CN103901040B - 一种基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统，包括正面位置传感器、正面光源、正面相机、反面位置传感器、反面光源、反面相机、光电编码器、第一传送带机构、第二传送带机构、机架、操控平台、报警指示模块、显示模块、控制按钮、以及主控系统，正面位置传感器、正面光源、正面相机、反面位置传感器、反面光源、反面相机、光电编码器均固定在机架上，正面位置传感器高于第一传送带机构、第二传送带机构的上平面，本发明能够解决现有三维网状物缺陷在线检测系统存在的只能够扫描工件的一个面、工作效率低、多次扫描易出现工件磕碰损坏等问题。

Description

一种基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统

技术领域

本发明属于机器视觉检测技术领域，更具体地，涉及一种基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统。

背景技术

目前，如空调铁丝网罩等三维网状物的涂装加工，是将工件烘烤到300度左右，浸没到流动的PE或PA粉末中，通过工件余热将粉末融化、流平，从而附着在工件表面。然而，当前涂装加工中仍存在许多瑕疵，如涂装表面存在异物和针孔、涂装表面不光滑、工件变形及网状线断缺的情况。

为了满足客户对于三维网状物产品质量的要求，必需对三维网状物进行外观质量检测。然而，目前的检测方式还主要停留在人眼检测这一层面，且存在人为检测标准不统一、人为检测时间长所导致的视觉疲劳和检测效率低等弊端，因而无法满足高质量、高效率和大批量生产的需求。

针对现有三维网状物的涂装加工过程中人为检测工件的缺点，如今一种三维网状物缺陷在线检测系统已经被广泛采用。但该在线检测系统只能够扫描工件的一个面，工作效率低，多次扫描易出现工件磕碰损坏等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统，其目的在于，解决现有三维网状物缺陷在线检测系统存在的只能够扫描工件的一个面、工作效率低、在扫描过程中会出现工件的磕碰损坏、以及只能够检测比较大的工件而导致应用范围窄的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统，包括正面位置传感器、正面光源、正面相机、反面位置传感器、反面光源、反面相机、光电编码器、第一传送带机构、第二传送带机构、机架、操控平台、以及主控系统，正面位置传感器、正面光源、正面相机、反面位置传感器、反面光源、反面相机、光电编码器均固定在机架上，正面位置传感器高于第一传送带机构、第二传送带机构的上平面，其发射端和接收端分别设置于第一传送带机构、第二传送带机构前进方向的左右两侧，且发射端发出的激光束能够被被测工件遮挡，正面光源设置于被测工件上方，同时设置于正面位置传感器右侧，正面相机设置于正面光源的正上方，反面位置传感器设置于第一传送带机构和第二传送带机构之间缝隙的上方，正面位置传感器与反面位置传感器均包括发射端和接收端，反面光源设置于第一传送带机构和第二传送带机构之间缝隙的下方，同时设置于反面位置传感器的右侧，反面相机设置于反面光源的下方，主控系统分别与正面位置传感器、正面相机、反面位置传感器、反面相机、光电编码器电连接，工作时，被测工件随第一传送带机构和第二传送带机构移动，当其穿过正面位置传感器的发射端与接收端之间时，正面位置传感器产生触发信号并将该触发信号传送至主控系统，同时，光电编码器产生的脉冲信号也被传送至主控系统，主控系统根据正面位置传感器产生的触发信号启动正面相机，根据光电编码器产生的脉冲信号控制正面相机以同步于被测工件移动的速度进行同步正面扫描拍摄，随后，被测工件移动至两组传送带机构之间缝隙的上方，在穿过反面位置传感器的发射端与接收端之间时，反面位置传感器检测到被测工件到来，产生触发信号并将该触发信号传送至主控系统。主控系统根据该触发信号立即启动反面相机，根据光电编码器产生的脉冲信号控制反面相机以同步于被测工件移动的速度进行同步反面扫描拍摄。同时，正面相机与反面相机不断将拍摄到的窄条图像信号传送至主控系统，由主控系统将一系列窄条图像合并成整幅图像，从而分别获得被测工件完整的正面图像和反面图像。最后，主控系统再对正面图像与反面图像进行数字图像处理，以判别被测工件是否存在缺陷。

优选地，第一传送带机构和第二传送带机构均由驱动辊、传送带和从动辊构成，且两个传送带的周长不同，驱动辊和从动辊均固定于机架上，从动辊用于与驱动辊配合共同形成传送带的转动条件，并用于调整传送带的张紧、保持与驱动辊的平行，以保证被测工件随传送带移动时能沿直线匀速移动，传送带绕过驱动辊、从动辊形成传送带机构，第一传送带机构和第二传送带机构共水平面且二者之间留有缝隙。

优选地，光电编码器与驱动辊同轴，且与驱动辊的一端相连，用于检测驱动辊的转动角度，获得传送带的线速度，从而得到被测工件的移动速度。

优选地，本系统还包括操控平台，其固定在地面上，且设置于机架旁边，用于为报警指示模块、显示模块、控制按钮、主控系统提供安装和固定平台。

优选地，正面位置传感器与反面位置传感器为型号相同的两组对射式光电位置传感器。

优选地，正面光源与反面光源为型号相同的两组LED光源，正面光源包括LED线阵、穹庐型光源罩、聚光型光源罩以及聚光棒，通过穹庐型光源罩用于将LED线阵发出的光线经过漫反射照射到被测工件上，从而形成具有明亮均匀白光的穹庐型光源，聚光棒用于将LED线阵发出的光线两次折射后聚光，从而形成具有均匀条状光线的聚光型光源。

优选地，正面相机与反面相机为型号相同的两台线阵CCD相机，其内部感光CCD传感器只有一窄条感光元素。

优选地，本发明的装置还包括报警指示模块、显示模块、以及控制按钮，其均与主控系统电连接，且安装于操纵平台上。

优选地，报警指示模块包括报警灯与扩音器，当检测出被测工件异常时，主控系统控制报警指示模块的报警灯亮起，同时扩音器播放报警声音。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、由于采用了双传送带机构传送与双相机扫描的方案，本系统可以在被测工件的一次行进过程中，先后得到被测工件正面和反面的图像信息，克服了单传送带传送工件时一次只能扫描工件的一个面的缺点，明显提高了工作效率，同时也降低了同一工件因多次扫描可能造成的磕碰损坏的概率。

2、由于采用了高速高分辨率线阵CCD相机，因此本系统可以在更高的速度下准确地检测出最小直径达0.3mm的瑕疵。

3、由于采用了穹庐型光源与聚光型光源相结合的新型组合光源，因此本系统可以最大程度消除照明死角，减少漏报发生。

4、由于采用多屏显示技术，因此本系统可以同时清晰地实时显示当前被测工件的正面和反面图像，并能实现静止画面功能，方便操作员随时查看质量状况和系统运行状况。如果出现不符合标准的缺陷，屏幕上会显示被测工件上缺陷的位置及类型，方便工人对缺陷进行确认和处理，提高生产效率。

5、由于本系统内部处理软件拥有图像精确定位、高速图像处理、局部精度设定等技术，可以实现快速精准可靠的检测；同时，内部处理软件具有缺陷数据统计分析功能，方便工厂对缺陷原因进行调研，以改进工艺，提高产品质量。

附图说明

图1是本发明基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统的正视图；

图2是本发明基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统的示意图；

图3是本发明正面光源的示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-正面位置传感器；2-正面光源；3-正面相机；4-反面位置传感器；5-反面光源；6-反面相机；7-光电编码器；8-驱动辊；9-传送带；10-从动辊；11-机架；12-被测工件；13-操控平台；14-报警指示模块；15-显示模块；16-控制按钮；17-主控系统；20-LED线阵；21-穹庐型光源罩；22-聚光型光源罩；23-聚光棒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1和2所示，本发明基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统包括正面位置传感器1、正面光源2、正面相机3、反面位置传感器4、反面光源5、反面相机6、光电编码器7、第一传送带机构、第二传送带机构、机架11、操控平台13、以及主控系统17。在其它实施方式中，本发明的装置还可附加地包括报警指示模块14、显示模块15、以及控制按钮16。

本系统采用双传送带机构传送与双相机扫描的方式对三维网状物进行正反双面检测。第一传送带机构和第二传送带机构均由驱动辊8、传送带9和从动辊10构成，且两个传送带9的周长不同。驱动辊8和从动辊10均固定于机架11上，传送带9绕过驱动辊8、从动辊10形成传送带机构。两组传送带机构共水平面且二者之间留有缝隙。

正面位置传感器1固定于机架11上，且略高于传送带9的上平面，其发射端和接收端分别设置于传送带9前进方向的左右两侧，且发射端发出的激光束能够被被测工件12遮挡。

正面光源2固定于机架11上，且设置于被测工件12上方，同时设置于正面位置传感器1右侧。

正面相机3固定于机架11上，且设置于正面光源2的正上方。

反面位置传感器4固定于机架11上，且设置于第一传送带机构和第二传送带机构之间缝隙的上方。

反面光源5固定于机架11上，设置于第一传送带机构和第二传送带机构之间缝隙的下方，同时设置于反面位置传感器4的右侧。

反面相机6固定于机架11上，且设置于反面光源5的下方。

光电编码器7固定于机架11上，与驱动辊8同轴，且与驱动辊8的一端相连。

如图2所示，操控平台13为箱体结构，其固定于地面上，且设置于机架11旁边。

报警指示模块14安装于操控平台13的箱体顶端。

显示模块15、控制按钮16固定于操控平台13上。

主控系统17安装于操控平台13内部，且分别与正面位置传感器1、正面相机3、反面位置传感器4、反面相机6、光电编码器7、报警指示模块14、显示模块15、控制按钮16电连接。

正面位置传感器1与反面位置传感器4为型号相同的两组对射式光电位置传感器，该传感器由发射端和接收端两部分组成，当被测工件12随传送带9向前移动并穿过发射端与接收端之间时，被测工件12遮挡传感器发射端发出的激光束，导致接收端无法继续接收到全部激光束信号，从而接收端产生触发信号，该触发信号通过信号线传送给主控系统17。主控系统17依据正面位置传感器1与反面位置传感器4发出的触发信号分别控制正面相机3与反面相机6开始对被测工件12进行扫描拍摄。

如图3所示，正面光源2与反面光源5为型号相同的两组LED光源。以下以正面光源2与正面相机3为例并结合图3说明LED光源内部结构，反面光源5与反面相机6位置与图3所示位置成倒置关系，且原理与图3相同。如图3所示，正面光源2光源包括LED线阵20、穹庐型光源罩21、聚光型光源罩22以及聚光棒23。通过穹庐型光源罩21将LED线阵20发出的光线经过漫反射照射到被测工件12上，从而形成具有明亮均匀白光的穹庐型光源。聚光棒23将LED线阵20发出的光线两次折射后聚光，形成具有均匀条状光线的聚光型光源，用于弥补穹庐型光源离被测工件12过高形成的侧面光亮不足。

正面相机3与反面相机6为型号相同的两台线阵CCD相机。这种线阵CCD相机的原理是，其内部感光CCD传感器只有一窄条感光元素，因此只能拍摄被测工件12的一个窄条图像。当被测工件12匀速运动时，正面相机3与反面相机6对其逐行扫描，同时不断将扫描后的窄条图像传送给主控系统17。主控系统17通过其内部图像处理软件将正面相机3与反面相机6拍摄的一系列窄条图像分别合并成被测工件12的完整正面图像与反面图像。

光电编码器7为工业用光电旋转编码器。它是通过光电转换将驱动辊8的转动角度转化为脉冲信号，再通过信号线将脉冲信号传送到主控系统17。其作用是通过检测驱动辊8的转动角度，获得传送带9的线速度，从而得到被测工件12的移动速度，主控系统17通过光电编码器7发出的脉冲信号控制正面相机3与反面相机6分别以同步于被测工件12移动的速度进行扫描拍摄。

驱动辊8通过同步带由电动机带动，通过传送带9与驱动辊8之间的摩擦力带动传送带转动。从动辊10除与驱动辊8配合共同形成传送带的转动条件外，还可以用来调整传送带9的张紧、保持与驱动辊8的平行，保证被测工件12随传送带9移动时能沿直线匀速移动。

操控平台13用于为报警指示模块14、显示模块15、控制按钮16、主控系统17等提供安装和固定平台。

报警指示模块14由报警灯与扩音器组成，当检测出被测工件12异常时，主控系统17控制报警指示模块14的报警灯亮起，同时扩音器播放报警声音。不同缺陷可以设置不同的报警声音以提醒操作员注意将不良工件分类处理，以方便返修或报废处理。

显示模块15由多台显示器组成，主控系统17控制显示模块15实时显示当前被测工件12的正反面图像，实现静止画面功能，方便操作员随时查看质量状况和系统运行状况，同时还可以进行参数设置和修改。

控制按钮16主要包括启动按钮、急停按钮及其他按钮等。

主控系统17由多台工控机、多个数据采集卡组成，用于采集正面位置传感器1、正面相机3、反面位置传感器4、反面相机6、光电编码器7的信号，对该信号进行处理，并控制正面相机3与反面相机6分别对被测工件12的正反两面进行同步拍摄，控制报警指示模块14实施报警，以及控制显示模块15进行交互界面显示。

本发明的工作原理如下：

首先，工作人员按下控制按钮16中的启动按钮，系统上电后进入初始化过程。系统初始化完成后，被测工件12通过人工方式不断被放置到传送带9上，然后随传送带9移动，当其穿过正面位置传感器1的发射端与接收端之间时，正面位置传感器1检测到被测工件12到来，产生触发信号并将该触发信号传送至主控系统17，同时，光电编码器7产生的脉冲信号也被传送至主控系统17。主控系统17根据正面位置传感器1产生的触发信号启动正面相机3，根据光电编码器7产生的脉冲信号控制正面相机3以同步于被测工件12移动的速度进行同步正面扫描拍摄。随后，被测工件12随传送带9继续向前移动至两组传送带机构之间缝隙的上方，在穿过反面位置传感器4的发射端与接收端之间时，反面位置传感器4检测到被测工件12到来，产生触发信号并将该触发信号传送至主控系统17。主控系统17根据该触发信号立即启动反面相机6，根据光电编码器7产生的脉冲信号控制反面相机6以同步于被测工件12移动的速度进行同步反面扫描拍摄。同时，正面相机3与反面相机6不断将拍摄到的窄条图像信号传送至主控系统17，由主控系统17将一系列窄条图像合并成整幅图像，从而分别获得被测工件12完整的正面图像和反面图像。然后，主控系统17再对正面图像与反面图像进行数字图像处理，以判别被测工件12是否存在缺陷。如果存在缺陷，则主控系统17控制报警指示模块14报警，同时控制显示模块15显示出被测工件12的正反面图像及缺陷位置和类型，以方便工作人员对有缺陷的工件进行核实和分类处理，同时主控系统17实时记录缺陷数据，并对一批被测工件12的质量进行统计分析；如果没有缺陷，则开始下一个被测工件12的检测和处理。如果遇到突发情况需要紧急停机，工作人员可以按下控制按钮16中的急停按钮，两组传送带机构将紧急停止，以进行相关故障排除工作。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的三维网状物缺陷在线检测系统，包括正面位置传感器、正面光源、正面相机、反面位置传感器、反面光源、反面相机、光电编码器、第一传送带机构、第二传送带机构、机架、操控平台、以及主控系统，其特征在于，

正面位置传感器、正面光源、正面相机、反面位置传感器、反面光源、反面相机、光电编码器均固定在机架上；

正面位置传感器高于第一传送带机构、第二传送带机构的上平面，其发射端和接收端分别设置于第一传送带机构、第二传送带机构前进方向的左右两侧，且发射端发出的激光束能够被被测工件遮挡；

正面光源设置于被测工件上方，同时设置于正面位置传感器右侧；

正面相机设置于正面光源的正上方；

反面位置传感器设置于第一传送带机构和第二传送带机构之间缝隙的上方；

正面位置传感器与反面位置传感器均包括发射端和接收端；

反面光源设置于第一传送带机构和第二传送带机构之间缝隙的下方，同时设置于反面位置传感器的右侧；

反面相机设置于反面光源的下方；

主控系统分别与正面位置传感器、正面相机、反面位置传感器、反面相机、光电编码器电连接；

工作时，被测工件随第一传送带机构和第二传送带机构移动，当其穿过正面位置传感器的发射端与接收端之间时，正面位置传感器产生触发信号并将该触发信号传送至主控系统，同时，光电编码器产生的脉冲信号也被传送至主控系统，主控系统根据正面位置传感器产生的触发信号启动正面相机，根据光电编码器产生的脉冲信号控制正面相机以同步于被测工件移动的速度进行同步正面扫描拍摄，随后，被测工件移动至两组传送带机构之间缝隙的上方，在穿过反面位置传感器的发射端与接收端之间时，反面位置传感器检测到被测工件到来，产生触发信号并将该触发信号传送至主控系统，主控系统根据该触发信号立即启动反面相机，根据光电编码器产生的脉冲信号控制反面相机以同步于被测工件移动的速度进行同步反面扫描拍摄，同时，正面相机与反面相机不断将拍摄到的窄条图像信号传送至主控系统，由主控系统将一系列窄条图像合并成整幅图像，从而分别获得被测工件完整的正面图像和反面图像，最后，主控系统再对正面图像与反面图像进行数字图像处理，以判别被测工件是否存在缺陷。

2.根据权利要求1所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，

第一传送带机构和第二传送带机构均由驱动辊、传送带和从动辊构成，且两个传送带的周长不同；

驱动辊和从动辊均固定于机架上；

从动辊用于与驱动辊配合共同形成传送带的转动条件，并用于调整传送带的张紧、保持与驱动辊的平行，以保证被测工件随传送带移动时能沿直线匀速移动；

传送带绕过驱动辊、从动辊形成传送带机构；

第一传送带机构和第二传送带机构共水平面且二者之间留有缝隙。

3.根据权利要求2所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，光电编码器与驱动辊同轴，且与驱动辊的一端相连，用于检测驱动辊的转动角度，获得传送带的线速度，从而得到被测工件的移动速度。

4.根据权利要求1所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，还包括操控平台，其固定在地面上，且设置于机架旁边，用于为报警指示模块提供安装和固定平台。

5.根据权利要求1所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，正面位置传感器与反面位置传感器为型号相同的两组对射式光电位置传感器。

6.根据权利要求1所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，

正面光源与反面光源为型号相同的两组LED光源；

正面光源包括LED线阵、穹庐型光源罩、聚光型光源罩以及聚光棒；

通过穹庐型光源罩用于将LED线阵发出的光线经过漫反射照射到被测工件上，从而形成具有明亮均匀白光的穹庐型光源；

聚光棒用于将LED线阵发出的光线两次折射后聚光，从而形成具有均匀条状光线的聚光型光源。

7.根据权利要求1所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，正面相机与反面相机为型号相同的两台线阵CCD相机，其内部感光CCD传感器只有一窄条感光元素。

8.根据权利要求1所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，还包括报警指示模块、显示模块、以及控制按钮，其均与主控系统电连接，且安装于操纵平台上。

9.根据权利要求8所述的三维网状物缺陷在线检测系统，其特征在于，

报警指示模块包括报警灯与扩音器；

当检测出被测工件异常时，主控系统控制报警指示模块的报警灯亮起，同时扩音器播放报警声音。