一种通用型视觉检测图像自动化采集装置及采集方法与流程

本发明涉及机械与光学技术领域，具体地指一种通用型视觉检测图像自动化采集装置及采集方法。

背景技术：

随着劳动力成本的增加，以及制造业对生产效率和产品质量需求的不断提高，越来越多的企业开始采用视觉检测装置替代人工的方式对产品的质量进行检测，特别是随着人工智能技术的发展，使得市场对视觉检测装置的需求不断增加。目前市场上常见的视觉图像采集装置主要可分为两种类型，一种为手动简易检测台，此类检测台的机构过于简单，光源和被测产品一般都是固定在支架上，无法灵活地实现多角度自动拍照取图，一般只用于实验室中；另一种为非标专用检测设备，此类检测设备一般体积较大，专用性较强，光源和产品的兼容性差，无形的增加了企业前期的研发投入，同时设备操作复杂，维护保养不方便；另外许多产品存在反光或者视觉特征较弱等特殊原因，需要从不同方向对产品进行拍照或者打光，才能凸显出其中的特征。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种通用型视觉检测图像自动化采集装置及采集方法，其装置结构简单、制造成本低、使用灵活方便、采图效率高，产品拍照视角和光源打光方向，以及相机与产品之间的物距可调。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种通用型视觉检测图像自动化采集装置，包括底板，所述底板上设有可水平移动的滑台，所述滑台上设有可上下移动的产品姿态调整机构，底板一侧还设有相机夹具、顶面光源安装机构和侧面光源安装机构，所述产品姿态调整机构包括可翻转和自转的治具圆盘。

优选地，所述底板内部区域开设矩形槽，靠近矩形槽所在区域的底板上固定设有水平导轨，所述水平导轨与滑台滑动配合。

优选地，所述滑台内部开设有与第一丝杆螺纹配合的螺孔，所述第一丝杆两端与于底板两侧的支撑台旋转连接，第一丝杆其中一端还与第一电机的输出轴固定连接。

优选地，所述产品姿态调整机构包括u型安装槽，所述u型安装槽内部竖向安装有贯通轴电机，所述贯通轴电机上侧的轴与上侧的治具圆盘中心固定连接，所述贯通轴电机下侧的轴与下侧的治具圆盘中心固定连接，所述u型安装槽上下两侧均开设有与治具圆盘匹配的圆孔，所述u型安装槽侧部与水平设置的第二电机输出轴固定连接。

更为优选地，所述第二电机底部固定于顶板上，所述顶板底部与第二丝杆顶部固定连接，所述第二丝杆底部穿过限位台内的螺孔并与第三电机输出轴固定连接，所述限位台侧部与滑台侧部固定连接。

更为优选地，所述第二丝杆外侧还设有竖直导轨，所述竖直导轨顶部与顶板底部固定连接，所述竖直导轨底部与第三电机的机壳固定连接，竖直导轨穿设于限位台的通孔内并与其滑动配合。

优选地，所述治具圆盘为真空吸盘结构，其通过接管与真空发生器连接。

优选地，所述底板上竖向固定有支撑杆，支撑杆上固定设有安装平台，相机夹具、顶面光源安装机构和侧面光源安装机构均设于安装平台上，所述侧面光源安装机构可调节角度。

更为优选地，所述相机夹具包括穿设于安装平台侧孔内的第一连接轴，所述第一连接轴端部设有u型夹板，所述u型夹板侧部设有可调顶台；所述顶面光源安装机构包括穿设于安装平台侧孔内的第二连接轴，所述第二连接轴端部设有空心架体，所述空心架体安装顶面光源；所述侧面光源安装机构包括穿设于安装平台侧孔内的第三连接轴，所述第三连接轴端部设有底座，所述底座上固定设有第四电机，所述第四电机输出轴与侧面光源连接。

另外，本发明还公开上述通用型视觉检测图像自动化采集装置的采集方法，它包括以下步骤：

s1：将被测产品放置到治具圆盘上，真空发生器开启后，位于上下两侧的治具圆盘产生负压，并将被测产品吸引在治具圆盘上；

s2：启动第一电机，使得滑台沿着水平导轨移动到相机夹具下方，然后启动第三电机，使得顶板、第二电机、u型安装槽、贯通轴电机和治具圆盘整体在竖直方向移动，最终使得治具圆盘带动被测产品到达侧面光源所在高度；

s3：相机夹具内的相机开启后，对被测产品的图像进行采集，在这个过程中，第二电机工作后带动u型安装槽旋转不同的角度，实现治具圆盘的翻转过程，而贯通轴电机工作后带动治具圆盘旋转不同角度，实现治具圆盘的自转过程；

s4：通过治具圆盘的翻转和自转过程可以使得相机完成被测产品在多种姿态下的图像采集过程；

s5：当上侧治具圆盘的被测产品完成图像采集后，启动第二电机，可以使得治具圆盘翻转180°，使得下侧治具圆盘的被测产品翻转到上侧，重复s3和s4完成图像采集过程，最终实现一次送料可完成两个被测产品在多种姿态下的图像采集过程。

本发明的有益效果：

本发明装置结构简单、制造成本低、使用灵活方便、采图效率高，产品拍照视角和光源打光方向，以及相机与产品之间的物距可调；

本发明在保持被测产品不动的情况下，根据被测产品的特点，通过独立或联合调整顶面光源安装机构、侧面光源安装机构的位置和角度，光源的光线将从不同角度照射到被测产品上，这样就通过改变光线的方向来凸显产品的视觉效果，此时被测产品与相机之间的距离以及产品的背景都可保持不变，方便视觉算法对产品进行定位；

本发明所用的硬件成本低，被测产品的姿态和光源打光方向以及与相机镜头的间距均可调，可以兼容各种常见的工业相机、光源等安装要求；

本发明装置一次送料可完成两个被测产品共计10个面的采图任务，大大提高了采集效率，整个图像采集过程自动化实现；

常用的机械手抓取翻转过程也能够使得被测产品的姿态可调，但是其机械手行程大且活动区间大，操作复杂，成本高，而本发明通过治具圆盘的翻转和自转两个过程，便可以使得被测产品调整为多种姿态，其结构和操作方式更为简单，调整速度更加快，与常用的机械手调整过程相比，起到了更高的效果。

附图说明

图1为一种通用型视觉检测图像自动化采集装置的结构示意图；

图2为图1中滑台与产品姿态调整机构连接区域的结构示意图；

图3为图1中被测产品所在区域的放大结构示意图；

图4为图3的正视结构示意图；

图5为图1中相机夹具的结构示意图；

图6为图1中顶面光源安装机构的结构示意图；

图7为图1中侧面光源安装机构的结构示意图；

图8为本发明中被测产品在图像采集时各区域的划分示意图；

图中，底板1、矩形槽1.1、支撑台1.2、水平导轨1.3、滑台2、第一丝杆2.1、产品姿态调整机构3、治具圆盘3.1、u型安装槽3.2、贯通轴电机3.3、第二电机3.4、顶板3.5、第二丝杆3.6、限位台3.7、第三电机3.8、竖直导轨3.9、相机夹具4、第一连接轴4.1、u型夹板4.2、可调顶台4.3、顶面光源安装机构5、第二连接轴5.1、空心架体5.2、顶面光源5.3、侧面光源安装机构6、第三连接轴6.1、底座6.2、第四电机6.3、侧面光源6.4、第一电机7、支撑杆8、安装平台9、被测产品10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1至8所示，一种通用型视觉检测图像自动化采集装置，包括底板1，所述底板1上设有可水平移动的滑台2，所述滑台2上设有可上下移动的产品姿态调整机构3，底板1一侧还设有相机夹具4、顶面光源安装机构5和侧面光源安装机构6，所述产品姿态调整机构3包括可翻转和自转的治具圆盘3.1。

优选地，所述底板1内部区域开设矩形槽1.1，靠近矩形槽1.1所在区域的底板1上固定设有水平导轨1.3，所述水平导轨1.3与滑台2滑动配合。

优选地，所述滑台2内部开设有与第一丝杆2.1螺纹配合的螺孔，所述第一丝杆2.1两端与于底板1两侧的支撑台1.2旋转连接，第一丝杆2.1其中一端还与第一电机7的输出轴固定连接。当第一电机7工作时，其带动第一丝杆2.1旋转，从而使得滑台2沿着水平导轨1.3滑动。

优选地，所述产品姿态调整机构3包括u型安装槽3.2，所述u型安装槽3.2内部竖向安装有贯通轴电机3.3，所述贯通轴电机3.3上侧的轴与上侧的治具圆盘3.1中心固定连接，所述贯通轴电机3.3下侧的轴与下侧的治具圆盘3.1中心固定连接，所述u型安装槽3.2上下两侧均开设有与治具圆盘3.1匹配的圆孔，所述u型安装槽3.2侧部与水平设置的第二电机3.4输出轴固定连接。当第二电机3.4工作时，其输出轴会带动u型安装槽3.2发生翻转，从而可以带动治具圆盘3.1也发生翻转；而当贯通轴电机3.3工作时，会带动上下两侧的治具圆盘3.1发生自转；通过治具圆盘3.1的自转和翻转过程，可以使得治具圆盘3.1只需要通过自转和翻转两个步骤便能够展示被测产品10的多个姿态。

更为优选地，所述第二电机3.4底部固定于顶板3.5上，所述顶板3.5底部与第二丝杆3.6顶部固定连接，所述第二丝杆3.6底部穿过限位台3.7内的螺孔并与第三电机3.8输出轴固定连接，所述限位台3.7侧部与滑台2侧部固定连接。

更为优选地，所述第二丝杆3.6外侧还设有竖直导轨3.9，所述竖直导轨3.9顶部与顶板3.5底部固定连接，所述竖直导轨3.9底部与第三电机3.8的机壳固定连接，竖直导轨3.9穿设于限位台3.7的通孔内并与其滑动配合。第三电机3.8工作后，会带动第二丝杆3.6旋转，第二丝杆3.6可以上下移动，由于竖直导轨3.9与限位台3.7的通孔滑动配合，也起到限位作用，使得第三电机3.8、第二丝杆3.6、竖直导轨3.9、顶板3.5、第二电机3.4、u型安装槽3.2、贯通轴电机3.3和治具圆盘3.1整体在竖直方向移动。

优选地，所述治具圆盘3.1为真空吸盘结构，其通过接管与真空发生器连接。真空发生器工作时，治具圆盘3.1的吸口位置可以产生负压，从而可以将被测产品10吸住。

优选地，所述底板1上竖向固定有支撑杆8，支撑杆8上固定设有安装平台9，相机夹具4、顶面光源安装机构5和侧面光源安装机构6均设于安装平台9上，所述侧面光源安装机构6可调节角度。由于被测产品10（例如电池）表面的缺陷（比如电池表面凹凸部分），需要不断改变侧面光源的角度进行拍照，才能凸显缺陷，才能够使得图像采集过程准确，或者说是产品质量检测过程更为准确。

更为优选地，所述相机夹具4包括穿设于安装平台9侧孔内的第一连接轴4.1，所述第一连接轴4.1端部设有u型夹板4.2，所述u型夹板4.2侧部设有可调顶台4.3；所述顶面光源安装机构5包括穿设于安装平台9侧孔内的第二连接轴5.1，所述第二连接轴5.1端部设有空心架体5.2，所述空心架体5.2安装顶面光源5.3；所述侧面光源安装机构6包括穿设于安装平台9侧孔内的第三连接轴6.1，所述第三连接轴6.1端部设有底座6.2，所述底座6.2上固定设有第四电机6.3，所述第四电机6.3输出轴与侧面光源6.4连接。如图5所示，通过调节并推拉第一连接轴4.1的位置，可以改变相机夹具4的位置，以调整相机的拍摄位置；如图6所示，通过推拉第二连接轴5.1的位置，可以改变空心架体5.2的位置，空心架体5.2内部设有滑槽，通过调节旋紧螺母，可以改变顶面光源5.3的位置，调节过程方便；如图7所示，通过推拉第三连接轴6.1，可以改变底座6.2的位置，通过调节第四电机6.3，可以准确改变底座6.2的角度，进而可以准确改变侧面光源6.4的角度。

在上述实施例中，第一电机7、第二电机3.4、第三电机3.8、第四电机6.3、贯通轴电机3.3均为步进电机类型，可以准确控制旋转轴的旋转角度，可将被测产品10的采图要求所确定的各电机运动节拍参数存储在主控制器中，通过读取配置文件，装置能够自动实现连续的图像采集任务。

另外，本发明还公开上述通用型视觉检测图像自动化采集装置的采集方法，它包括以下步骤：

s1：将被测产品10放置到治具圆盘3.1上，真空发生器开启后，位于上下两侧的治具圆盘3.1产生负压，并将被测产品10吸引在治具圆盘3.1上；

s2：启动第一电机7，使得滑台2沿着水平导轨1.3移动到相机夹具4下方，然后启动第三电机3.8，使得顶板3.5、第二电机3.4、u型安装槽3.2、贯通轴电机3.3和治具圆盘3.1整体在竖直方向移动，最终使得治具圆盘3.1带动被测产品10到达侧面光源6.4所在高度；

s3：相机夹具4内的相机开启后，对被测产品10的图像进行采集，在这个过程中，第二电机3.4工作后带动u型安装槽3.2旋转不同的角度，实现治具圆盘3.1的翻转过程，而贯通轴电机3.3工作后带动治具圆盘3.1旋转不同角度，实现治具圆盘3.1的自转过程；

s4：通过治具圆盘3.1的翻转和自转过程可以使得相机完成被测产品10在多种姿态下的图像采集过程；

s5：当上侧治具圆盘3.1的被测产品10完成图像采集后，启动第二电机3.4，可以使得治具圆盘3.1翻转180°，使得下侧治具圆盘3.1的被测产品10翻转到上侧，重复s3和s4完成图像采集过程，最终实现一次送料可完成两个被测产品10在多种姿态下的图像采集过程。

为进一步说明步骤s3和步骤s4采集不同姿态下被测产品10图像的过程，具体实施例如下：

第一，通过第二电机3.4工作后带动u型安装槽3.2旋转到指定角度，实现治具圆盘3.1翻转到指定角度的过程，可实现被测产品10的a、b、c面和拐角区域a-b、b-c的图像采集任务（如图8所示）；

第二，贯通轴电机3.3的旋转轴旋转90°使得治具圆盘3.1自转90°后，再次使得第二电机3.4的旋转轴旋转到指定角度，将治具圆盘3.1翻转到指定角度，可完成被测产品10的d、e面和拐角区域d-b、e-b的图像采集任务，即最终实现被测产品10的-90°到90°倾角待测区域的图像采集任务；

第三，假设被测产品10为正方形，为了采集被测产品10的顶角f的图像，只需将治具圆盘3.1自转45°后，再将治具圆盘3.1翻转到指定角度即可实现。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。