一种口罩缺陷检测装置的制作方法

本实用新型涉及口罩生产技术领域，尤其提供一种口罩缺陷检测装置。

背景技术：

随着工业化和城市化进程，空气污染越来越加剧，口罩产品是人们抵抗空气污染的常用品，在北方雾霾和沙尘暴严重的区域，口罩已经成了必不可少的生活依赖品，口罩在大批量生产过程中，由于原材料、生产机器和人员操作等多种原因，会产生很多种缺陷的口罩产品，如口罩尺寸错误、耳带长短不一、鼻条未安装，口罩上有脏污等，这种缺陷品如果流到市场环节，会给使用者带来很多不便，更会给口罩生产商带来经济损失。

由于口罩生产已经全面趋向于自动化，生产要求和质量要求越来越高，一般口罩生产商依靠人眼逐个分辨，效率极低，导致目前的口罩品质检测过程中，费时费力，且容易对检测人员造成视觉疲劳，使产品存在质量隐患，造成大量产品返工和原材料浪费。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种口罩缺陷检测装置，旨在解决现有技术中口罩通过人工检测效率低、成本高、质量品质得不到保障的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种口罩缺陷检测装置，包括：机柜；上料机构，提供待检测口罩；输送机构，输送所述待检测口罩；图像采集机构，采集所述待检测口罩的产品图像；图像处理软件，按照预设的口罩标准对所述产品图像进行判断为良品或不良品；分选机构，对所述不良品和所述良品进行区分收集；以及，电性连接所述上料机构、所述输送机构、所述图像采集机构、所述图像处理软件、所述分选机构的plc控制系统。

进一步地：所述图像采集机构包括：设置于所述机柜上的支架；设置于所述支架上的、与所述图像处理软件电性连接的相机；设置于所述相机上的、以对准所述待检测口罩的镜头；以及，感应所述待检测口罩位于所述镜头下方的第一光纤传感器；所述相机和所述第一光纤传感器与所述pcl控制系统电性连接。

进一步地：所述图像采集机构还包括：光源，设置于所述机柜上以对所述待检测口罩补光，所述光源与所述plc控制系统电性连接。

进一步地：所述光源为直下式led背光源。

进一步地：所述上料机构包括：第一托盘，承载所述待检测口罩；第一气缸，将所述第一托盘中的所述待检测口罩推送到所述输送机构上；第二光纤传感器，感应所述第一托盘中的所述待检测口罩；所述第一气缸和所述第二光纤传感器与所述plc控制系统电性连接。

进一步地：所述输送机构包括：两组第一辊轴；分别设置于一组所述第一辊轴上的第一输送皮带和第二输送皮带；以及，用于驱动所述第一辊轴转动以使所述第一输送皮带和所述第二输送皮带运转的第一电机；所述待检测口罩在所述第一输送皮带和所述第二输送皮带之间进行输送。

进一步地：所述分选机构包括：设置于所述输送机构出料端的不良品分离机构；设置于所述不良品分离机构下方的不良品收集箱；设置于所述输送机构出料端的的良品输送机构；以及，设置于所述良品输送机构出料端的良品收集机构。

进一步地：所述不良品分离机构包括：活动式设置于所述输送机构和所述良品输送机构之间的第二托盘；以及，设置于所述第二托盘下方的、驱动所述第二托盘上升或下降的第二气缸；所述不良品收集箱位于所述第二托盘下方，所述第二气缸与所述plc控制系统电连接。

进一步地：所述良品输送机构包括：两组第二辊轴；两条分别设置于两组所述第二辊轴上的第三输送皮带；以及，用于驱动所述第二辊轴转动以使两条所述第三输送皮带运转的第二电机；所述良品在两条所述第三输送皮带之间进行输送。

进一步地：所述良品输送机构还包括：设置于所述第三输送皮带出料端的第三光纤传感器和第三气缸，所述第三气缸的推动方向向下设置，所述第三光纤传感器和所述第三气缸与所述plc控制系统电性连接；所述良品收集机构包括：设置于所述第三输送皮带出料端下方的第四输送皮带，以及，驱动所述第四输送皮带运转的第三电机。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的一种口罩缺陷检测装置，通过上料机构、输送机构实现自动送料，将待检测口罩输送至图像采集机构下方，图像采集机构采集待检测口罩的产品图像传递至图像处理软件中进行自动对比处理，处理信息反馈给plc控制系统，再通过plc控制系统来控制分选机构对良品和不良品进行分选，实现待检测口罩的自动检测、自动区分收集，使得本实用新型提供的口罩缺陷检测装置具有节约成本，检测效率高，检测精度高，产品质量有保障的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的口罩缺陷检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的口罩缺陷检测方法中背景图像示意图；

图3为本实用新型实施例提供的口罩缺陷检测方法中产品图像示意图；

图4为本实用新型实施例提供的口罩缺陷检测方法中残差图像示意图；

图5为本实用新型实施例提供的口罩缺陷检测方法中灰度平移图像示意图；

图6为本实用新型实施例提供的口罩缺陷检测方法中灰度旋转图像示意图；

图7为本实用新型实施例提供的口罩缺陷检测方法中耳带检测规则框，鼻条检测规则框和脏污检测规则框示意图。

附图标记：1、上料机构；11、第一气缸；12、第一托盘；13、第二光纤传感器；2、输送机构；21、第一电机；22、第一输送皮带；23、第二输送皮带；24、第一辊轴；3、图像采集机构；31、第一光纤传感器；32、相机；33、镜头；34、光源；35、支架；4、分选机构；41、不良品分离机构；411、第二气缸；412、第二托盘；42、不良品收集箱；43、良品输送机构；431、第二电机；432、第三输送皮带；433、第三光纤传感器；434、第三气缸；435、第二辊轴；44、良品收集机构；441、第四输送皮带；442、第三电机；5、机柜；6、图像处理软件；7、plc控制系统；8、待检测口罩；d1、脏污检测规则框；e1、耳带检测规则框；n1、鼻条检测规则框。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1所示，本实用新型实施例提供一种口罩缺陷检测装置，包括：上料机构1、输送机构2、图像采集机构3、图像处理软件6、分选机构4、机柜5和plc控制系统7，其中，plc控制系统7设置在机柜5内，并分别与上料机构1、输送机构2、图像采集机构3、图像处理软件6、分选机构4电性连接。

其中，机柜5作为承载主体用，上料机构1设置在机柜5的一端或一侧，上料机构1用于提供待检测口罩8；输送机构2设置在机柜5上表面，输送机构2用于将待检测口罩8输送至图像采集机构3处；图像采集机构3设置在机柜5上表面，图像采集机构3用于采集待检测口罩8的产品图像并将产品图像传递至图像处理软件6中，图像处理软件6设置在机柜5上，用于对产品图像与预设的口罩标准进行对比，将待检测口罩8判断为良品或不良品，并将判断结果传递至plc控制系统7中，plc控制系统7控制分选机构4将良品与不良品进行区分收集。

本实用新型提供的通过上料机构1、输送机构2实现自动送料，将待检测口罩8输送至图像采集机构3下方，图像采集机构3采集待检测口罩8的产品图像传递至图像处理软件6中进行自动对比处理，判断结果信息反馈给plc控制系统7，再通过plc控制系统7来控制分选机构4对良品和不良品进行分选，实现待检测口罩8的自动检测、自动区分收集，使得本实用新型提供的口罩缺陷检测装置具有节约成本，检测效率高，检测精度高，产品质量有保障的优点。

具体地，在本实施例中，图像采集机构3包括：设置于机柜5上的支架35和设置于支架35上的相机32，相机32用于采集待检测口罩8的产品图像，相机32位于输送机构2上方，相机32与图像处理软件6电性连接，在相机32上设置有镜头33，镜头33用于对准下方的待检测口罩8，在支架35或机柜5上还设置有用于感应待检测口罩8的第一光纤传感器31，第一光纤传感器31用于感应镜头33下方是否有待检测口罩8。其中，相机32和第一光纤传感器31通过电缆与pcl控制系统电性连接。

优选地，在本实施例中，图像采集机构3还包括：设置于机柜5上的光源34，光源34用于对待检测口罩8补光，有效保证相机32采集产品图像的清晰度，光源34与plc控制系统7电性连接。在本实施例中，光源34为直下式led背光源34，进一步地保证了相机32采集产品图像的清晰度。在其他实施例中，光源34为侧入式led背光源34。

当第一光纤传感器31感应到镜头33下方有待检测口罩8时，给相机32发送触发拍照信号，相机32将拍照得到的产品图像传递给图像处理软件6，图像处理软件6根据预设的口罩标准进行自动对比，并将对比结果反馈给plc控制系统7，plc控制系统7控制分选机构4对待检测口罩8进行分选。

在本实施例中，上料机构1包括：第一托盘12，第一气缸11和第二光纤传感器13。其中，第一托盘12用于承载待检测口罩8，第一气缸11用于将第一托盘12中的待检测口罩8推送到输送机构2上，第二光纤传感器13用于感应第一托盘12中是否有待检测口罩8；第一气缸11和第二光纤传感器13通过电缆与plc控制系统7电性连接。

在本实施例中，第一托盘12、第一气缸11和第二光纤传感器13通过机架(图中未画出)设置在机柜5的一端，待检测口罩8通过自动供料机将待检测口罩8逐个放置在第一托盘12上，在其他实施例中，通过人工将待检测口罩8逐个放置在第一托盘12上。当第二光纤传感器13感应到待检测口罩8落在第一托盘12上后，第一气缸11工作将待检测口罩8推送到输送机构2上，然后自动回复到原位。

具体地，在本实施例中，输送机构2包括：两组第一辊轴24，分别设置于一组第一辊轴24上的第一输送皮带22和第二输送皮带23，以及，用于驱动第一辊轴24转动以使第一输送皮带22和第二输送皮带23运转的第一电机21，待检测口罩8在第一输送皮带22和第二输送皮带23之间进行输送，第一电机21与plc控制系统7电性连接。

其中，第一输送皮带22和第二输送皮带23上下设置，第一输送皮带22与第二输送皮带23之间的间距小于待检测口罩8在未受外力作用下的厚度，第一输送皮带22与第二输送皮带23将待检测口罩8夹紧输送，保证待检测口罩8输送的位置稳定性。第一输送皮带22与第二输送皮带23采用同步带。

在本实施例中，分选机构4包括：设置于输送机构2出料端的不良品分离机构41，设置于不良品分离机构41下方的不良品收集箱42，设置于输送机构2出料端的的良品输送机构43，以及，设置于良品输送机构43出料端的良品收集机构44。

其中，不良品分离机构41包括：活动式设置于输送机构2和良品输送机构43之间的第二托盘412，以及，设置于第二托盘412下方的、驱动第二托盘412上升或下降的第二气缸411。不良品收集箱42位于第二托盘412下方，第二气缸411通过电缆与plc控制系统7电连接。

当图像处理软件6判断待检测口罩8为不良品时，plc控制系统7控制第二气缸411工作，第二气缸411驱动第二托盘412上升，不良品经输送机构2出料端自动掉入不良品收集箱42中，然后第二气缸411驱动第二托盘412下降复位。

其中，良品输送机构43包括：两组第二辊轴435，两条分别设置于两组第二辊轴435上的第三输送皮带432；以及，用于驱动第二辊轴435转动以使两条第三输送皮带432运转的第二电机431，良品在两条第三输送皮带432之间进行输送，第二电机431通过电缆与plc控制系统7电性连接。

当图像处理软件6判断待检测口罩8为良品时，良品经第二托盘412传送至两条第三输送皮带432处，plc控制系统7控制第二电机431工作，第二电机431驱动两条第三输送皮带432运动，将良品夹紧输送至良品收集机构44上。

其中，良品输送机构43还包括：设置于第三输送皮带432出料端的第三光纤传感器433和第三气缸434，第三气缸434的推动方向向下设置，第三光纤传感器433和第三气缸434与所述plc控制系统7电性连接。

当第三光纤传感器433感应到良品后，plc控制系统7控制第三气缸434将良品向下推动，使良品稳定地落入到良品收集机构44上。

具体地，在本实施例中，良品收集机构44包括：设置于第三输送皮带432出料端下方的第四输送皮带441，以及，驱动第四输送皮带441运转的第三电机442，第三电机442通过电缆与plc控制系统7电性连接。当第四输送皮带441上的良品堆叠数量达到预设的堆叠数量后，第三电机442驱动第四输送皮带441运转一个口罩宽度位置，从而使良品按一定数量整齐的排列在第四输送皮带441上。两条第三输送皮带432与第四输送皮带441均采用同步带。

在本实施例中，第一电机21为步进电机或伺服电机，第二电机431和第三电机442为调速电机，在本实施例中，预设的口罩标准根据生产口罩厂家的质量要求自行设置。

如图1-6所示，本实用新型实施例还提供一种口罩缺陷检测方法，该方法包括：

s1、通过与图像处理软件6相连的相机32采集无待检测口罩8的背景图像和采集待检测口罩8的产品图像，并将产品图像的四个顶点分别标记为p1(0，0)、p2(w，0)、p3(0，h)、p4(w，h)；

s2、将产品图像与背景图像相减得到残差图像；

s3、将残差图像转换为灰度图，并对灰度图进行图像二值化处理得到二值化图像；

s4、将二值化图像进行固定次数的图像膨胀和图像腐蚀处理，并采用轮廓提取算法提取待检测口罩8的产品轮廓，选择其中面积最大的两个产品轮廓，并对其采用最小外接矩形算法提取待检测口罩8的最小外接矩形；

s5、若提取最小外接矩形失败时，则待检测口罩8为不良品；若提取最小外接矩形成功时，则计算出最小外接矩形的长度值和宽度值，并将长度值和宽度值与预设的口罩标准值相对比得到差值；

s6、若差值超出预先设定的差值范围，则待检测口罩8为不良品；若差值在预先设定的差值范围内，则输出最小矩形的四个顶点坐标p11、p12、p13、p14，以及最小矩形的中心点pc1(cx，cy)；其中，当长度值超出预设的差值范围时，为口罩长度不良，当宽度值超出预设的差值范围时，为口罩宽度不良；

s7、计算出点p13和p14的连接线l1(p13，p14)，点p3和p4连接线l2(p3，p4)，并计算出l1与l2之间的夹角a；计算出中心点pc1(cx，cy)相对于产品图像中心点pc0(w/2，h/2)之间的水平方向偏移量hx和垂直方向的偏移量vy；

s8、采用所得到的水平方向偏移量hx和垂直方向的偏移量vy对灰度头像进行平移操作，使得中心点pc1(cx，cy)与产品图像中心点pc0(w/2，h/2)重合以得到灰度平移图像；其中灰度平移图像的四个顶点坐标分别是p21、p22、p23和p24，其灰度平移图像的中心点是pc2(cx，cy)；

s9、对灰度平移图像以中心点pc1(cx，cy)为原点进行旋转，旋转角度为夹角a的度数，以得到灰度旋转图像；其中，灰度旋转图像的四个顶点坐标分别是p31、p32、p33和p34，中心点是pc2(cx，cy)，此时，pc0(w/2，h/2)与pc2(cx，cy)重叠；

s10、对灰度旋转图像与预设的口罩标准进行对比，若超出口罩标准的范围，则为不良品；反之，在口罩标准的范围内则为良品。

具体地，预设的口罩标准包括：两个耳带检测规则框e1，一个鼻条检测规则框n1和一个脏污检测规则框d1；其中，步骤s10还包括以下处理步骤：

s101、对于灰度旋转图像，采用预先设置的耳带检测规则框e1对待检测口罩8的耳带缺陷进行检测，在两个耳带区域分别预先设置耳带检测规则框e1，采用轮廓提取算法对耳带检测区域的耳带图像轮廓的属性进行计算和判断，若耳带图像轮廓的属性不在预设的口罩标准范围内，则判断为耳带不良，若耳带图像轮廓的属性在预设的口罩标准范围内，则继续下一步判断；其中耳带图像轮廓的属性包括：数量、轮廓长度、轮廓面积、轮廓的连续性；

s102、对于灰度旋转图像，采用预先设置的所述鼻条检测规则框n1对待检测口罩8的鼻条缺陷进行检测，在鼻条区域预先设置鼻条检测规则框n1，采用轮廓提取算法对鼻条检测区域的鼻条图像轮廓的属性进行计算和判断，若鼻条图像轮廓的属性不在预设的口罩标准范围内，则判断为鼻条不良，若鼻条图像轮廓的属性在预设的口罩标准范围内，则采用最小外接矩形算法计算出鼻条的最小外接矩形，并输出最小外接矩形的四个顶点坐标和中心点坐标，判断最小外接矩形的四个顶点坐标和中心点坐标是否在预设的口罩标准范围之内，若不在预设的口罩标准范围之内，则判断为鼻条不良，若在预设的口罩标准范围之内，继续下一步判断；其中，鼻条图像轮廓的属性包括：数量、轮廓长度、轮廓面积、轮廓的连续性；

s103、对于灰度旋转图像，采用预先设置的脏污检测规则框d1对待检测口罩8的脏污缺陷进行检测，在待检测口罩8的口罩本体上避开耳带焊点和鼻条区域外设置脏污检测规则框d1，采用固定阈值二值化处理算法对脏污检测区域进行处理，统计二值化处理后图像内非零点数量，若非零点数量不在设定的口罩标准范围之内，则判断为脏污不良，若非零点数量在设定的口罩标准范围之内，判定待检测口罩8为良品。

具体地：在步骤s3中，对灰度图像进行图像二值化处理前，先对灰度头像进行图像局部增强处理，以增加图像的判读和识别效果。

其中，图像局部增加处理包括：遍历图像区域像素值，将大于或等于指定值的像素值增加设定值，将小于指定值的像素值全部设置为0。

本实用新型提供的口罩缺陷检测方法分利用图像处理方式与模式识别技术识别口罩的长宽进行尺寸测量，并对口罩的耳带、鼻条和脏污缺陷进行识别和检测，代替了人工检测，降低了生产成本，提高了产品成品质量，提高了生产效率，提升了企业的经济效益，采用相机32进行检测，可以降低检测成本、提升检测速度、加快口罩产品的生产速度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。