘艳 申请人:南京航空航天大学