CN101799431A - 高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法及设备，该方法为：在自动化生成线上，将需要检测的罐盖分离成单个罐盖，单个罐盖在传送装置上运动；当罐盖运动到传送装置上的检测工位时，成像系统对罐盖高速成像；获取的罐盖图像输送到工业计算机并由工业计算机进行处理，对多个检测区域进行质量检测，产生质量判断信号；根据检测结果，位于传送装置剔出工位的剔出装置将不合格产品剔出；合格产品在传送装置上继续运动，经过整形装置后有序地输出。该装置包括进盖装置、传送装置、整形装置、剔出装置、成像系统、工业计算机以及电气控制系统。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、精确度高、检测速度快等优点。

Description

高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法及设备

技术领域

本发明主要涉及到生产线上自动检测设备领域，特指一种对生产线上罐盖质量进行检测的方法和设备。

背景技术

在高速自动化生产线中，如何对产品进行快速、准确的质量检测，并且将不合格产品快速剔出，是直接关系到产品质量的重要技术难题。目前大多数产品质量检测及分类主要依靠人工方法，尤其对于金属制品的质量检测。人工检测缺陷在于：1、检测速度慢、效率低，无法满足高速自动化生产线需求；2、检测精度低，检测质量受人为因素影响，错误、误检率较高；3、工人劳动强度大，工作环境差；4、人力资源浪费，无法满足当前工业现代化管理要求。对于金属材料产品的人工质量检测还存在人工污染的问题。

对于高速自动化生产线来说，罐盖经过压盖、卷边及涂胶等工艺流程之后，存在的主要质量问题包括：1、罐盖表面有污染、破损、划痕；2、胶水区缺胶、无胶；3、多个罐盖重叠。由于罐盖为金属材质，其质量判别标准包括清洁度检测、形状检测、宽度检测，因此基于光电传感器的检测方案无法实现，只有采用机器视觉方法，通过获取检测对象的图像进行质量检测。

与常规的机器视觉检测系统相比，金属制品(针对罐盖)的机器视觉检测存在以下难题：1、成像较常规透明材料困难；2、罐盖形状特殊，无法用常规的机械装置进行抓取、传送及剔出；3、罐质量检测对象为罐多个区域，不同于常规的对象整体检测；4、金属材质产品特征不明显，检测错误率高。因此，金属材质罐盖质量在线自动化检测是一个悬而未决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、精确度高、检测速度快的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法及设备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法，其特征在于：在自动化生成线上，将需要检测的罐盖分离成单个罐盖，单个罐盖在传送装置上运动；当罐盖运动到传送装置的检测工位时，成像系统对罐盖高速成像；获取的罐盖图像输送工业计算机并由工业计算机进行处理，对多个检测区域进行质量检测，产生质量判断信号；根据检测结果，位于传送装置剔出工位上的剔出装置将不合格产品剔出；合格产品在传送装置上继续运动，经过整形装置后有序地输出。

作为本发明的进一步改进：

所述工业计算机对产品图像的处理流程为：

①获取罐盖的模板图像，根据模板图像确定检测对象几何特征和检测区域参数；

②检测对象定位：利用检测区域参数在获取的模板图像中对检测对象进行定位，得出检测对象在模板图像中的位置信息；

③多检测区域标定：利用位置信息和检测区域几何参数对多个检测区域进行标定；

④多区域特征检测：对多个检测区域分别进行检测，并根据各个区域检测结果给出产品质量检测结果。

本发明进一步公开了一种高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：包括进盖装置、传送装置、整形装置、剔出装置、成像系统、工业计算机以及电气控制系统，所述进盖装置装设于传送装置的输入端，所述整形装置装设于传送装置的输出端，所述传送装置的输送线上设有检测工位和剔出工位，所述成像系统装设于检测工位处，所述剔出装置装设于剔出工位处，所述成像系统与工业计算机的图像信号输入端相连，所述工业计算机的控制信号输出端与剔出装置相连。

所述进盖装置包括进盖槽、分盖机构和下盖电机，所述分盖机构包括对称布置的第一分盖导轨、第二分盖导轨、行星轮体系，所述第一分盖导轨包括第一分盖导轨挡盖薄片、第一分盖导轨分盖槽和第一分盖导轨螺旋槽。第二分盖导轨包括第二分盖导轨挡盖薄片、第二分盖导轨分盖槽和第二分盖导轨螺旋槽，所述行星轮系包括第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮，所述进盖槽位于第一分盖导轨、第二分盖导轨之间。所述下盖电机通过行星轮系与第一分盖导轨、第二分盖导轨相连。

所述传送装置包括传送装置支架、传送带、密封箱体以及传送装置驱动电机，密封箱体固定于传送装置支架上，所述传送带铺设于密封箱体上，所述传送带通过传动机构与传送装置驱动电机相连。所述密封箱体通过密封箱体接口与真空泵相连，所述密封箱体接口与密封箱体的内腔体相连通；所述密封箱体的上表面开设有若干个气槽，与之对应在传送带上开设有气孔。针对传送过程中传输阶段、剔出阶段和输出阶段对传送摩擦力大小的不同需求，采用气压控制方法并通过改变密封箱体上表面不同位置气孔分布密度的方法实现不同阶段气压的调节。

所述剔出装置包括气嘴、电磁阀、压缩空气输入通道、空气压缩机，所述压缩空气输入通道用来连接空气压缩机，所述电磁阀采用常闭阀并与剔出控制器相连，所述剔出控制器与工业计算机相连。

整形装置包括下盖槽、整形齿轮机构、整形回转体机构、产品传输通道以及真空泵连接接口，所述整形齿轮机构包括整形齿轮、整形齿轮锥齿轮传动装置、整形齿轮传动轴以及整形齿轮驱动电机，所述整形齿轮驱动电机带动整形齿轮传动轴，所述整形齿轮传动轴通过整形齿轮锥齿轮传动装置与整形齿轮相连；所述整形齿轮机构和整形回转体机构安装在下盖槽之后的流水线上，整形齿轮机构、整形回转体机构通过产品传输通道相连。

所述成像系统包括视觉装置支架以及固定于视觉装置支架上的光源和工业CCD相机，所述成像系统安装在传送装置的检测工位，所述工业CCD相机位于光源的正上方，所述光源由第一光源和第二光源构成。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明实现了高速自动化生产线金属罐盖质量自动化检测，且具有结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、精确度高、检测速度快等优点，实现了每小时60000个的检测速度，其检测效果高于人工检测效果，在检测过程中不引入污染。本发明采用分布式控制网络，各个控制节点可以实现对其控制对象的独立控制，减少了对工业控制计算机的依赖。同时实现了各个控制节点实时控制与通信。本发明的检测算法可用于同类型异物检测方法中。本发明通用性广，稍加改造即可用于同类型产品质量检测。

附图说明

图1是检测对象的俯视示意图；

图2是本发明中高速罐盖质量机器视觉在线检测的工作流程示意图；

图3是本发明中高速罐盖质量机器视觉在线检测方法的流程示意图；

图4是本发明的高速罐盖质量机器视觉在线检测装置整体结构左视图；

图5是本发明的高速罐盖质量机器视觉在线检测装置整体结构右视图；

图6是本发明中进盖装置内部俯视结构示意图；

图7是本发明中进盖装置内部侧视机构示意图；

图8是本发明中分盖机构第一分盖导轨的主视结构示意图；

图9是本发明中分盖机构第一分盖导轨的俯视结构示意图；

图10是本发明中分盖机构第二分盖导轨的主视结构示意图；

图11是本发明中分盖机构第二分盖导轨的俯视结构示意图；

图12是本发明中传送装置的结构示意图；

图13是本发明中传送装置密封箱体上表面气孔分布示意图；

图14是本发明中传送装置传送带表面气孔分布示意图；

图15是本发明中传送装置和密封箱体和传送带共同作用产生的通气孔分布示意图；

图16是本发明中剔出装置的结构示意图；

图17是本发明中整形装置的结构示意图；

图18是本发明中整形齿轮机构的结构示意图；

图19是本发明中整形回转体的结构示意图；

图20是本发明中成像系统的结构示意图；

图21是本发明的高速罐盖质量机器视觉在线检测装置电气系统框架结构示意图；

图22是本发明设备工业控制计算机所采用的检测方法的流程示意图；

图23是本发明检测区域几何参数的示意图；

图24是本发明检测方法定位步骤采用的定位区域的示意图；

图25是本发明检测方法定位步骤采用的边缘定位方法的示意图；

图26是本发明检测方法定位步骤采用的检测边缘拟合方法的示意图；

图27是本发明检测方法定位步骤采用的嵌环检测方法的示意图；

图28是本发明检测方法检测效果的示意图。

图例说明

I、内表面检测区域；II、嵌环检测区域；III、胶水检测区域；IV、卷缘检测区域；V、第一卷缘宽度检测区域；VI、第二卷缘宽度检测区域；1、进盖装置；11、进盖槽；12、分盖机构；13、下盖电机；121、第一分盖导轨；122、第二分盖导轨；123、行星轮系；1231、第一行星轮；1232、第二行星轮；1233、第三行星轮；1211、第一分盖导轨挡盖薄片；1212、第一分盖导轨分盖槽；1213、第一分盖导轨螺旋槽；1221、第二分盖导轨挡盖薄片；1222、第二分盖导轨分盖槽；1223、第二分盖导轨螺旋槽；2、传送装置；21真空泵；211、真空泵气管；22、传送装置支架；23、传送带；24、密封箱体；25、传送装置驱动电机；26、检测工位；27、剔出工位；231、气孔；241、真空泵接口；242、气槽；3、整形装置；31、下盖槽；32、整形齿轮机构；33、整形回转体机构；34、产品传输通道；35、真空泵连接接口；321、整形齿轮；322、整形齿轮锥齿轮传动装置；323、整形齿轮传动轴；324、整形齿轮驱动电机；331、整形回转体；332、整形回转体锥齿轮传动装置；333、整形回转体传动轴；334整形回转体驱动电机；4、剔出装置；41、气嘴；42、电磁阀；43、压缩空气输入通道；44、空气压缩机；5、成像系统；51、工业CCD相机；52、光源；53、视觉装置支架；521、第一光源；522、第二光源。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1，为检测对象的俯视示意图。检测对象由内表面检测区域I、嵌环检测区域II、胶水检测区域III、卷缘检测区域IV、第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI组成。检测目的在于检测产品内表面检测区域I、嵌环检测区域II、胶水检测区域III、卷缘检测区域IV是否被污染，胶水检测区域III是否缺胶或无胶，第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI卷缘宽度，各检测区域是否合乎规格，在制造过程中多个罐盖挤压在一起。不合格特征表现在获取的图像中包括黑点、压痕、划伤等突变特征，卷缘区域厚度超过标准，胶水区域偏白等。

如图2和图3所示，为本发明工业计算机中对成像系统5采集到的图像进行处理的流程图。首先，获取检测对象的模板图像；在获取的模板图像中，提取出检测对象的几何尺寸(表现为像素)，包括圆心、外径；并且提取出检测区域参数，其包括检测对象图像中内表面检测区域I内圆半径、表面检测区域I外圆环内径、表面检测区域I内圆环外径、嵌环检测区域II的内径和外径、胶水检测区域III的内径和外径、卷缘检测区域IV的内径和外径、第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI中心点位置、长度、宽度。然后，将模板图像中检测对象的圆心作为定位初始点，在外圆上选择多个矩形区域作为检测对象的外圆搜索点。

在实际检测过程中，当获取的模板图像传输到工业计算机中后，首先利用设定的定位区域对检测对象进行定位，找到检测对象的圆心，然后利用初始圆心与定位圆心的位置关系对内表面检测区域I、嵌环检测区域II、胶水检测区域III、卷缘检测区域IV、第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI进行标定，使之位于检测对象图像中正确的位置。然后对各个检测区域分别检测，并且根据多个检测区域检测结果给出检测对象质量判别结果。

如图4、5所示，本发明的高速罐盖质量机器视觉在线检测装置包括进盖装置1、传送装置2、整形装置3、剔出装置4、成像系统5、工业计算机以及电气控制系统，进盖装置1装设于传送装置2的输入端，整形装置3装设于传送装置4的输出端，传送装置4的输送线上设有检测工位26和剔出工位27，成像系统5装设于检测工位26处，剔出装置4装设于剔出工位27处，成像系统5与工业计算机的图像信号输入端相连，工业计算机的控制信号输出端与剔出装置4相连。

参见图6-11，本实施例中，进盖装置1包括进盖槽11、分盖机构12以及下盖电机13。分盖机构包括行星轮系123、对称安装于进盖槽11两侧的第一分盖导轨121和第二分盖导轨122，行星轮系123包括第一行星轮1231、第二行星轮1232以及第三行星轮1233，第一分盖导轨121与第二分盖导轨122完全相同，第一分盖导轨121包括第一分盖导轨挡盖薄片1211、第一分盖导轨分盖槽1212和第一分盖导轨螺旋槽1213。第二分盖导轨121包括第二分盖导轨挡盖薄片1221、第二分盖导轨分盖槽1222和第二分盖导轨螺旋槽1223。第一分盖导轨121和第二分盖导轨122在下盖电机13的带动下做同向旋转，罐盖首先落在第一分盖导轨121的第一分盖导轨挡盖薄片1211与第二分盖导轨122的第二分盖导轨挡盖薄片1221之间，两个挡盖薄片的同时作用使得检测对象无法向下运动；当第一分盖导轨121与第二分盖导轨122旋转一定角度后，检测对象落入第一分盖导轨121的第一分盖导轨分盖槽1212与第二分盖导轨122的第二分盖导轨分盖槽1222中；第一分盖导轨121和第二分盖导轨122继续旋转，检测对象沿第一分盖导轨121的第一分盖导轨螺旋槽1213和第二分盖导轨122的第二分盖导轨螺旋槽1223向下运动，当运动到第一分盖导轨螺旋槽1213和第二分盖导轨螺旋槽1223末端时，落到传送装置2上。

参见图12，本实施例中，传送装置2包括传送装置支架22、传送带23、密封箱体24以及传送装置驱动电机25，密封箱体24固定于传送装置支架22上，传送带23铺设于密封箱体24上，传送带23在传送装置驱动电机25的带动下运动，传送带23的上表面始终向前运动。传送装置2的作用是将罐盖由进盖装置1输入端传送到产品输出端，并在传送过程中实现对产品质量的检测。密封箱体24的侧面上依次设有检测工位26和剔出工位27，成像系统5装设于检测工位26处，剔出装置4装设于剔出工位27处。

如图13-15所示，本实施例中，为了满足在在传送过程中传输区、剔出区、输出区对于传送装置的需求，采用分段气压控制方法。在传输区，为了保证高的检测速度，同时避免轻小罐盖在运动过程中漂移，要求气压较大。在剔出区为了保证施加合适的力即可实现对罐盖的剔出，要求罐盖在此位置受到向下的大气压力较小。在输出区要求气压在传输区气压和剔出区气压之间，压力适中。针对上述要求，密封箱体24在与真空泵接口241处通过真空泵气管211与真空泵21相连，真空泵21将密封箱体24内的空气抽出。密封箱体24上表面开设有若干个气槽242，其分布情况如图10所示，在传输区气槽分布密集，在剔出区不开气槽，在输出区气槽分布相对传输区疏松。传送带23上均匀开设气孔231，其分布情况如图11所示。由于传送带23装配后紧密覆盖于密封箱体24表面，因此在真空泵21工作时，气槽242和气孔231在传送带23表面产生通气孔，其分布情况如图12所示。通气孔形成向下的气压梯度，从而将轻小罐盖吸附在传送带23上，检测对象与传送带23之间的摩擦力使检测对象随传送带23向前运动。在传输区，检测对象受到的摩擦力最大；在输出区，检测对象受到的摩擦力次之；在剔出区，检测对象受到的摩擦力最小。

参见图16，本实施例中，剔出装置4安装于传动装置2的剔出工位27处，其包括气嘴41、电磁阀42、压缩空气输入通道43、空气压缩机44。压缩空气输入通道43用来连接空气压缩机44，电磁阀42采用常闭阀并与剔出控制器相连，剔出控制器与工业计算机相连。当剔出控制器接收到工业计算机发出的不合格信息后，向剔出控制器发出剔出信号，剔除控制器产生长度固定的脉冲信号，令电磁阀42通电导致阀门打开，压缩空气脉冲由气嘴41喷出，施加在不合格检测对象上，将不合格产品由传送带23击出，或击出至次品箱中。

参见图17、图18和图19，本实施例中，整形装置3包括下盖槽31、整形齿轮机构32、整形回转体机构33、产品传输通道34、真空泵连接接口35。其中，整形齿轮机构32包括整形齿轮321、整形齿轮锥齿轮传动装置322、整形齿轮传动轴323以及整形齿轮驱动电机324。整形回转体机构33包括整形回转体331、整形回转体锥齿轮传动装置332、整形回转体齿轮传动轴333以及整形回转体驱动电机334。整形齿轮驱动电机324与整形齿轮传动轴323相连，整形齿轮传动轴323通过整形齿轮锥齿轮传动装置322与整形齿轮321相连。整形齿轮机构32和整形回转体机构33安装在下盖槽31之后的流水线上，整形齿轮机构32、整形回转体机构33通过产品传输通道34相连。合格的罐盖产品由下盖槽31进入产品传输通道34中，水平运动的罐盖沿下盖槽31形成的曲面运动，运动方向由水平方向变为曲面切线方向，罐盖一边首先与产品传输通道34底面接触停止运动，另外一边在惯性和真空泵所产生的气压差作用下，绕静止一边旋转继续运动，使整个罐盖竖直卡在整形齿轮321上，在整形齿轮321的带动下沿水平方向运动到另一端。后续进入产品传输通道34的罐盖对先进入的罐盖产生推力，使之进入回转体整形机构33。在回转体整形机构33中，整形回转体机构331所构成的圆弧与检测对象的外径一致，罐盖在回转面的作用下竖直输出。

参见图20，本实施例中，成像系统5包括视觉装置支架53以及固定于视觉装置支架53上的光源52和工业CCD相机51，成像系统5安装在传送装置2的检测工位26。其中工业CCD相机51位于光源52的正上方，光源52采用双层环形光源结构，由第一光源521和第二光源522构成，使得所有检测对象的所有区域均能保证光照均匀，可以有效低消除成像过程中单光源造成的阴影，这对于嵌环区域和卷缘区域的成像尤为重要。

参见图21，本实施例中，整个电气控制系统对工业计算机、工业CCD相机51、光电信号处理器、剔出装置气压控制器、剔出控制器、密封箱体气压测控装置、下盖电机控制器、机械振动传感器进行控制。其中工业CCD相机51通过1394总线与工业计算机相连，其他设备与工业计算机组成RS485网络。光电信号处理器由光电发射端、光电接收端构成，光电信号处理器将光电接收端将接收到的光强信号量化化为数字信号，并且与预先设定的阈值进行比较，当光强小于设定值时，认为有罐盖通过，广播该事件到所有节点，对通过罐盖计数，并且触发工业CCD相机51获取图像。当光源控制器接受到罐盖通过事件即打开光源，对检测对象给光。工业接受触发信号后一段时间才开始拍照以保证成像效果。工业CCD相机51图像采集完成之后，通过1394总线将图像传输到工业计算机中，工业计算机通过机器视觉方法判断，给出质量判别信号，信号通过控制网络发送给剔出控制器，剔出控制器根据判别信号，控制电磁阀的通断，实现对次品的剔出。剔出控制器控制剔出过程，剔出工位和检测工位间隔一段距离，为了保证对不合格产品的准确剔出，在剔出工位之前安装计数装置，当对某一个罐盖判断为不合格时，对于产品编号发送到剔出控制器，当计数装置输入与产品编号一致时，对产品进行剔出。为了保证可靠性，结合传送带速度，计算传送光电传感器至剔出工位距离所需的时间来进行剔出。密封箱体气压测控制装置控制密封箱体24中的气压，包括气压测量与控制，气压测量信号通过控制网络发送给工业计算机，当气压过大或过小时给出警报信号，气压控制通过控制真空泵电机转速实现，目的是保证箱体内气压恒定。剔出装置气压控制器测量并控制剔出气压。气压控制通过空气压缩机的开关实现。

下盖电机速度控制器通过控制直流电机的输入电压控制下盖速度。工业计算机统计进行一次判断所需要的时间，利用这个时间控制下盖电机13转速。机械振动传感器检测设备的振动状况，安装在密封箱体24上，可以对设备进行故障诊断。当设备振动剧烈时，降低下盖速度减轻振动。

参见图22，为本实施例中工业计算机对检测对象的质量检测方法步骤，包括：

1.检测对象定位

2.多检测区域标定

3.多区域特征检测。

三个步骤如下所述。

内表面检测区域I、嵌环检测区域II、胶水检测区域III、卷缘检测区域IV、第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI

1.检测对象定位方法：

1)事先对检测对象模板成像，根据图像获取检测区域的特征值。如图23所示，根据检测要求，内表面检测区域I的一部分区域不要求检测，检测区域主要包括内表面检测区域I内圆区域、外圆环区域、嵌环检测区域II、胶水检测区域III、卷缘检测区域IV，区域参数主要包括圆心P1，内表面检测区域I内圆半径R1，内表面检测区域I外圆环内径R2、外径R3，嵌环检测区域II内径R4和外径R5、胶水检测区域III内径R6和外径R7，卷缘检测区域IV内径R8和外径R9，第一卷缘宽度检测区域V矩形区域中心点P2、长度L1、宽度W1，第二卷缘宽度检测区域VI中心点P3、长度L2、宽度W3。

2)设定定位参数。如图24所示，在获取的图像中，以模板图像中检测对象圆心所在位置为圆心产生多个矩形检测窗口，窗口参数包括矩形中心点距圆心距离位置R10，窗口长度L、宽度W，窗口中心线与水平线方向夹角。窗口设置要求

$R10+\frac{L}{2}>R9$

$R10-\frac{L}{2}<R8$

窗口宽度在10个像素左右。并且要求圆心参数尽可能靠近图像中心或模板图像中检测图像中心位置。

3)在获取的检测对象图像矩形定位区域求出沿长度方向像素累加和一维轮廓，如图25所示。

根据参数中心点位置，在每一个窗口中，对垂直于长边的像素条进行灰度统计，得到一个一维轮廓，对一维轮廓进行平滑，找到灰度突变点。过程如下：

假设矩形中心点为(x，y)，长度为L，宽度为W，角度为α，则沿中心线方向顶端像素为(x₁，y₁)，低端像素为(x₂，y₂)，且

$\begin{array}{cc}{x}_1=x+\frac{L}{2}\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)& y_1=y+\frac{W}{2}\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}$

$\begin{array}{cc}{x}_2=x-\frac{L}{2}\cos \left(\mathrm{\&alpha;}\right)& y_2=y-\frac{W}{2}\sin \left(\mathrm{\&alpha;}\right)\end{array}$

从顶端像素开始根据中心点位置向矩形宽度方向拓展得到经过点(x₁，y₁)，与水平方向夹角为90°-α的直线，直线经过的像素作为采样点，对采样点进行累加。沿经过(x，y)，与水平方向夹角为α的直线以此求出采样中心点以及采样点，并且对采样点进行累加，直至到达低端像素为止。像素累加结果得到

(S₁，S₂，.....，Sn)

利用高斯平滑窗口对序列进行平滑，窗口主要参数包括窗口宽度W和均方差σ²，平滑系数η_i＝exp(-(x_i-x)²/2σ²)

以W＝5，σ²＝0.9为例，平滑过程如下：

S_n＝0.108×S_n-2+0.574×S_n-1+S_n+0.574×S_n+1+0.108×S_n+2

5)对求得的一维平滑轮廓求导，找出局部最大值。第一个局部最大值对应的采样中心点，即图像中检测对象最外围边缘上的点。

6)对获取的多个检测对象最外围边缘上的点用几何方法来拟合圆，如图26所示。拟合的结果是找到圆心P2和卷缘半径R11。

2.检测对象多区域标定

用拟合得到的圆心、设定的检测区域参数对各个检测区域进行标定，方法如下：

1)根据拟合的圆心和预先设定的圆心之间的位置关系，获得设定圆与检测到的圆的空间变换关系，根据变换关系，标定要检测的各个区域。在本发明中，通过计算设定圆心与目标圆心之间向量V＝P2-P1。

2)根据变换关系，对各个区域进行偏移运算。假定元检测区域为Reg1，其中心点为P3，则标定后的检测区域中心为P4＝P3+V。

3.对各个区域进行检测。多区域质量检测方法如下：

<1>.内表面检测区域I检测方法

内表面检测区域I要实现对内表面污染、刮伤等检测。对于内表面检测区域I检测采用如下算法：

1)对内表面区域用高斯平滑算法进行平滑。采用13*13模板，对于模板中各个元素的系数采用如下方法近似。

$M_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{2^{m+n-2}}\&times;\frac{(m-1)!}{i!\&times;(m-1-i)!}\&times;\frac{(n-1)!}{j!\&times;(n-1-j)!}$

2)将平滑后的区域中的像素与圆区域进行比较，当|f′(x，y)-f(x，y)|＞T时，将该点视作异物。

<2>.嵌环检测区域II检测方法

嵌环检测区域II检测要实现对内表面污染、刮伤等检测。对于嵌环检测区域II采用如下检测方法：

1)将嵌环区域均分为多个小圆环。

2)在每一个小圆环中，将该小圆环均分为多个圆弧，令每一个圆弧内像素宽素较小。

3)按0°-360°方向对所有圆弧内的像素求和，得到一维数组(S₁，S₂，.....，S_n)，如图27所示。

4)对所得的一维数组用高斯方法平滑，并且对平滑后的数组求导得到Grad(S₁，S₂ΛS_n)，当|Grad(S_m)＞T时，认为第m个圆弧块内可能包含异物。

5)搜寻每一异物的四邻域，对包含异物的邻域数目相加得到N，若N＞T’，则认为该位置包含异物。

<3>.胶水检测区域III检测方法

对于胶水检测区域III的检测与嵌环检测区域II类似，胶水检测区域III另一检测要求是检测是否无胶、缺胶。对于缺胶和无胶严重的区域，除采用与嵌环检测区域II相同的方法之外，还采用与阈值检测相结合的方法，实现如下：

1)对胶水区域进行阈值运算。

2)对运算结果进行联通运算，求出区域内联通区域。

3)统计各个联通区域的面积，当联通区域面积大于阈值TS时，认为该区域为无胶缺胶区域。

<4>.卷缘检测区域IV检测方法

卷缘区域检测要实现对内表面污染、刮伤、破损等检测。对于卷缘检测区域IV的检测采用如下算法：

1)将嵌环区域均分为多个小圆环。

2)在每一个小圆环中，将该小圆环均分为多个圆弧，令每一个圆弧内像素宽素较小。

3)按0°-360°方向对所有圆弧内的像素求和，得到一维数组(S₁，S₂ΛS_n)。

4)将数组均分为多块，求出各块元素之和。

如将数组分为K块，分别为0，1...K，每一块大小

每一块元素之和S_j＝Sum(M×j，M×j+1，......，M×(j+1)-1)

5)求出数组中每个元素所在数据块与相邻两个数据块的均值。

Av_j＝S_j/M

Av＝(S_j-1+S_j+S_j+1)/3

6)将元素与对应均值比较，如果大于阈值，则认为为异物点。

<5>.第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI卷缘宽度检测方法

检测目的在于检测生产过程中是否多个罐盖挤压在一起，检测方法如下：

1)事先在获取的模板图像中确定第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI，检测区域为矩形区域，矩形一边在卷缘形成的园内，另一边在卷缘形成的圆外。

2)根据检测对象定位结果，对第一卷缘宽度检测区域V及第二卷缘宽度检测区域VI标定。

3)在标定后的区域中，沿矩形中心线方向分别求出垂直与中心线方向的单列像素之和，得到一维数组(Z₁，Z₂，....，Z_n)。

4)对数组平滑并求导，求出导数正向变化最大值和反向变化最大值对应位置。

5)将两个位置相减，作为卷缘宽度，若宽度大于Td，则认为不合格。

图28给出了用上述方法对检测对象进行检测的结果，所采用检测方法可以实现同时对多个检测区域实时质量检测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法，其特征在于：在自动化生成线上，将需要检测的罐盖分离成单个罐盖，单个罐盖在传送装置上运动；当罐盖运动到传送装置的检测工位时，成像系统对罐盖高速成像；获取的罐盖图像输送工业计算机并由工业计算机进行处理，对多个检测区域进行质量检测，产生质量判断信号；根据检测结果，位于传送装置剔出工位的剔出装置将不合格产品剔出；合格产品在传送装置上继续运动，经过整形装置后有序地输出。

2.根据权利要求1所述的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测方法，其特征在于所述工业计算机对产品图像的处理流程为：

①获取罐盖的模板图像，根据模板图像确定检测对象几何特征和检测区域参数；

②检测对象定位：利用检测区域参数在获取的模板图像中对检测对象进行定位，得出检测对象在模板图像中的位置信息；

③多检测区域标定：利用位置信息和检测区域几何参数对多个检测区域进行标定；

④多区域特征检测：对多个检测区域分别进行检测，并根据各个区域检测结果给出产品质量检测结果。

3.一种高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：包括进盖装置(1)、传送装置(2)、整形装置(3)、剔出装置(4)、成像系统(5)、工业计算机以及电气控制系统，所述进盖装置(1)装设于传送装置(2)的输入端，所述整形装置(3)装设于传送装置(4)的输出端，所述传送装置(4)的输送线上设有检测工位(26)和剔出工位(27)，所述成像系统(5)装设于检测工位(26)处，所述剔出装置(4)装设于剔出工位(27)处，所述成像系统(5)与工业计算机的图像信号输入端相连，所述工业计算机的控制信号输出端与剔出装置4相连。

4.根据权利要求3所述的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：所述进盖装置(1)包括进盖槽(11)、分盖机构(12)以及下盖电机(13)，所述分盖机构(12)包括对称布置的第一分盖导轨(121)、第二分盖导轨(122)、以及行星轮系(123)，所述进盖槽(11)位于第一分盖导轨(121)、第二分盖导轨(122)之间，所述下盖电机(13)通过行星轮系(123)与第一分盖导轨(121)、第二分盖导轨(122)相连。

5.根据权利要求3所述的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：所述传送装置(2)包括传送装置支架(22)、传送带(23)、密封箱体(24)以及传送装置驱动电机(25)，密封箱体(24)固定于传送装置支架(22)上，所述传送带(23)铺设于密封箱体(24)上，所述传送带(23)通过传动机构与传送装置驱动电机(25)相连。

6.根据权利要求5所述的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：所述密封箱体(24)通过密封箱体接口与真空泵(21)相连，所述密封箱体(24)的上表面开设有若干个气槽(242)，与之对应在传送带(23)上开设有气孔(231)。

7.根据权利要求3或4或5或6所述的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：所述剔出装置(4)包括气嘴(41)、电磁阀(42)、压缩空气输入通道(43)、空气压缩机(44)，所述压缩空气输入通道(43)用来连接空气压缩机44，所述电磁阀(42)采用常闭阀并与剔出控制器相连，所述剔出控制器与工业计算机相连。

8.根据权利要求3或4或5或6所述的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：所述整形装置(3)包括下盖槽(31)、整形齿轮机构(32)、整形回转体机构(33)、产品传输通道(34)、真空泵连接接口(35)，所述整形齿轮机构(32)包括整形齿轮(321)、整形齿轮锥齿轮传动装置(322)、整形齿轮传动轴(323)以及整形齿轮驱动电机(324)，所述整形齿轮驱动电机(324)带动整形齿轮传动轴(323)，所述整形齿轮传动轴(323)通过整形齿轮锥齿轮传动装置(322)与整形齿轮(321)相连；所述整形齿轮机构(32)和整形回转体机构(33)安装在下盖槽(31)之后的流水线上，整形齿轮机构(32)、整形回转体机构(33)通过产品传输通道(34)相连。

9.根据权利要求3或4或5或6所述的高速生产线上罐盖质量的机器视觉在线检测设备，其特征在于：所述成像系统(5)包括视觉装置支架(53)以及固定于视觉装置支架(53)上的光源(52)和工业CCD相机(51)，所述成像系统(5)安装在传送装置(2)的检测工位(26)，所述工业CCD相机(51)位于光源(52)的正上方，所述光源(52)由第一光源(521)和第二光源(522)构成。

Images