CN104458750A - 一种基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明主要属于视觉检测设备领域，具体是一种基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备。包括工控机、整机框架、智能相机单元、光学支架、电气控制单元、伺服电机、传送辊轮、定位传感器、物料卡具及旋转编码器，其中整机框架上设有多个相互平行的传送辊轮，所述伺服电机设置于整机框架的下方、并通过传动装置与各传送辊轮连接，所述光学支架设置于整机框架上，所述智能相机单元设置于光学支架上，所述整机框架的两侧均设有起导向作用的物料卡具，所述电气控制单元、定位传感器和旋转编码器均设置于整机框架上，所述定位传感器和旋转编码器与电气控制单元电连接，所述电气控制单元与工控机电连接。本发明结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、自动化程度高、检测速度快、精度高。

Description

一种基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备

技术领域

本发明主要属于视觉检测设备领域，具体是一种基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备。

背景技术

机器视觉是一项迅速发展的新技术。在现代生产过程中，视觉检测往往是不能缺少的环节，而机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断，特别是应用在高速、大批量、连续自动化生产中的质量检查、对象识别和尺寸测量等人工难以完成的工作中。与人工视觉相比较，机器视觉的最大优点是精确、快速、可靠。

近年来，随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进，铝型材全行业的产量和消费量迅猛增长，而我国也一跃成为世界上最大的铝型材生产基地和消费市场。随着国家产业政策、产业结构调整以及消费者对产品品质要求的提高，铝加工行业粗放型、附加值低的现状逐步改变，生产厂家必须在铝型材包装前对其表面质量进行检测，处理问题产品，保证产品质量，维护企业声誉。

当前的铝型材质量检测工作全部由人工完成，受工人的经验、情绪、劳累强度等因素干扰，质量检测结果往往会出现不稳定因素。随着生产速度的提高和对铝型材质量的要求越来越严格，传统的使用人工对铝型材进行质量检测的方法已很难保质保量的完成生产检测任务。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备。该设备结构简单紧凑、成本低廉、操作简便、自动化程度高、检测速度快、精度高。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，包括工控机、整机框架、智能相机单元、光学支架、电气控制单元、伺服电机、传送辊轮、定位传感器、物料卡具及旋转编码器，其中整机框架上设有多个相互平行的传送辊轮，所述伺服电机设置于整机框架的下方、并通过传动装置与各传送辊轮连接，所述光学支架设置于整机框架上，所述智能相机单元设置于光学支架上，所述整机框架的两侧均设有起导向作用的物料卡具，所述电气控制单元、定位传感器和旋转编码器均设置于整机框架上，所述定位传感器和旋转编码器与电气控制单元电连接，所述电气控制单元与工控机电连接。

所述智能相机单元包括智能相机、镜头及照明光源，所述镜头与智能相机连接，所述智能相机与照明光源通过螺栓固接于光学支架上，所述智能相机与工控机电连接。所述智能相机单元为四个、并分别设置于整机框架的上、下侧及左、右侧面。

所述光学支架包括光源连接组件、相机连接组件、固定连接杆、相机连接杆及光源连接杆，其中固定连接杆为两个、并分别设置于整机框架两侧，所述两个固定连接杆之间连接有上、下设置的相机连接杆和光源连接杆，所述智能相机通过相机连接组件与相机连接杆连接，所述照明光源通过光源连接组件与光源连接杆连接。

所述照明光源包括圆顶光源和条形光源，其中条形光源为两个、并分别设置于圆顶光源的两侧；当检测黑色铝型材时，开启条形光源暗域照明，当检测白色铝型材时，开启圆顶光源亮域照明。

所述定位传感器用于感知铝型材的当前位置，所述旋转编码器测定铝型材的运动速度，由工控机根据感知的铝型材位置与速度控制智能相机进行连续的图像拍摄、处理，并将处理结果反馈到工控机。

所述定位传感器包括对射式光电开关和后侧开关，所述整机框架上型材入口端两侧分别设有一个对射式光电开关，所述整机框架上型材出口端两侧分别设有一个后侧开关。所述物料卡具与铝型材接触面上安装有防止铝材划伤的包胶滑轮。

所述电气控制单元包括数字采集模块、继电器控制模块及控制按钮，其中数字采集模块和继电器控制模块与工控机电连接，所述工控机控制整机设备的启动和停止，并通过控制伺服电机调节铝型材的运动速度。所述伺服电机通过链条传动装置与各传送辊轮连接。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明实现了针对铝型材表面缺陷的机器视觉自动化检测，避免了人工检测过程中不稳定因素对质量检测结果的干扰，能够最大程度的检测出铝型材不同种类的表面缺陷，保证检测缺陷的速度、精度以及一致性。

2.本发明可根据铝型材表面颜色特征选用圆顶光源和条形光源，以适应不同表面材质的铝型材的表面缺陷检测需求。

3.本发明控制方式简便。本设备不是采用价格较高的PLC控制系统，而是采用性价比较高的继电器模块控制方式，能够有效利用显示检测结果的工控机设备，节省设备投资。采用工控机软件编程实现继电器模块控制，程序易于维护和修改。

4.本发明易于维护和保养。采用标准光学支架进行模块化连接，可方便更换损坏部件，设备选型中使用市场上较易于购买的产品，整体易于维护与维修。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的光学支架布置结构示意图；

图3为本发明的铝型材表面缺陷自动检测设备工作流程图；

图4为本发明的智能相机单元照明光路结构示意图；

图5为本发明的智能相机单元与定位传感器配合工作示意图。

其中：1为整机框架，2为智能相机单元，21为智能相机，22为圆顶光源，23为条形光源，3为光学支架，31为光源连接组件，32为相机连接组件，33为固定连接杆，34为相机连接杆，35为光源连接杆，4为电气控制单元，5为伺服电机，6为传送辊轮，7为定位传感器，8为物料卡具，9为旋转编码器9，A为对射式光电开关，B为后侧开关，M为铝型材。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明包括工控机、整机框架1、智能相机单元2、光学支架3、电气控制单元4、伺服电机5、传送辊轮6、定位传感器7、物料卡具8及旋转编码器9，其中整机框架1上设有多个相互平行的传送辊轮6，所述伺服电机5设置于整机框架1的下方、并通过链条传动装置与各传送辊轮6连接。所述光学支架3设置于整机框架1上，所述智能相机单元2设置于光学支架3上，所述整机框架1的两侧均设有对待测铝型材起导向作用的物料卡具8，所述物料卡具8与铝型材接触面上安装有防止铝材划伤的包胶滑轮。所述电气控制单元4、定位传感器7和旋转编码器9均设置于整机框架1上，所述定位传感器7和旋转编码器9与电气控制单元4电连接，所述电气控制单元4与工控机电连接。

所述智能相机单元2包括智能相机21、镜头及照明光源，所述智能相机21与照明光源通过螺栓固接于光学支架3上，所述智能相机21通过工业以太网总线与工控机连接。所述智能相机单元2为四个、并分别设置于整机框架1的上、下及左、右侧面，分别拍摄铝型材的上、下侧及左、右侧面。

本发明采用间隙较大的传送辊轮6进行铝型材传送，智能相机21能够经由辊轮间隙对铝型材的下表面以及侧面进行拍摄，在检测位置放置背景板以剔除设备背景干扰。传送辊轮6的动力由伺服电机5提供。电气系统方面分为配电箱与控制箱两部分，将电机交流电部分与控制部分使用的直流电隔离，避免电气干扰。各线缆均采用带屏蔽的双绞线电缆，能够有效进行信号屏蔽。

如图2所示，所述光学支架3包括光源连接组件31、相机连接组件32、固定连接杆33、相机连接杆34及光源连接杆35，其中固定连接杆33为两个、并分别设置于整机框架1两侧，所述两个固定连接杆33之间连接有上、下设置的相机连接杆34和光源连接杆35，所述智能相机21通过相机连接组件32与相机连接杆34连接，所述照明光源通过光源连接组件31与光源连接杆35连接。

如图4所示，所述照明光源包括圆顶光源22和条形光源23，其中条形光源23为两个、并分别设置于圆顶光源22的两侧。可根据铝型材表面颜色特征选用圆顶光源22和条形光源23。当检测黑色铝型材时，开启条形光源23暗域照明，当检测白色铝型材时，开启圆顶光源22亮域照明。

所述电气控制单元4包括数字采集模块、继电器控制模块及控制按钮，其中数字采集模块和继电器控制模块通过工业总线与工控机电连接。

所述定位传感器7包括对射式光电开关A和后侧开关B，所述整机框架1上型材入口端两侧分别设有一个对射式光电开关A，所述整机框架1上型材出口端两侧分别设有一个后侧开关B。所述定位传感器7用于感知铝型材的当前位置，旋转编码器9测定铝型材的运动速度，由工控机根据感知的铝材位置与速度控制智能相机21进行连续的图像拍摄、处理，并将处理结果反馈到工控机。所述工控机采用工业总线与数字采集模块、继电器控制模块相连接，控制整机设备的启动停止，并通过控制伺服电机5调节铝型材的运动速度。本发明中智能相机21、电气控制单元4及工控机均为现有技术。

本发明的工作原理是：

如图5所示，智能相机单元2与定位传感器7配合工作示意图，图中铝型材从左往右运动，当铝型材经过对射式光电开关A时向电气控制单元4发送信号，表明铝型材即将进入智能相机21拍摄区域，此时电气控制单元4反馈状态给工控机，同时控制光源开启；当铝型材经过后侧开关B，表明铝型材已运动到图像采集位置，此时工控机向对应机位相机发送图像采集命令，智能相机21对待检测铝型材表面进行图像采集并处理。处理完毕后，智能相机21发送检测结果给工控机，工控机进行结果显示及保存统计；同时前侧对射式光电开关A的状态判断是否完成单根铝型材拍摄，如果对射式光电开关A检测到铝型材，上位机按铝材运动速度发送采集命令，相机依次拍摄下一张待检测铝型材表面图像并进行处理，当对射式光电开关A检测不到铝型材时，表明铝型材即将离开相机拍摄区域，智能相机21停止图像采集；当后侧开关B的信号改变表明铝型材已完全离开该机位，控制光源关闭后结束单根铝材检测过程。

如图3所示，发明的控制方法，包括以下几个步骤：

1.采用工控机控制继电器控制模块，实现对设备整机的启停操作；

2.通过定位传感器用于感知铝型材的当前位置，工控机根据位置信息控制智能相机21启动或停止连续图像采集。当定位传感器检测到铝材进入检测区域时，自动开启光源并控制相机进行图像采集、分析、处理及结果上传。

3.通过旋转编码器测定铝型材的运动速度，根据铝型材的运动速度确定智能相机21进行连续图像采集的周期。同时可通过控制伺服电机速度调节铝型材的运动速度。

4.表面缺陷识别在智能相机21中完成并通过工业以太网将处理结果上传工控机，由工控机将当前处理结果显示并保存。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：包括工控机、整机框架(1)、智能相机单元(2)、光学支架(3)、电气控制单元(4)、伺服电机(5)、传送辊轮(6)、定位传感器(7)、物料卡具(8)及旋转编码器(9)，其中整机框架(1)上设有多个相互平行的传送辊轮(6)，所述伺服电机(5)设置于整机框架(1)的下方、并通过传动装置与各传送辊轮(6)连接，所述光学支架(3)设置于整机框架(1)上，所述智能相机单元(2)设置于光学支架(3)上，所述整机框架(1)的两侧均设有起导向作用的物料卡具(8)，所述电气控制单元(4)、定位传感器(7)和旋转编码器(9)均设置于整机框架(1)上，所述定位传感器(7)和旋转编码器(9)与电气控制单元(4)电连接，所述电气控制单元(4)与工控机电连接。

2.按权利要求1所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述智能相机单元(2)包括智能相机(21)、镜头及照明光源，所述镜头与智能相机(21)连接，所述智能相机(21)与照明光源通过螺栓固接于光学支架(3)上，所述智能相机(21)与工控机电连接。

3.按权利要求1或2所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述智能相机单元(2)为四个、并分别设置于整机框架(1)的上、下侧及左、右侧面。

4.按权利要求2所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述光学支架(3)包括光源连接组件(31)、相机连接组件(32)、固定连接杆(33)、相机连接杆(34)及光源连接杆(35)，其中固定连接杆(33)为两个、并分别设置于整机框架(1)两侧，所述两个固定连接杆(33)之间连接有上、下设置的相机连接杆(34)和光源连接杆(35)，所述智能相机(21)通过相机连接组件(32)与相机连接杆(34)连接，所述照明光源通过光源连接组件(31)与光源连接杆(35)连接。

5.按权利要求2所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述照明光源包括圆顶光源(22)和条形光源(23)，其中条形光源(23)为两个、并分别设置于圆顶光源(22)的两侧；当检测黑色铝型材时，开启条形光源(23)暗域照明，当检测白色铝型材时，开启圆顶光源(22)亮域照明。

6.按权利要求2所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述定位传感器(7)用于感知铝型材的当前位置，所述旋转编码器(9)测定铝型材的运动速度，由工控机根据感知的铝型材位置与速度控制智能相机(21)进行连续的图像拍摄、处理，并将处理结果反馈到工控机。

7.按权利要求1或6所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述定位传感器(7)包括对射式光电开关(A)和后侧开关(B)，所述整机框架(1)上型材入口端两侧分别设有一个对射式光电开关(A)，所述整机框架(1)上型材出口端两侧分别设有一个后侧开关(B)。

8.按权利要求1所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述物料卡具(8)与铝型材接触面上安装有防止铝材划伤的包胶滑轮。

9.按权利要求1所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述电气控制单元(4)包括数字采集模块、继电器控制模块及控制按钮，其中数字采集模块和继电器控制模块与工控机电连接，所述工控机控制整机设备的启动和停止，并通过控制伺服电机(5)调节铝型材的运动速度。

10.按权利要求1所述的基于机器视觉的铝型材表面缺陷自动检测设备，其特征在于：所述伺服电机(5)通过链条传动装置与各传送辊轮(6)连接。