CN103697831B - 全自动视觉刻线检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及罐盖检测设备技术领域，尤其涉及全自动视觉刻线检测设备及检测方法；所述全自动视觉刻线检测设备包括机座、PC电脑、CCD视觉成像定位系统、三轴高精度工作台机构、多规格存取料机构、机械旋转吸取机构、多轴高精度高速控制器、高精度检测激光头机构；采用工作台多轴高精度高速移动、视觉成像定位、双高精度检测激光头测距的方式，可实现的高精度高效率自动刻线检测，大大提高检测精度和检测效率。

Description

全自动视觉刻线检测设备及检测方法

技术领域

本发明涉及罐盖检测设备技术领域，尤其涉及全自动视觉刻线检测设备及检测方法。

背景技术

金属包装是包装工业的重要组成部分，主要为食品、罐头、饮料、油脂、化工、药品、文化用品及化妆品等行业提供包装服务。

金属包装具有以下优点：1，优良的阻隔性能：不仅可以阻隔诸如空气、氧气、水蒸气、二氧化碳等气体，还可以遮光，特别是阻隔紫外光，因此不会引起物品的潮解、变质、腐败褪色以及香味的变化。2，优良的力学性能：金属包装容器刚性大、易操作，能经受碰撞、振动和堆叠，便于运输和储存，使商品的销售半径大为增加。3，良好的加工适应性：因金属延展性好，对复杂的成型加工能实现高精度、高速度生产。4，使用方便：金属包装容器不易破损，携带方便。现在许多饮料和食品用罐与易开盖组合，更增加了使用方便性，以适应现代设备快节奏的生活，并广泛用于旅游生活中。5，卫生安全：由于使用了适当的涂料，使金属容器完全满足食品容器对卫生和安全的要求。

由于上述罗列的这些优点，金属包装的应用越来越广泛，市场需求量也越来较大，如加多宝、可口可乐、旺旺等各知名饮料均有采用金属包装，又如各品牌奶粉罐，各种饰品包装等都有采用金属包装。一般，这些金属包装都采用易拉罐结构，罐盖用“V”字型模具冲出“V”字型的刻线，便于沿刻线拉开罐盖。如果刻线过浅，罐盖将难以被拉开；如果刻线过深，刻线容易破裂造成食品如碳酸饮料、奶制品等与空气接触而变质，尤其碳酸饮料在运输过程中因振动而内部膨胀，容易使刻线破裂而变质。

因此，对金属包装容器的罐盖刻线深度进行检测是非常有必要的。传统测量方式为，采用手动刻线检测仪，检测过程全靠人工操作，操作误差比较大，严重影响检测精度和检测效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种全自动视觉刻线检测设备及检测方法，可实现高精度高效率自动刻线检测，大大提高检测精度和检测效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现。

全自动视觉刻线检测设备，它包括机座、用于计算刻线深度和显示图像的PC电脑、用于对刻线进行视觉成像定位的CCD视觉成像定位系统、用于放置罐盖并将其高精度移动至测试位置的三轴高精度工作台机构、用于放置不同规格罐盖的多规格存取料机构、用于吸取罐盖至三轴高精度工作台机构的机械旋转吸取机构、多轴高精度高速控制器、用于测量刻痕表面的深度的高精度检测激光头机构；所述PC电脑连接所述CCD视觉成像定位系统和高精度检测激光头机构；

所述三轴高精度工作台机构包括Y轴移动驱动机构，X轴移动驱动机构和T轴旋转驱动机构和高精度工作台，T轴垂直于Y轴和X轴；所述高精度工作台设置有标准块和放料盘，放料盘的上部为斜导面，中部为凹台，下部为贯通高精度工作台的通孔，凹台设置有放置罐盖的装夹台；所述标准块用于高精度检测激光头机构数据清零；所述T轴旋转驱动机构安装于高精度工作台底部并驱动放料盘绕T轴旋转，所述Y轴移动驱动机构连接所述高精度工作台并驱动高精度工作台沿Y轴移动，所述X轴移动驱动机构连接Y轴移动驱动机构并驱动Y轴移动驱动机构沿X轴移动，X轴移动驱动机构安装于机座；

所述高精度检测激光头机构包括K轴移动驱动机构、Z轴移动机构和两个上下对置的高精度检测激光头，所述K轴移动驱动机构驱动上下两个高精度检测激光头在垂直方向反向移动，Z轴移动机构驱动上下两个高精度检测激光头在垂直方向同向移动；

所述多轴高精度高速控制器控制连接Y轴移动驱动机构，X轴移动驱动机构、T轴旋转驱动机构、K轴移动驱动机构和Z轴移动机构；

所述多规格存取料机构设置于三轴高精度工作台机构前方，机械旋转吸取机构设置于多规格存取料机构和三轴高精度工作台机构之间，CCD视觉成像定位系统设置于三轴高精度工作台机构的上方，高精度检测激光头机构设置于CCD视觉成像定位系统旁侧，且当高精度工作台沿X轴移动过来时上下两个高精度检测激光头分别位于高精度工作台的上下方。

所述多规格存取料机构包括放料台、放料台驱动机构和多根挡料柱，所述放料台驱动机构驱动放料台左右移动，多根挡料柱安装于放料台，每四根以上的挡料柱围成一个放料区，放料区位置中间有顶料孔，多规格存取料机构下方设置有顶料机构。

所述机械旋转吸取机构包括吸盘和吸盘驱动机构，吸盘驱动机构驱动吸盘上下移动，及驱动吸盘从多规格存取料机构旋转至三轴高精度工作台机构。

进一步的，所述高精度工作台设置有两个放料盘，两个放料盘的斜导面、凹台、通孔和装夹台的大小均不同。

进一步的，所述高精度检测激光头机构包括半导体激光发射器、物镜、音叉、小孔和感光元件、用于精确测量目标距离的传感器；半导体激光发射器的激光束穿过依靠音叉快速上下振动的物镜聚集在目标表面，从目标表面反射的光束汇集在小孔处，随后进入感光元件，通过测量光线进入感光元件时物镜的确切位置，就可以确定目标高度。

进一步的，所述T轴旋转驱动机构为电机驱动同步带的结构。

全自动视觉刻线检测方法，它包括以下步骤：

步骤一、CCD视觉成像定位系统判断高精度工作台工作位是否放置有罐盖，如果放置有罐盖则取走罐盖。

步骤二、数据清零：两个高精度检测激光头靠近标准块，使上下两个高精度检，测激光头与标准块距离为6mm，使得高精度检测激光头的误差为±0.5μm。

步骤三，高精度工作台和多规格存取料机构移动到对应机械旋转吸取机构的待料区；顶料机构上升顶起罐盖，同时吸盘驱动机构驱动吸盘旋转至多规格存取料机构的放料区上方并驱动吸盘下降吸取罐盖，吸盘驱动机构再驱动吸盘上升并旋转至高精度工作台的放料盘，吸盘将罐盖放置于放料盘的装夹台位置；机械旋转吸取机构复位。

步骤四，CCD视觉成像定位系统对罐盖的刻痕进行成像定位，将数据发送至PC电脑。

步骤五，高精度工作台沿移动到测量位，上下两个高精度检测激光头对罐盖的刻痕上下部进行测量；具体为，多轴高精度高速控制器根据CCD视觉成像定位系统的刻痕位置数据，控制高精度工作台沿X轴、Y轴和T轴动作，使得上下两个高精度检测激光头对罐盖的刻线的上下部每个点都可进行测量，并发送测量数据至PC电脑；高精度检测激光头使用共焦原理和音叉，其激光束穿过依靠音叉快速上下振动的物镜聚集在刻线的上部或下部表面，从刻线的上部或下部表面反射的光束汇集在小孔处，随后进入感光元件，通过测量光线进入感光元件时物镜的确切位置，就可以确定刻线的上部或下部高度，传感器精确测量刻线的上部或下部表面的距离，不受刻线材质、颜色或角度的影响。

步骤六、PC电脑根据上下两个高精度检测激光头的测量数据，计算出刻线深度，并完成与标准值的分析对比；同时PC电脑显示罐盖刻线横截面和罐盖刻线位置上下表面的图像。

重复上述步骤，完成多个罐盖的刻线检测，并自动生成检测报告。

本发明有益效果为：本发明所述一种全自动视觉刻线检测设备及检测方法，采用工作台多轴高精度高速移动、视觉成像定位、双高精度检测激光头测距的方式，可实现的高精度高效率自动刻线检测，大大提高检测精度和检测效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A部放大图。

图3为本发明的三轴高精度工作台机构的结构示意图。

图4为本发明的高精度检测激光头机构的结构示意图。

图5为本发明的高精度检测激光头机构的原理图一。

图6为本发明的高精度检测激光头机构的原理图二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明所述全自动视觉刻线检测设备，它包括机座1、用于计算刻线深度和显示图像的PC电脑6、用于对刻线进行视觉成像定位的CCD视觉成像定位系统4、用于放置罐盖并将其高精度移动至测试位置的三轴高精度工作台机构3、用于放置不同规格罐盖的多规格存取料机构2、用于吸取罐盖至三轴高精度工作台机构3的机械旋转吸取机构7、多轴高精度高速控制器、用于测量刻痕表面的距离的高精度检测激光头机构5；所述PC电脑6连接所述CCD视觉成像定位系统4和高精度检测激光头机构5。

所述三轴高精度工作台机构3包括Y轴移动驱动机构31，X轴移动驱动机构33和T轴旋转驱动机构32和高精度工作台30，T轴垂直于Y轴和X轴；所述高精度工作台30设置有标准块35和放料盘34，放料盘34的上部为斜导面340，中部为凹台342，下部为贯通高精度工作台30的通孔343，凹台342设置有放置罐盖的装夹台341；所述标准块35用于高精度检测激光头机构5数据清零；所述T轴旋转驱动机构32安装于高精度工作台30底部并驱动放料盘34绕T轴旋转，所述Y轴移动驱动机构31连接所述高精度工作台30并驱动高精度工作台30沿Y轴移动，所述X轴移动驱动机构33连接Y轴移动驱动机构31并驱动Y轴移动驱动机构31沿X轴移动，X轴移动驱动机构33安装于机座1；工作时，Y轴移动驱动机构31、X轴移动驱动机构33分别驱动高精度工作台30沿Y轴、X轴方向移动，T轴旋转驱动机构32安装于高精度工作台30底部并由T轴驱动放料盘34旋转，高精度工作台30能在检测过程中，精确的移动检测位置，使得高精度检测激光头机构5能对整个刻线的每个点进行检测。优选的，Y轴移动驱动机构31和X轴移动驱动机构33为电机驱动螺母丝杆的结构，移动精度极高。所述T轴旋转驱动机构32为电机驱动同步带的结构，旋转精度同样极高。

所述高精度工作台30的斜导面340用于放料时进行导向，使得罐盖更容易放置到装夹台341上，通孔343便于高精度检测激光头机构5的上下两个高精度检测激光头50对罐盖刻线的上下部进行激光测距。优选的，所述高精度工作台30设置有两个并设置的放料盘34，两个放料盘34的斜导面340、凹台342、通孔343和装夹台341的大小均不同，可以放置不同规格的罐盖，并实现连续不断的检测。

所述高精度检测激光头机构5包括K轴移动驱动机构51、Z轴移动机构52和两个上下对置的高精度检测激光头50，所述K轴移动驱动机构51驱动上下两个高精度检测激光头50在垂直方向反向移动，Z轴移动机构52驱动上下两个高精度检测激光头50在垂直方向同向移动；工作时，根据不同情况，由K轴移动驱动机构51或Z轴移动机构52驱动两个上下对置的高精度检测激光头50的移动，既灵活使用，又可很好地保护高精度检测激光头50。

如图5和图6所示，本发明所述高精度检测激光头机构5包括半导体激光发射器501、物镜502、音叉504、小孔505、感光元件506、用于精确测量目标距离的传感器503；半导体激光发射器501的激光束穿过依靠音叉504快速上下振动的物镜502聚集在目标表面，从目标表面反射的光束汇集在小孔505处，随后进入感光元件，通过测量光线进入感光元件时物镜502的确切位置，就可以确定目标高度，所述目标为刻线的上部或下部。其中，图5表示光束没有在目标表面形成焦点时，小部分接收光穿过小孔505，接收光亮度较低；图6表示光束在目标表面形成焦点时，所有接收光都穿过小孔505，接收光亮度较高。

所述多轴高精度高速控制器控制连接Y轴移动驱动机构31，X轴移动驱动机构33、T轴旋转驱动机构32、K轴移动驱动机构51和Z轴移动机构52，实现多轴高精度位移。所述多规格存取料机构2设置于三轴高精度工作台机构3前方，机械旋转吸取机构7设置于多规格存取料机构2和三轴高精度工作台机构3之间，CCD视觉成像定位系统4设置于三轴高精度工作台机构3的上方，高精度检测激光头机构5设置于CCD视觉成像定位系统4旁侧，且当高精度工作台30沿X轴移动过来时上下两个高精度检测激光头50分别位于高精度工作台30的上下方。

所述机械旋转吸取机构7包括吸盘70和吸盘驱动机构71，吸盘驱动机构71驱动吸盘70上下移动，及驱动吸盘70从多规格存取料机构2旋转至三轴高精度工作台机构3。所述多规格存取料机构2包括放料台21、放料台驱动机构20和多根挡料柱22，所述放料台驱动机构20驱动放料台21左右移动，多根挡料柱22安装于放料台21，每四根以上的挡料柱22围成一个放料区，放料区位置开设有顶料孔23，顶料孔23下方设置有顶料机构24，。工作时，将不同规格罐盖放置到对应的放料区，多规格存取料机构2移动到待料区，由吸盘70吸取送料，吸取时顶料机构24顶料，便于提高吸取料动作的稳定性。

上述一种全自动视觉刻线检测设备，其检测方法包括以下步骤：

步骤一、CCD视觉成像定位系统4判断高精度工作台30工作位是否放置有罐盖，如果放置有罐盖则取走罐盖。

步骤二、数据清零：两个高精度检测激光头50靠近标准块35，使上下两个高精度检，测激光头50与标准块35距离为6mm，使得高精度检测激光头50的误差为±0.5μm。

步骤三，高精度工作台30和多规格存取料机构2移动到对应机械旋转吸取机构7的待料区；顶料机构24上升顶起罐盖，同时吸盘驱动机构71驱动吸盘70旋转至多规格存取料机构2的放料区上方并驱动吸盘70下降吸取罐盖，吸盘驱动机构71再驱动吸盘70上升并旋转至高精度工作台30的放料盘34，吸盘70将罐盖放置于放料盘34的装夹台341位置；机械旋转吸取机构7复位。

步骤四，CCD视觉成像定位系统4对罐盖的刻痕进行成像定位，将数据发送至PC电脑6。

步骤五，高精度工作台30沿移动到测量位，上下两个高精度检测激光头50对罐盖的刻痕上下部进行测量；具体为，多轴高精度高速控制器根据CCD视觉成像定位系统4的刻痕位置数据，控制高精度工作台30沿X轴、Y轴和T轴动作，使得上下两个高精度检测激光头50对罐盖的刻线的上下部每个点都可进行测量，并发送测量数据至PC电脑6；高精度检测激光头50使用共焦原理和音叉504，其激光束穿过依靠音叉504快速上下振动的物镜502聚集在刻线的上部或下部表面，从刻线的上部或下部表面反射的光束汇集在小孔505处，随后进入感光元件，通过测量光线进入感光元件时物镜502的确切位置，就可以确定刻线的上部或下部高度，传感器503精确测量刻线的上部或下部表面的距离，不受刻线材质、颜色或角度的影响。

步骤六、PC电脑6根据上下两个高精度检测激光头50的测量数据，计算出刻线深度，并完成与标准值的分析对比；同时PC电脑6显示罐盖刻线横截面和罐盖刻线位置上下表面的图像。

重复上述步骤，完成多个罐盖的刻线检测，并自动生成检测报告。

综上所述，本发明所述一种全自动视觉刻线检测设备及检测方法，采用工作台多轴高精度高速移动、视觉成像定位、双高精度检测激光头50测距的方式，可实现±0.2μm的高精度高效率自动刻线检测，大大提高检测精度和检测效率。本发明具有以下优点：1、精度高，精度优于1μm，分辨率达0.1μm；2、罐盖刻线横截面清晰显示在屏幕；3、罐盖刻线位置上下表面的图像显示在屏幕；4、激光精确测量技术，避免人为误差；5、装夹样品速度快，只需2秒；6、测量一次大约需5秒。本发明所述一种全自动视觉刻线检测设备填补了全世界饮料罐装行业的空白，可面对旺旺集团、红牛、中粮、加多宝等罐装饮料行业客户群体。

当然，本发明还可有其他多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出相应的改变和变形。以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利保护范围内。

Claims (7)

1.全自动视觉刻线检测设备，其特征在于：它包括机座（1）、用于计算刻线深度和显示图像的PC电脑（6）、用于对刻线进行视觉成像定位的CCD视觉成像定位系统（4）、用于放置罐盖并将其高精度移动至测试位置的三轴高精度工作台机构（3）、用于放置不同规格罐盖的多规格存取料机构（2）、用于吸取罐盖至三轴高精度工作台机构（3）的机械旋转吸取机构（7）、多轴高精度高速控制器、用于测量刻痕表面的距离的高精度检测激光头机构（5）；所述PC电脑（6）连接所述CCD视觉成像定位系统（4）和高精度检测激光头机构（5）；

所述三轴高精度工作台机构（3）包括Y轴移动驱动机构（31），X轴移动驱动机构（33）和T轴旋转驱动机构（32）和高精度工作台（30），T轴垂直于Y轴和X轴；所述高精度工作台（30）设置有标准块（35）和放料盘（34），放料盘（34）的上部为斜导面（340），中部为凹台（342），下部为贯通高精度工作台（30）的通孔（343），凹台（342）设置有放置罐盖的装夹台（341）；所述标准块（35）用于高精度检测激光头机构（5）数据清零；所述T轴旋转驱动机构（32）安装于高精度工作台（30）底部并驱动放料盘（34）绕T轴旋转，所述Y轴移动驱动机构（31）连接所述高精度工作台（30）并驱动高精度工作台（30）沿Y轴移动，所述X轴移动驱动机构（33）连接Y轴移动驱动机构（31）并驱动Y轴移动驱动机构（31）沿X轴移动，X轴移动驱动机构（33）安装于机座（1）；

所述高精度检测激光头机构（5）包括K轴移动驱动机构（51）、Z轴移动机构（52）和两个上下对置的高精度检测激光头（50），所述K轴移动驱动机构（51）驱动上下两个高精度检测激光头（50）在垂直方向反向移动，Z轴移动机构（52）驱动上下两个高精度检测激光头（50）在垂直方向同向移动；

所述多轴高精度高速控制器控制连接Y轴移动驱动机构（31），X轴移动驱动机构（33）、T轴旋转驱动机构（32）、K轴移动驱动机构（51）和Z轴移动机构（52）；

所述多规格存取料机构（2）设置于三轴高精度工作台机构（3）前方，机械旋转吸取机构（7）设置于多规格存取料机构（2）和三轴高精度工作台机构（3）之间，CCD视觉成像定位系统（4）设置于三轴高精度工作台机构（3）的上方，高精度检测激光头机构（5）设置于CCD视觉成像定位系统（4）旁侧，且当高精度工作台（30）沿X轴移动过来时上下两个高精度检测激光头（50）分别位于高精度工作台（30）的上下方。

2.根据权利要求1所述的全自动视觉刻线检测设备，其特征在于：所述多规格存取料机构（2）包括放料台（21）、放料台驱动机构（20）和多根挡料柱（22），所述放料台驱动机构（20）驱动放料台（21）左右移动，多根挡料柱（22）安装于放料台（21），每四根以上的挡料柱（22）围成一个放料区，放料区位置中间有顶料孔（23），多规格存取料机构（2）下方设置有顶料机构（24）。

3.根据权利要求2所述的全自动视觉刻线检测设备，其特征在于：所述机械旋转吸取机构（7）包括吸盘（70）和吸盘驱动机构（71），吸盘驱动机构（71）驱动吸盘（70）上下移动，及驱动吸盘（70）从多规格存取料机构（2）旋转至三轴高精度工作台机构（3）。

4.根据权利要求3所述的全自动视觉刻线检测设备，其特征在于：所述高精度工作台（30）设置有两个放料盘（34），两个放料盘（34）的斜导面（340）、凹台（342）、通孔（343）和装夹台（341）的大小均不同。

5.根据权利要求4所述的全自动视觉刻线检测设备，其特征在于：所述T轴旋转驱动机构（32）为电机驱动同步带的结构。

6.根据权利要求1至5任一项所述的全自动视觉刻线检测设备，其特征在于：所述高精度检测激光头机构（5）包括半导体激光发射器（501）、物镜（502）、音叉（504）、小孔（505）、感光元件（506）、用于精确测量目标距离的传感器（503）；半导体激光发射器（501）的激光束穿过依靠音叉（504）快速上下振动的物镜（502）聚集在目标表面，从目标表面反射的光束汇集在小孔（505）处，随后进入感光元件，通过测量光线进入感光元件时物镜（502）的确切位置，就可以确定目标高度。

7.全自动视觉刻线检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一、CCD视觉成像定位系统（4）判断高精度工作台（30）工作位是否放置有罐盖，如果放置有罐盖则取走罐盖；

步骤二、数据清零：两个高精度检测激光头（50）靠近标准块（35），使上下两个高精度检测激光头（50）与标准块（35）距离为6mm，使得高精度检测激光头（50）的误差为±0.5μm；

步骤三，高精度工作台（30）和多规格存取料机构（2）移动到对应机械旋转吸取机构（7）的待料区；顶料机构（24）上升顶起罐盖，同时吸盘驱动机构（71）驱动吸盘（70）旋转至多规格存取料机构（2）的放料区上方并驱动吸盘（70）下降吸取罐盖，吸盘驱动机构（71）再驱动吸盘（70）上升并旋转至高精度工作台（30）的放料盘（34），吸盘（70）将罐盖放置于放料盘（34）的装夹台（341）位置；机械旋转吸取机构（7）复位；

步骤四，CCD视觉成像定位系统（4）对罐盖的刻痕进行成像定位，将数据发送至PC电脑（6）；

步骤五，高精度工作台（30）沿移动到测量位，上下两个高精度检测激光头（50）对罐盖的刻痕上下部进行测量；具体为，多轴高精度高速控制器根据CCD视觉成像定位系统（4）的刻痕位置数据，控制高精度工作台（30）沿X轴、Y轴和T轴动作，使得上下两个高精度检测激光头（50）对罐盖的刻线的上下部每个点都可进行测量，并发送测量数据至PC电脑（6）；高精度检测激光头（50）使用共焦原理和音叉（504），其激光束穿过依靠音叉（504）快速上下振动的物镜（502）聚集在刻线的上部或下部表面，从刻线的上部或下部表面反射的光束汇集在小孔（505）处，随后进入感光元件，通过测量光线进入感光元件时物镜（502）的确切位置，就可以确定刻线的上部或下部高度，传感器（503）精确测量刻线的上部或下部表面的距离，不受刻线材质、颜色或角度的影响；

步骤六、PC电脑（6）根据上下两个高精度检测激光头（50）的测量数据，计算出刻线深度，并完成与标准值的分析对比；同时PC电脑（6）显示罐盖刻线横截面和罐盖刻线位置上下表面的图像；

重复上述步骤，完成多个罐盖的刻线检测，并自动生成检测报告。