CN102928439B - 基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法及装置，方法包括以下步骤：a、将光源照射在滚针摩擦辊区域，b、滚针在旋转的滚针摩擦辊上边绕自身轴线旋转、边轴向前行，c、由相机对运动到镜头视场区域、且旋转前行的滚针的圆周面进行实时拍照，d、由计算机控制相机和筛选装置，e、将相机所拍图像传输到计算机中进行处理，计算机根据滚针的表面信息对滚针是否合格进行判定和结果显示，筛选装置根据判定结果将滚针分开放置。装置包括自动上料部分、送料软管、机架、控制装置、筛选装置、相机、光源和滚针旋转动力组件，本发明能对滚针表面缺陷进行动态、连续检测、检测效率高、精确度高，适用于工业生产线在线检测。

Description

基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种轴承滚针的检测方法和设备。 

背景技术

滚针轴承是机械行业中一个非常重要的零件，使用极其普遍。滚针的加工精度和质量关系到机械产品的使用性能和寿命，我国大多数轴承生产厂家在滚针表面缺陷的检测方面还是依靠机械式、光学式等测量仪器,手段比较落后。这种依靠人力的随机抽样检测方法检测效率低、精度低、易于引进人为误差，亟须改进。

《四川激光》1981刊登了广西壮族自治区机械工业研究所的论文“用激光检测滚针表面质量的自动分选仪”，该论文描述了用激光的方法检测滚针表面质量的自动分选仪。从激光器发出的激光， 经过透镜后会聚成所需大小的光斑照射到转动的滚针上。这时从滚针表面上反射的光便分为漫反射光和镜面反射光（正向反射光）。在此仪器中，仅使镜面反射光反射到硅光三极管上，而用合适的光阑（孔径3毫米）把漫反射光拦掉，也就是说，仅接收镜面反射光。随着滚针表面质量的不同，照射到硅光三极管上的镜面反射光强也不同，从而使光电管输出的光电流也不同，于是由自动控制系统对输出讯号进行处理之后，就能实现自动分选滚针的正、废品，并可自动的显示出来。该方法把轴承滚针的各种表面缺陷如伤痕、斑点、螺纹线等通过激光转化成电信号输出，是间接方法，很不直观，受表面粗糙度影响极大，检测的可靠性不高。且不能检测滚针形状（如倒角、圆角等），同时对检测滚针形状误差的检验工作不适用。

中国专利文献号CN101576509B，公开了名称为“一种基于机器视觉的小球表面缺陷自动检测方法及设备”，公开了一种基于机器视觉的小球表面缺陷自动检测方法及设备，该设备包括小球自动分布装置、摄像装置、自动下料装置和小球自动翻滚装置；小球自动装置通过传送机构在小球自动分布装置、摄像装置和自动下料装置之间自动循环流转，传送机构与PLC连接；PLC与计算机信号连接；其检测方法包括球体大小自动分级、小球的自动上料和自动阵列分布；相机捕获不断变换的球面图像，对有缺陷小球进行行列定位 ，剔除装置剔除缺陷小球和下料步骤。这种检测方法把小球翻滚摄像。然而，该方法及设备不能够用于检测滚针表面缺陷，因为，滚针不能像小球一样翻滚；这种检测设备把小球阵列分布，成组检测，虽可一次检测数个小球，但是间断工作，检测不连续，效率不高；这种检测设备的剔除装置采用负压剔除装置或磁吸式剔除装置，这两种装置的剔除可靠性不高，且负压剔除装置能耗大，磁吸式剔除装置会使零件磁化。因此该方法与设备不适用于滚针表面质量检测。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种能对滚针表面缺陷进行动态检测、连续检测、检测效率高、检测精确度高，适用于工业生产线在线检测的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法。

本发明的第二目的在于提供一种能对滚针表面缺陷进行动态检测、连续检测、检测效率高、检测精确度高，适用于工业生产线在线检测的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置。

为了达到上述第一目的，本发明的技术方案是：一种基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法，包括以下步骤：

a、将光源照射在滚针摩擦辊区域，

b、滚针在旋转的滚针摩擦辊上边绕自身轴线旋转、边轴向前行， 

c、由相机对运动到镜头视场区域、且旋转前行的滚针的圆周面进行实时拍照，

d、由计算机控制相机和筛选装置，

e、将相机所拍图像传输到计算机中进行处理，计算机根据滚针的表面信息对滚针是否合格进行判定和结果显示，筛选装置根据判定结果将滚针分开放置。

在a步骤中，所述光源采用同轴光源和弧度拱形光源，同轴光源位于弧度拱形光源的上方，弧度拱形光源位于滚针摩擦辊的上方，且弧度拱形光源的轴线与滚针摩擦辊的轴线及待测滚针的轴线同向。

在b步骤中，由自动上料部分将滚针输送到滚针摩擦辊上，滚针摩擦辊的摩擦力带动滚针绕自身轴线旋转，滚针依靠自动上料部分对滚针的推送力轴向前行，或依靠自动上料部分对滚针的推送力及滚针的重力分力轴向前行。

在c步骤中，所述相机所拍的视场长度控制在单根滚针长度的1.5~1.7倍。

在d步骤中，计算机上设定了相机曝光时间、帧率，还同时控制光源的亮度。

 为了达到上述第二目的，本发明的技术方案是：一种基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，包括自动上料部分、送料软管、机架、控制装置、筛选装置、相机、光源和滚针旋转动力组件，其中相机和光源装在机架上，光源位于滚针旋转动力组件的上方，相机位于光源的上方，所述滚针旋转动力组件包括电机、传动机构、滚针摩擦辊和挡件，所述电机固定在机架上，电机通过传动机构连接滚针摩擦辊，所述挡件为两个，两个挡件安装在机架上且位于滚针摩擦辊的上方，两个挡件之间具有供滚针轴向行进的空隙，所述筛选装置位于滚针摩擦辊的出料端，所述控制装置与相机、电机及筛选装置电连接。

所述挡件由压紧块压紧安装在机架上。

所述光源包括同轴光源和弧度拱形光源，同轴光源位于弧度拱形光源的窗口的上方，弧度拱形光源位于滚针摩擦辊的上方，且弧度拱形光源的轴线与滚针摩擦辊的轴线同向。

所述筛选装置包括气缸、上移动滑槽、下固定槽、第一分拣箱、第二分拣箱，所述气缸装连在机架上，上移动滑槽固定在气缸的活塞杆上，下固定槽位于上移动滑槽下方且固定在机架上，上移动滑槽的出口通向第一分拣箱，下固定槽的出口通向第二分拣箱。

所述自动上料部分为震动上料盘，所述传动机构为带传动或齿轮传动或电机直接传动。

所述滚针摩擦辊的轴线与水平面之间有一倾斜角度α，即滚针摩擦辊的进料端高于出料端，所述倾斜角度α为0.1~15°。 

采用上述方法后，本发明的优点：能对滚针表面缺陷进行动态检测、连续检测，通过滚针间轴向首尾相接形成的水平有效黑色窄带数量来判断是否进行有效检测和单个滚针定位，能有效地提高检测的稳定性和可靠性；能对滚针圆周面、倒角、疵点进行统计计算，尽可能降低了环境干扰、测量误差等对检测造成的影响，因此，检测精确度高，稳定性和可靠性高；由于滚针在旋转的滚针摩擦辊上边绕自身轴线旋转、边轴向前行，不需要单独的工装（翻滚装置和分布装置）来装载滚针，滚针可以轴向首尾相接地在滚针摩擦辊上连续轴向前行，实现动态检测、连续检测，检测效率高，适用于工业生产线在线检测。

此外，采用同轴光源和弧度拱形光源，同轴光源位于弧度拱形光源的上方，组合光源可以垂直照射待测滚针圆周面，保证滚针表面弧面照射均匀的同时能获得足够大的弧面检测角度，提升了单次检测效率；相机所拍的视场长度控制在单根滚针长度的1.5~1.7倍，使得待检视场最多出现一根完整的滚针，故可以实现单针定位检测，提高了筛选精度和检测成本；而检测宽度略大于滚针直径，使得视场尽可能小的同时最大限度地提高了所拍图像的利用率，大大提高了单次检测速度和精度。

采用上述结构后，本发明的检测装置用自动上料部分将滚针送入相机检测视场范围内，利用滚针旋转动力组件的滚针摩擦辊使得滚针在检测视场范围内做圆周运动并且依靠自动上料部分对滚针的推送力及滚针的重力分力轴向前行，相机采集滚针圆周面的图像，并利用计算机软件进行处理分析，与标准参数比较，将合格的与不合格的滚针分别导入合格品箱和废品箱。本发明能对滚针表面缺陷进行动态检测、连续检测、检测效率高、检测精确度高，避免了现有技术需用工装（翻滚装置和分布装置）多次装载滚针来检测及光源带来的误差，适用于工业生产线在线检测。

附图说明

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置的结构示意图 

图2为图1去掉上料部分后的A向视图；

图3为本发明中的滚针旋转动力组件、光源、相机和筛选装置的位置布置图；

图4为图3的B向视图；  

图5为图4的I部局部放大图；

图6为图3去掉相机与光源后的一种运动状态（合格品运动状态）俯视图；

图7为图3去掉相机与光源后的另一种运动状态（不合格品运动状态）俯视图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明的基于机器视觉的一种滚针表面缺陷检测方法，包括以下步骤：

a、将光源5照射在滚针摩擦辊10-1区域，

b、滚针12在旋转的滚针摩擦辊10-1上边绕自身轴线旋转、边轴向前行， 

c、由相机4对运动到镜头视场区域、且旋转前行的滚针12的圆周面进行实时拍照，

d、由计算机13控制相机4和筛选装置6，

e、将相机4所拍图像传输到计算机13中进行处理，计算机13根据滚针12的表面信息对滚针12是否合格进行判定和结果显示，筛选装置6根据判定结果将滚针12分开放置。

在a步骤中，所述光源5采用同轴光源5-1和弧度拱形光源5-2，同轴光源5-1位于弧度拱形光源5-2的上方，弧度拱形光源5-2位于滚针摩擦辊10-1的上方，且弧度拱形光源5-2的轴线与滚针摩擦辊10-1的轴线及待测滚针12的轴线同向。

在b步骤中，由自动上料部分1将滚针12输送到滚针摩擦辊10-1上，滚针摩擦辊10-1的摩擦力带动滚针12绕自身轴线旋转，滚针12依靠自动上料部分1对滚针12的推送力轴向前行，或依靠自动上料部分1对滚针12的推送力及滚针12的重力分力轴向前行。

在c步骤中，所述相机4所拍的视场长度控制在单根滚针12长度的1.5~1.7倍。

在d步骤中，计算机13上设定了相机4曝光时间、帧率，还同时控制光源5的亮度。

 如图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明的一种基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，包括自动上料部分1、送料软管2、机架9、控制装置3、筛选装置6、相机4、光源5和滚针旋转动力组件10，其中相机4和光源5装在机架9上，光源5位于滚针旋转动力组件10的上方，相机4位于光源5的上方，所述滚针旋转动力组件10包括电机10-4、传动机构、滚针摩擦辊10-1和挡件10-7，所述电机10-4固定在机架9上，电机10-4通过传动机构连接滚针摩擦辊10-1，所述挡件10-7为两个，两个挡件10-7安装在机架9上且位于滚针摩擦辊10-1的上方，两个挡件10-7之间具有供滚针轴向行进的空隙11，所述筛选装置6位于滚针摩擦辊10-1的出料端，所述控制装置3与相机4、电机10-4及筛选装置6电连接。

所述控制装置3包括计算机13，也可以包括操作面板。

如图3所示，所述滚针摩擦辊10-1的轴线与水平面之间最好有一倾斜角度α，即滚针摩擦辊10-1的进料端高于出料端。所述倾斜角度α一般选择0.1~15°。α也可以是0°；α还可以大于15°，只要使滚针在滚针摩擦辊10-1上的轴向前行速度适合于相机4拍照即可。

如图1、2、3、4所示，所述挡件10-7由压紧块10-6压紧安装在机架9上。

如图1、2、3、4所示，所述光源5包括同轴光源5-1和弧度拱形光源5-2，同轴光源5-1位于弧度拱形光源5-2的窗口5-2-1的上方，弧度拱形光源5-2位于滚针摩擦辊的上方，且弧度拱形光源5-2的轴线与滚针摩擦辊10-1的轴线同向。

弧度拱形光源的特点是均匀反射底部发射出的光线，使整个图像的照度更加均匀，适应于反光较强的物体表面检测，曲面，表面凹凸，弧形表面检测。而现有技术的环形光源能够提供不同角度照射，突出物体的三维信息。本发明滚针检测是要拍取滚针圆周面，而不是呈现滚针的整体成像，因此，采用满足检测要求的弧度拱形光源。

本发明中的光源5可以采用上海纬朗光电科技有限公司的：同轴光源5-1型号：TZ-D48-W-24V；弧度拱形光源5-2型号：IDT-D150-W-24V 。

如图1、2、3、4所示，所述筛选装置6包括气缸6-1、上移动滑槽6-2、下固定槽6-3、第一分拣箱8、第二分拣箱7，所述气缸6-1装连在机架9上，上移动滑槽6-2固定在气缸6-1的活塞杆上，下固定槽6-3位于上移动滑槽6-2下方且固定在机架9上，上移动滑槽6-2的出口通向第一分拣箱8，下固定槽6-3的出口通向第二分拣箱7。筛选装置6可靠性高，能耗小，不会使零件磁化。

如图3、4所示，所述传动机构为带传动，包括同步带轮10-3、10-2和同步带10-8。传动机构也可以为齿轮传动或电机直接传动。

如图1、2、3、4所示，所述自动上料部分1为震动上料盘。本发明中的震动上料盘可以采用常州市华阳轴业有限公司的电磁式圆周振动送料器CB-350。

如图6、7所示，本发明工作时， 自动上料部分1将滚针12输送到滚针摩擦辊10-1上，滚针摩擦辊10-1的摩擦力带动滚针12旋转，滚针12依靠自动上料部分1对滚针12的推送力及滚针12的重力分力在两个刀片10-7之间的空隙11中连续轴向前行，相机4对运动到镜头下方、且被光源5照射的滚针12进行实时拍照，图像传输到计算机13，当计算机13软件判断其为合格品时，上移动滑槽6-2不动，滚针12落入上移动滑槽6-2，滑入第一分拣箱8；当软件判断其为不合格品时，上移动滑槽6-2由筛选装置6的气缸6-1移开，滚针12落入下固定滑槽6-3，滑入第二分拣箱7，完成后，上移动滑槽6-2复位，进行下一检测循环。

Claims (11)

1.一种基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、将光源（5）照射在滚针摩擦辊（10-1）区域，

b、滚针（12）在旋转的滚针摩擦辊（10-1）上边绕自身轴线旋转、边轴向前行， 

c、由相机（4）对运动到镜头视场区域、且旋转前行的滚针（12）的圆周面进行实时拍照，

d、由计算机（13）控制相机（4）和筛选装置（6），

e、将相机（4）所拍图像传输到计算机（13）中进行处理，计算机（13）根据滚针（12）的表面信息对滚针（12）是否合格进行判定和结果显示，筛选装置（6）根据判定结果将滚针（12）分开放置。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法，其特征在于：在a步骤中，所述光源（5）采用同轴光源（5-1）和弧度拱形光源（5-2），同轴光源（5-1）位于弧度拱形光源（5-2）的上方，弧度拱形光源（5-2）位于滚针摩擦辊（10-1）的上方，且弧度拱形光源（5-2）的轴线与滚针摩擦辊（10-1）的轴线及待测滚针（12）的轴线同向。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法，其特征在于：在b步骤中，由自动上料部分（1）将滚针（12）输送到滚针摩擦辊（10-1）上，滚针摩擦辊（10-1）的摩擦力带动滚针（12）绕自身轴线旋转，滚针（12）依靠自动上料部分（1）对滚针（12）的推送力轴向前行，或依靠自动上料部分（1）对滚针（12）的推送力及滚针（12）的重力分力轴向前行。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法，其特征在于：在c步骤中，所述相机（4）所拍的视场长度控制在单根滚针（12）长度的1.5~1.7倍。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测方法，其特征在于：在d步骤中，计算机（13）上设定了相机（4）曝光时间、帧率，还同时控制光源（5）的亮度。

6.一种基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，其特征在于：包括自动上料部分（1）、送料软管（2）、机架（9）、控制装置（3）、筛选装置（6）、相机（4）、光源（5）和滚针旋转动力组件（10），其中相机（4）和光源（5）装在机架（9）上，光源（5）位于滚针旋转动力组件（10）的上方，相机（4）位于光源（5）的上方，所述滚针旋转动力组件（10）包括电机（10-4）、传动机构、滚针摩擦辊（10-1）和挡件（10-7），所述电机（10-4）固定在机架（9）上，电机（10-4）通过传动机构连接滚针摩擦辊（10-1），所述挡件（10-7）为两个，两个挡件（10-7）安装在机架（9）上且位于滚针摩擦辊（10-1）的上方，两个挡件（10-7）之间具有供滚针轴向行进的空隙（11），所述筛选装置（6）位于滚针摩擦辊（10-1）的出料端，所述控制装置（3）与相机（4）、电机（10-4）及筛选装置（6）电连接。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，其特征在于：所述挡件（10-7）由压紧块（10-6）压紧安装在机架（9）上。

8.根据权利要求6所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，其特征在于：所述光源（5）包括同轴光源（5-1）和弧度拱形光源（5-2），同轴光源（5-1）位于弧度拱形光源（5-2）的窗口（5-2-1）的上方，弧度拱形光源（5-2）位于滚针摩擦辊（10-1）的上方，且弧度拱形光源（5-2）的轴线与滚针摩擦辊（10-1）的轴线同向。

9.根据权利要求6所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，其特征在于：所述筛选装置（6）包括气缸（6-1）、上移动滑槽（6-2）、下固定槽（6-3）、第一分拣箱（8）、第二分拣箱（7），所述气缸（6-1）装连在机架（9）上，上移动滑槽（6-2）固定在气缸（6-1）的活塞杆上，下固定槽（6-3）位于上移动滑槽（6-2）下方且固定在机架（9）上，上移动滑槽（6-2）的出口通向第一分拣箱（8），下固定槽（6-3）的出口通向第二分拣箱（7）。

10.根据权利要求6所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，其特征在于：所述自动上料部分（1）为震动上料盘，所述传动机构为带传动或齿轮传动或电机直接传动。

11.根据权利要求6所述的基于机器视觉的滚针表面缺陷检测装置，其特征在于：所述滚针摩擦辊（10-1）的轴线与水平面之间有一倾斜角度α，即滚针摩擦辊（10-1）的进料端高于出料端，所述倾斜角度α为0.1~15°。