CN102658266A - 一种基于机器视觉的钢球分拣装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉的钢球分拣装置以及方法，通过在线获取钢球表面特征，按照质量控制目标实现钢球分拣，采用进给盘与展开盘的协调旋转运动实现待检钢球表面的充分展开，不需要展开盘的摆动，使得检测装置的运行更加平稳、可靠，其结构简单，避免了检测过程中的摆动运动的存在，使得检测结果更加的准确。同时本发明通过引入钢球外径测量方法，根据测量结果剔除不满足尺寸要求的钢球，使得分拣装置能够更加完美地满足实际需求。

Description

一种基于机器视觉的钢球分拣装置和方法

技术领域

本发明属于测量技术、自动控制领域，涉及一种自动化制造中对产品表面缺陷与尺寸参数进行在线检测的装置，具体的说，是指一种基于机器视觉，在线获取钢球表面特征与尺寸参数，同时根据检测反馈信息发出控制命令，按照质量控制目标实现钢球分拣的装置。

背景技术

在产品质量检测中，对被测物体的表面缺陷，大多采用人工目视检验法，由于受到人为因素的影响很大，其准确性和稳定性均难以保证，而且对于微小物体(如小钢球)的检测人工肉眼基本上难以胜任；对被测物体的几何参数(如钢球直径)，传统的测量方法是利用卡尺或千分尺在被测工件上进行多次测量后取平均值，但这种测量方法测试速度慢，对大批量工件只能抽检无法实现全检。所以，不管是对被测物体的表面缺陷，还是对被测物体的几何参数，人工检测方法自动化程度低，不能满足大规模生产需求。 

基于机器视觉的产品表面缺陷与尺寸检测方法以其非接触性、实时性、灵活性和精确性等特点可以有效地解决这些问题。另外，这种方法不但可以获取被测物体的表面特征与尺寸参数，还可以根据检测结果及时给出反馈信息，由此做出控制决策，控制后续执行机构的操作，从而实现整个过程的自动化运行，提高企业的生产效率。

专利号为ZL200310109912.4和ZL200810243613.2的中国发明专利分别公开了一种钢球表面缺陷的检测方法与装置。这两个专利公开的运动机构均包括一个做旋转运动的进给转盘、一个同时做旋转与摆动运动的展开转盘，以实现待检钢球表面充分展现在摄像机视野中。这种运动机构总体结构比较复杂，由于摆动运动的存在，会增加设备的不均衡振动，降低检测结果的准确度。

发明内容

本发明主要目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于机器视觉的钢球分拣装置以及方法，通过在线获取钢球表面特征，按照质量控制目标实现钢球分拣，其结构简单，避免了检测过程中的摆动运动的存在，使得检测结果更加的准确。

一种基于机器视觉的钢球分拣装置，包括上料机构、上料通道、检测槽、进给盘、检测腔、检测光源、摄像机、托盘、展开盘、出球机构和出球口；上料机构通过上料通道与安装在检测槽内的进给盘连接，进给盘的圆周设有若干检测腔，检测腔侧边设有为待检钢球提供照明的检测光源，检测腔的上方设有摄像机；所述进给盘下方设有托盘和展开盘，进给盘与展开盘上下平行设置，托盘和展开盘的相邻端面紧密贴合，托盘和展开盘的上表面齐平；进给盘通过进给转轴与进给电机连接，展开盘通过展开转轴与展开电机连接；托盘上设有出球口，出球口与出球机构连通。

所述托盘通过下方的托盘支撑固定在检测槽底部。

所述出球机构从检测槽底部穿过。

所述进给盘通过进给转轴与进给电机实现旋转运动，展开盘通过展开转轴与展开电机实现旋转运动，进给盘和展开盘旋转过程中，带动钢球转动展开整个球面。

所述进给盘的圆周设有的若干检测腔的圆心之间的距离为2πd/3，其中d为待检钢球直径。

一种基于机器视觉的钢球分拣方法，将待检钢球放入上料机构中，钢球通过上料通道依次送入检测槽内的进给盘的检测腔，检测腔侧边设有为待检钢球提供照明的检测光源，检测腔的上方设有摄像机；所述进给盘下方设有托盘和展开盘，进给盘与展开盘上下平行设置，托盘和展开盘的相邻端面紧密贴合，托盘和展开盘的上表面齐平；进给盘通过进给转轴与进给电机连接，展开盘通过展开转轴与展开电机连接；托盘上设有出球口，出球口与出球机构连通，进给盘通过进给转轴与进给电机实现旋转运动，展开盘通过展开转轴与展开电机实现旋转运动；进给盘和展开盘旋转过程中，带动钢球转动展开整个球面；摄像机采集整个球面的图像信息，并将拍摄的图片信息输入计算机，计算机判断钢球是否存在缺陷。

所述进给盘的圆周设有的若干检测腔的圆心之间的距离为2πd/3，其中d为待检钢球直径，π为圆周率。

计算机获取包含检测腔和检测腔中待检钢球的完整图像；计算以像素为单位的检测腔孔径和待检钢球直径；利用已知的检测腔实际孔径数据，换算得到待检钢球直径的实际尺寸数据；判定待检钢球是否满足尺寸要求。

在进给盘不断的旋转过程中，钢球分别经过托盘上的出球口，通过出球口落入出球机构，通过检测出表面有缺陷或者尺寸不符合要求的钢球都判定为不合格钢球，根据检测反馈信息发出控制命令，不合格钢球落入出球口后，出球机构打开通向废料仓的门，使不合格钢球出去送入废料仓；合格钢球落入出球口后，出球机构打开通向成品仓的门，使合格钢球出去送入成品仓。

本发明的有益技术效果为：（1）本发明在钢球表面缺陷检测方面，克服了现有技术中运动机构总体结构复杂的缺点，采用进给盘与展开盘的协调旋转运动实现待检钢球表面的充分展开，不需要展开盘的摆动，使得检测装置的运行更加平稳、可靠。（2）本发明通过引入钢球外径测量方法，根据测量结果剔除不满足尺寸要求的钢球，使得分拣装置能够更加完美地满足实际需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明的钢球外径测量流程图。

具体实施方式

如图1、2，一种基于机器视觉的钢球分拣装置包括上料机构10、上料通道11、进给盘2、检测腔12、检测光源14、摄像机13、托盘5、托盘支撑6、展开盘9、出球机构4和出球口3。

上料机构10通过上料通道11与安装在检测槽1内的进给盘2连接，按照设定的上球频率把待检钢球输送到进给盘2上。进给盘2为乳白色透光材料制成，其圆周上均匀分布若干数量检测腔12。所述的检测腔12为贯通进给盘2上下表面的圆形通孔，其加工精度要满足对钢球外径的测量要求。若干检测腔12的圆心之间的距离为2πd/3，其中d为待检钢球直径。

进给盘2下方设有托盘5和展开盘9，所述的进给盘2与展开盘9，两者均为圆形盘，上下平行设置，在空间位置上为正交布置。托盘5和展开盘9的上表面齐平，并与进给盘2的下表面贴合。托盘5和展开盘9的相邻端面形状与展开盘9的圆形盘形状相适配，接触缝隙尽可能小，既保证展开盘9的自由旋转，又不使待检钢球卡住。

托盘5通过下方的托盘支撑6固定在检测槽1底部，托盘5上设有出球口3，出球口3与出球机构4连通，出球口3的大小要保证设计的各种目标规格钢球均能自由落入出球机构4中。

进给盘2通过进给转轴7与进给电机连接实现旋转运动，展开盘9通过展开转轴8与展开电机连接实现旋转运动。如图2所示，进给盘2逆时针旋转，待检钢球受到一个y方向的作用力；展开盘9逆时针旋转，待检钢球受到一个x方向的作用力。进给盘2与展开盘9在空间位置上为正交布置，因此对待检钢球的作用力相互垂直，本发明通过对进给盘2与展开盘9的旋转位置的控制，实现待检钢球表面充分展现在摄像机视野中。待检钢球在y方向作用力下，当处于待检位置1、待检位置2和待检位置3时，表征了y方向上的3个展开面，由于检测腔12的圆心之间的距离为2πd/3（其中d为待检钢球直径），3个展开面构成了y方向上的完整的钢球展开面；同时，待检钢球在x方向作用力下，当处于待检位置1、待检位置2和待检位置3时，可以有若干个x方向上的展开面，也可以得到x方向上的完整的钢球展开面。待检位置1、待检位置2和待检位置3上方设置的摄像机13拍摄包括待检位置1、待检位置2和待检位置3上的图像，利用相应的图像处理算法判定待检钢球是否存在缺陷，算法中设有记忆单元，记住前一检测时刻在待检位置1和后一检测时刻在待检位置2为同一个钢球。

进给盘2、托盘5、托盘支撑6、展开盘9及待检钢球均浸没在检测槽1内检测液中，检测液为无色透明液体，为煤油或防锈水，检测液的液面高度要高于进给盘2的上表面。本发明所用上料机构10、上料通道11、进给盘2、托盘5、展开盘9均用有机材料制成，以防止在检测过程中对待检钢球表面的损伤。实际应用中，不限于只包含一组检测光源14和摄像机13，可以设置多组检测光源14和摄像机13，同时进行多组钢球的质量检测，以提高检测速度。

由于以上步骤只能检测钢球表面是否有缺陷，当其中混入了不同尺寸但是表面无缺陷的钢球则无法进行识别，如图3所示，计算机在判断钢球是否有缺陷的同时，检测钢球的尺寸是否符合要求，通过以下步骤来判定钢球尺寸是否符合要求，（1）摄像机13拍摄的图像中，包括待检位置1、待检位置2和待检位置3上的图像。处于待检位置2的待检钢球正对摄像机13的中心位置，因此分割图像获取当前检测时刻处于待检位置2的包含检测腔和检测腔中待检钢球的完整图像；（2）利用平面图像处理算法，计算得到以像素为单位的检测腔孔径和待检钢球直径；（3）利用已知的检测腔实际孔径数据，换算得到待检钢球直径的实际尺寸数据；（4）根据公差要求，判定待检钢球是否满足尺寸要求。（5）返回步骤（1），进行下一检测时刻的图像处理。

在进给盘不断的旋转过程中，钢球分别经过托盘上的出球口，通过出球口落入出球机构，将检测出表面有缺陷或者尺寸不符合要求的钢球都判定为不合格钢球，根据检测反馈信息发出控制命令，不合格钢球落入出球口后，出球机构打开通向废料仓的门，使不合格钢球出去送入废料仓；合格钢球落入出球口后，出球机构打开通向成品仓的门，使合格钢球出去送入成品仓。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的钢球分拣装置，包括上料机构（10）、上料通道（11）、检测槽（1）、进给盘（2）、检测腔（12）、检测光源（14）、摄像机（13）、托盘（5）、展开盘（9）、出球机构（4）和出球口（3）；上料机构（10）通过上料通道（11）与安装在检测槽（1）内的进给盘（2）连接，进给盘（2）的圆周设有若干检测腔（12），检测腔（12）侧边设有为待检钢球提供照明的检测光源（14），检测腔（12）的上方设有摄像机（13）；其特征在于，所述进给盘（2）下方设有托盘（5）和展开盘（9），进给盘（2）与展开盘（9）上下平行设置，托盘（5）和展开盘（9）的相邻端面紧密贴合，托盘（5）和展开盘（9）的上表面齐平；进给盘（2）通过进给转轴（7）与进给电机连接，展开盘（9）通过展开转轴（8）与展开电机连接；托盘（5）上设有出球口（3），出球口（3）与出球机构（4）连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的钢球分拣装置，其特征在于，所述托盘（5）通过下方的托盘支撑（6）固定在检测槽（1）底部。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的钢球分拣装置，其特征在于，所述出球机构（4）从检测槽（1）底部穿过。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的钢球分拣装置，其特征在于，所述进给盘（2）通过进给转轴（7）与进给电机实现旋转运动，展开盘（9）通过展开转轴（8）与展开电机实现旋转运动，进给盘（2）和展开盘（9）旋转过程中，带动钢球转动展开整个球面。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的钢球分拣装置，其特征在于，所述进给盘（2）的圆周设有的若干检测腔（12）的圆心之间的距离为2πd/3，其中d为待检钢球直径。

6.一种基于机器视觉的钢球分拣方法，其特征在于，将待检钢球放入上料机构（10）中，钢球通过上料通道（11）依次送入检测槽（1）内的进给盘（2）的检测腔（12），检测腔（12）侧边设有为待检钢球提供照明的检测光源（14），检测腔（12）的上方设有摄像机（13）；所述进给盘（2）下方设有托盘（5）和展开盘（9），进给盘（2）与展开盘（9）上下平行设置，托盘（5）和展开盘（9）的相邻端面紧密贴合，托盘（5）和展开盘（9）的上表面齐平；进给盘（2）通过进给转轴（7）与进给电机连接，展开盘（9）通过展开转轴（8）与展开电机连接；托盘（5）上设有出球口（3），出球口（3）与出球机构（4）连通，进给盘（2）通过进给转轴（7）与进给电机实现旋转运动，展开盘（9）通过展开转轴（8）与展开电机实现旋转运动；进给盘（2）和展开盘（9）旋转过程中，带动钢球转动展开整个球面；摄像机（13）采集整个球面的图像信息，并将拍摄的图片信息输入计算机，计算机判断钢球是否存在缺陷。

7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的钢球分拣方法，其特征在于，所述进给盘（2）的圆周设有的若干检测腔（12）的圆心之间的距离为2πd/3，其中d为待检钢球直径。

8.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的钢球分拣方法，其特征在于，计算机获取包含检测腔和检测腔中待检钢球的完整图像；计算以像素为单位的检测腔孔径和待检钢球直径；利用已知的检测腔实际孔径数据，换算得到待检钢球直径的实际尺寸数据；判定待检钢球是否满足尺寸要求。

9.根据权利要求8任意所述的一种基于机器视觉的钢球分拣方法，其特征在于，在进给盘不断的旋转过程中，钢球分别经过托盘上的出球口，通过出球口落入出球机构，将检测出表面有缺陷或者尺寸不符合要求的钢球都判定为不合格钢球，根据检测反馈信息发出控制命令，不合格钢球落入出球口后，出球机构打开通向废料仓的门，使不合格钢球出去送入废料仓；合格钢球落入出球口后，出球机构打开通向成品仓的门，使合格钢球出去送入成品仓。

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