CN104483321A - 一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统和检测方法，包括检测及控制部分、图像拍摄装置、光源、使注射针管与图像拍摄装置相对旋转的部分及废品剔除部分，采用注射针管与图像拍摄装置相对旋转的方法，沿注射针管圆周方向一周拍摄若干张图像直接存入电脑，通过对这些图像的筛选、处理及分析来完成对针管多个质量和技术参数的自动检测，无需对针尖的开口方向进行定位。检测参数和精度可随时设定，系统会自动记录合格品和废品的分类和统计以备查询，废品会被自动剔除。所有功能在一个工位完成，并能对两端均有针尖的针管进行同时检测，极大地提高了针管的检测效率和可靠性，具有极其广泛的应用前景和巨大的经济价值。

Description

一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统和检测方法
技术领域
本发明涉及利用机器视觉进行在线检测的技术领域，尤其涉及利用机器视觉对注射针管的多项质量和技术参数进行在线自动检测的系统和检测方法。
背景技术
注射针管的产品质量在任何给药器械或系统中都是极其重要的。因此，能够在生产线中自动检测注射针管的多项质量和技术参数一直是人们寻求的目标。现有的技术中，人工检测显然效率极低且质量很难保证。
2012年12月26日公告授权的CN102303017B中国发明专利披露了一种机器视觉系统对注射器钢针弯针的自动检测方法，将钢针针尖的横向弯曲值设为检测参量，根据用户要求设置不同检测参量的检测精度以及合格范围，由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行钢针的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测，计算机通过图像算法处理，提取钢针出现弯针的图像，并对两种弯针的横向弯曲值进行计算，通过计算出的横向弯曲值判断该产品是属于合格品还是废品，通过外部触发与控制信号将废品从指定出料口进行剔除。
另外，如图1中所示，利用机器视觉进行针管的针尖检测时，对针管的精确定位，特别是圆周方向的定位要求非常高，针尖的开口方向必须面对图像采集装置，如图1中的针尖位置1。伴随着针管制造技术的不断发展，针管的直径也变得很小，许多微细针头的针管外径常常是0.30mm（30G）、0.25mm（31G）甚至0.20mm（32G），这些针管在针尖成形工序后需经过去毛刺及清洗等多道工序，所以在装配生产线中这些针头的针尖开口方向是随机的，现存的技术还无法有效地对其进行定位，也就无法利用机器视觉对针尖进行自动检测；也有人尝试将图像采集装置从接近针尖处沿针管轴线方向（A向）拍摄，这样很大的毛刺或外弯钩针尖就会在针管的外圆以外或内圆以内显示出来，如图2所示。只是这种方法的分辨率很低，能检测的针管直径至少要大于0.46mm（26G），因为针管的直径越小，则针尖斜面的长度与针管直径的比值越大，图像采集装置需要放大镜头才能获得有效分辨率的图像，放大的倍数越大则景深越小。当针管的直径小于0.46mm（26G）时，拍摄装置的景深常常小于针尖斜面沿轴线方向的长度，从而无法用这种方法来检测针尖弯钩和毛刺。事实上，目前26G以上的医用针头已经很少使用。
发明内容
本发明旨在提供一种在生产线中基于机器视觉的自动检测系统以及检测方法，该系统及方法检测效率高和可靠性高，通过对注射针管的多项质量和技术参数进行在线自动检测而实现对针管的全自动检测和废品剔除一步完成。
本发明用来实现以上技术目的的基于机器视觉的注射针管自动检测系统至少包括：
检测及控制部分，用以建立并实现与自动检测系统的各构成部分的同步控制及信息处理，和以下a、b、c中的一项：
a、注射针管的持针定位部分，用以分开和保持注射针管在其中并能在外驱动下使所述注射针管旋转并将所述注射针管定位；
驱动注射针管旋转部分，用以使注射针管旋转；
固定的图像拍摄装置，用于在所述检测及控制单元的控制下对所述发生自身旋转的针管进行图像拍摄。
b、注射针管的持针定位旋转部分，用以将所述注射针管分开、保持、定位以及旋转；
固定的图像拍摄装置，用于在所述检测及控制单元的控制下对所述发生自身旋转的针管进行图像拍摄。
c、注射针管的针定位部分，用以分开和保持注射针管在其中以及注射针管的定位；
环绕注射针管旋转的图像拍摄装置，用于在所述检测及控制单元的控制下对所述固定的针管进行相对旋转的图像拍摄。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，a项的特征是，所述注射针管的持针定位部分可以是步进旋转的针轮装置，也可以是直线步进的工装条或步进带；所述驱动注射针管旋转部分可以是在动力驱动下旋转的皮带系统，也可以是在动力驱动下旋转的轮子，使得所述固定的图像拍摄装置能够在所述检测及控制单元的控制下对所述旋转的针管进行图像拍摄。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，b项的特征是，所述注射针管的持针定位旋转部分可以是能够单独夹持住注射针管并能自身旋转的装置，使得所述固定的图像拍摄装置能够在所述检测及控制单元的控制下对所述旋转的针管进行图像拍摄。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，c项的特征是，所述注射针管的针定位部分可以是步进旋转的针轮装置，也可以是直线步进的工装条或步进带或任何能够将注射针管单独地分开和定位的装置；所述环绕注射针管旋转的图像拍摄装置可以是在动力驱动下带动图像拍摄装置环绕注射针管旋转并能保持图像拍摄装置始终聚焦注射针管的系统，使得所述环绕注射针管旋转的图像拍摄装置能够在所述检测及控制单元的控制下对所述固定的针管进行相对旋转的图像拍摄。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，a项的特征是，所述步进旋转的针轮的圆周边缘上或所述直线步进的工装条或步进带的边缘上设置有齿并在相邻两个所述齿之间形成齿槽或凹槽，所述步进旋转的针轮的圆周边缘上或所述直线步进的工装条或步进带的边缘上设置有齿并在相邻两个所述齿之间形成齿槽或凹槽，被检测的针管置于所述齿槽或凹槽内，且每一齿槽或凹槽内最多有一个针管；
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，a项的特征是，所述在动力驱动下旋转的皮带系统或所述在动力驱动下旋转的轮子设置在所述针轮或所述直线步进的工装条或步进带的上方，所述针轮的圆周边缘上或所述直线步进的工装条或步进带的边缘上形成有皮带或轮子结合区域，皮带或轮子结合于所述皮带或轮子结合区域上并压住置于所述齿槽或凹槽中的所述针管，当皮带或轮子被驱动旋转时，皮带或轮子带动所述针管发生自身旋转；
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置相对于所述针管旋转并在二者相对旋转一周的时间内在所述检测及控制单元的控制下对所述针管拍摄若干张图像。
本发明以上技术方案所定义的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统可以实现利用机器视觉对针尖进行拍摄并进一步对图像进行处理以实现自动检测的技术目的。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置相对于所述针管旋转并在二者相对旋转一周的时间内摄取若干张图像。本发明的此技术方案采用注射针管与图像拍摄装置相对旋转的方式，沿针管一周连续等距拍摄若干张图像，通过检测及控制单元对这些图像的机器视觉处理来检测针管及其针尖的各项质量和技术参数。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置相对所述针管匀速旋转并在二者相对旋转一周的时间内连续等距拍摄。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述针轮每一步旋转一个齿的距离，或所述直线步进的工装条或步进带每一步前进一个齿的距离。
为了更好地从针轮的圆周边缘两侧或直线步进的工装条或步进带的边缘两侧来定位针管，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述针轮的圆周边缘或所述直线步进的工装条或步进带的边缘两侧设置有齿及齿槽或凹槽，所述皮带或轮子结合区域位于所述齿及齿槽或凹槽之间。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述两侧齿及齿槽或凹槽对称分布，以保证针管在旋转皮带的压力和旋转带动下匀速旋转且不产生弯曲。
作为本发明技术方案的进一步优化方案，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述针管位于所述齿槽或凹槽的根部，所述皮带或轮子结合区域是在两侧齿及齿槽或凹槽之间形成的部分，所述结合区域如在所述针轮上面是圆盘部分，该圆盘部分的外径与两侧齿槽的根部在同一个圆周上；所述结合区域如在所述直线步进的工装条或步进带上面是平面部分，该平面部分与两侧齿槽或凹槽的根部在同一个平面上。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述皮带或轮子的宽度略小于所述皮带或轮子结合区域的宽度。如此，进一步保障皮带或轮子平稳顺畅运转。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，该系统采用多线程技术。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置可以为双摄像装置。可实现同时对两端有针尖的针管进行实时检测。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，进一步包括至少一个与检测及控制单元电连接并受其控制的拍摄光源。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，进一步包括剔废吹气装置。基于本发明的本方案，可以实现简单可靠地剔除废品的技术效果。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述检测及控制单元为电脑，所述图像拍摄装置是至少一台相机，所述检测及控制单元与图像拍摄装置、所述针轮或直线步进的工装条或步进带的驱动电机以及所述剔废吹气装置分别建立同步控制设置。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置拍摄的图像直接存入所述电脑，所述电脑对图像进行常规的灰度化、滤波、二值化处理和粗略的边缘提取，以进行针管相关参数的检测处理。
作为本发明的自动检测系统一个较佳实施例的关键零部件，该系统的针轮以步进方式旋转，并且，在结构上，该针轮的圆周边缘上设置有齿并在所述齿之间形成用于置放被检测针管的齿槽，并且，所述针轮的圆周边缘上还设置有皮带结合区域。
作为本发明自动检测系统的针轮的进一步优化设计，针轮的圆周边缘两侧设置有齿及齿槽，所述皮带结合区域位于所述齿及齿槽之间。以用于从针轮圆周边缘的两侧定位针管。
作为本发明自动检测系统的针轮的进一步优化设计，针轮圆周边缘两侧上的齿及齿槽对称分布。以实现在针管被驱动匀速旋转时，图像拍摄装置可以等距获得针管拍摄图像。为系统下一步的检测计算提供更可靠的数据。
作为本发明的另外一个实质解决技术方案，本发明用来实现以上技术目的的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，该方法采用注射针管与图像拍摄装置相对旋转的方式，沿所述注射针管圆周方向一周拍摄若干张图像，通过对这些图像的机器视觉处理来检测针管及其针尖的各项质量和技术参数。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是，沿所述注射针管圆周方向一周拍摄若干张图像可以是连续等距拍摄。
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，包括步骤：
A.  根据注射针管的尺寸选择和调整图像拍摄装置、镜头和光源并设定拍摄距离、光圈、曝光时间等参数，以便获取清晰的拍摄图像；
B.  设置各个检测参数的检测精度与合格阈值；
C.  电脑与图像拍摄装置、针轮或直线步进的工装条或步进带的驱动电机和剔废吹气装置分别建立同步控制设置；
本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，一个较佳实施例中进一步包括以下步骤：
A.  针轮步进旋转，或者直线步进的工装条或步进带向前步进；
B.  把注射针管逐一自动排放到针轮或直线步进的工装条或步进带的齿槽或凹槽内；
C.  齿槽或凹槽中的注射针管的针尖部分在图像拍摄装置的聚焦位置时针轮或直线步进的工装条或步进带暂停；
D.  针轮或直线步进的工装条或步进带上方的不间断旋转皮带系统或在动力驱动下旋转的轮子自动压住齿槽或凹槽中的针管并带动该针管旋转；
E.  电脑发出信号启动图像拍摄装置；
F.  在光源的照明下，所述图像拍摄装置在与针管匀速相对旋转一周的时间内连续等距拍摄所述若干张图像并直接存入电脑内存并对这些图像进行机器视觉处理并记录该针管是否合格。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法可以采用多线程技术和双摄像装置，可同时对两端有针尖的针管进行实时检测。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：所述针轮步进旋转且每一步旋转一个齿的距离，或所述直线步进的工装条或步进带每一步前进一个齿的距离。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：电脑对存入的图像进行常规的灰度化、滤波、二值化处理和粗略的边缘提取。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法进一步包括步骤：
G.不合格针管在剔除工位由剔废吹气装置吹掉，合格针管则随针轮或直线步进的工装条或步进带继续前行进入下一道工序，简单可靠。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法进一步包括步骤：
H.在完成针管与图像拍摄装置的一周相对旋转后，所述针轮或所述直线步进的工装条或步进带在电脑发出的拍摄完毕信号控制下向前步进一个齿，等待电脑发出信号启动图像拍摄装置进行下一个针管的拍摄。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法对于每一针管一侧的针尖拍摄到的若干张图像进行图像处理以识别针管的如下至少一项质量和/或技术参数：
(a).毛刺、针尖锋利度；
(b).针尖的内、外弯钩；
(c).针尖中几个斜面的角度是否合格；
(d).针管的长度。
进一步地，通过对所拍摄的若干张图像进行处理以识别针管的多项质量和技术参数，本发明的注射针管自动检测方法，其特征是：对于每一针管一侧的针尖拍摄到的所述若干张图像进行针尖毛刺和针尖锋利度检测的步骤包括：
(1).       首先在拍摄针尖一周的所述若干张图像中选取亮区面积最大的，此图像即是针尖开口方向最接近于正对着相机的图像，也就是说最接近于图1中针尖位置A的情况。对亮区进行精确的联通区域提取、轮廓提取并通过曲线、椭圆等拟合获取针尖的理想内轮廓43、外轮廓44及内、外毛刺45。
(2).       根据毛刺检测参数的阈值设定即可检测出该针尖是否为毛刺超标的不合格产品；
(3).       通过对亮区上部的外轮廓进行直线拟合，两个直线的交点46与亮区最上端点47之间的距离超过设定的检测阈值，即可断定该针尖锋利度为不合格产品。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：对于每一针管一侧的针尖拍摄到的所述若干张图像进行针尖的内外弯钩检测的步骤包括：
首先根据以上步骤中在所述若干张图像中选取的亮区面积最大的图像，再向前或后计数最接近总数四分之一张的图像进行处理。换言之，即选取与针尖开口最大方向呈90度或270度的图像进行处理，相当于图1中的针尖位置7或针尖位置18，此图像即是最接近针尖侧面的图像，提取针管的外轮廓，首先拟合左右竖直线48和49，从而确定最长竖直线49，然后判断竖直线49最上端与同水平最左侧像素和最右侧像素的距离，若此距离超过设定的检测阈值，即可断定为针尖有弯钩的不合格产品。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：对于每一针管一侧的针尖拍摄到的所述若干张图像进行针尖中几个斜面的角度检测步骤包括：
同样采用以上步骤中的图像，拟合上部的几个直线，此例针尖为3个斜面，故上部为2个拟合直线即针尖A斜面的拟合直线51和针尖B斜面的拟合直线52，通过计算两个拟合直线与针管左轮廓拟合直线49的夹角，并与设定阈值比较，即可判断出斜面的角度是否合格。采取同样的步骤处理与此图像呈180度对应的图像即可检测另一侧斜面的角度是否合格。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉注射针管自动检测方法，其特征是：如果被检测的针管有双侧针尖,根据标定好的A相机32和B相机33之间的距离，即可计算出两侧针尖的距离，此即为针管的总长度，与设定的阈值相比较，即可判定针管的总长度是否合格。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉注射针管自动检测方法，其特征是：如果只检测一侧针尖，则另一侧只需固定针管端位置，也可计算出针管的总长度并判定针管的总长度是否合格。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉注射针管自动检测方法，其特征是：系统会自动记录合格品和废品的分类和统计以备查询。
进一步地，本发明的一种基于机器视觉注射针管自动检测方法，其特征是：利用针管与图像拍摄装置相对旋转拍摄的图像，可以对针尖进行三维重建，然后对各个参数进行检测。
本发明的有益效果如下：
采用本发明的基于机器视觉的自动检测系统和检测方法对注射针管的多项质量和技术参数进行在线自动检测，检测参数和精度可随时设定，系统会自动记录合格品和废品的分类和统计以备查询，废品会被自动剔除，系统可声、光报警并显示不合格产品图像。本系统无需对针尖的开口方向进行定位，首次实现对针管的多个质量和技术参数的全自动检测和废品剔除一步完成，并能对两端均有针尖的针管进行同时检测，极大地提高了针管的检测效率和可靠性。采用本发明的检测系统和方法，普通的电脑、工业相机和光源就能实现自动检测，性价比极高，具有极其广泛的应用前景和巨大的经济价值。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是沿针管的一侧针尖一周时的不同角度的图像
图2是在针尖一侧沿针管轴向的图像
图3是检测系统的一个较佳实施例
图4是针轮、针管及旋转皮带系统的局部图
图5是针尖毛刺检测示意图
图6是针尖锋利度检测示意图
图7是针管侧面示意图
图8是本发明的工艺步骤图
附图中各部件的标记如下：
1～25、针尖旋转一周25个不同位置的图像，26、针尖毛刺，27、针尖外弯钩，28、针管，29、针轮，30、齿槽，31、旋转皮带系统，32、A相机，33、B相机，34、A光源，35、B光源，36、C光源，37、D光源，38、剔废吹气装置，39、A齿槽，40、B齿槽，41、圆盘，42、旋转皮带，43、针尖内轮廓，44、针尖外轮廓，45、毛刺，46、针尖上部外轮廓拟合直线交点，47、针尖最上端点，48、针管右轮廓拟合直线，49、针管左轮廓拟合直线，50、针尖弯钩，51、针尖A斜面的拟合直线，52、针尖B斜面的拟合直线，53、针管A端针尖的放大图，54、针管B端针尖的放大图。
下面结合附图对本发明的一个较佳具体实施例进行说明。
一个较佳具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图3所示，本发明的基于机器视觉的注射针管自动检测系统和检测方法，采用注射针管与图像拍摄装置相对旋转的方式，沿针管一周连续等距拍摄N张图像，通过对这些图像的机器视觉处理来检测针管及其针尖的各项质量和技术参数。针管28被逐一自动排放到针轮29的齿槽30内以后，齿槽30的根部在正上方时针轮29暂停，针轮29上方的不间断旋转皮带系统31自动压住齿槽30中的针管28并带动针管28旋转，电脑发出信号启动A相机32和B相机33在A光源34、B光源35、C光源36和D光源37的照明下，在针管28与A相机32和B相机33匀速相对旋转一周的时间内连续等距拍摄N张图像并直接存入电脑内存，然后对这些图像进行机器视觉处理并记录该针管是否合格。不合格针管则在剔除工位由剔废吹气装置38吹掉，合格针管则随针轮继续前行进入下一道工序。同时，在完成针管28与A相机32和B相机33的一周旋转后，针轮29在电脑发出的拍摄完毕信号控制下向前步进一个齿，等待电脑发出信号启动A相机32和B相机33进行下一个针管的拍摄。
如图4所示，针轮29上面设有A齿槽39和B齿槽40用于定位针管28，两个齿槽中间是圆盘41，圆盘41的外径与两个齿槽的根部在同一个圆周上，且A齿槽39和B齿槽40对称分布，以保证针管28在旋转皮带42的压力和旋转带动下匀速旋转且不产生弯曲。皮带42的宽度略小于A齿槽和B齿槽的内侧距离。
对于每一针管一侧的针尖拍摄到的N张图像可进行如下图像处理来识别针管的多项质量和技术参数：
（1）  毛刺、针尖锋利度
（2）  针尖的内、外弯钩
（3）  针尖中几个斜面的角度是否合格
（4）  针管的长度
本发明基于机器视觉的注射针管检测方法的一个较佳实施例，包括以下步骤：
（1）  根据针管的尺寸选择和调整图像拍摄装置、镜头和光源并设定拍摄距离、光圈、曝光时间等参数，以便获取清晰的拍摄图像；
（2）  设置各个检测参数的检测精度与合格阈值；
（3）  电脑与A相机32、B相机33、针轮29的驱动电机和剔废吹气装置38分别建立同步控制设置；
（4）  针轮29步进旋转且每一步旋转一个齿的距离，针管28被逐一自动排放到针轮29的齿槽30内以后，齿槽30的根部在正上方时针轮29暂停，针轮29上方的不间断旋转皮带系统31自动压住齿槽30中的针管28并带动针管28旋转，外部触发信号启动A相机32和B相机33在A光源34、B光源35、C光源36和D光源37的照明下，在针管28与A相机32和B相机33匀速相对旋转一周的时间内连续等距拍摄N张图像并直接存入电脑内存，然后对这些图像进行机器视觉处理；
（5）  电脑对存入的图像进行常规的灰度化、滤波、二值化处理和粗略的边缘提取；
（6）如图5和6所示，系统在进行针尖毛刺和针尖锋利度检测时，首先在拍摄针尖一周的N张图像中选取亮区面积最大的，此图像即是针尖开口方向最接近于正对着相机的图像，也就是说最接近于图1中针尖位置1的情况。对亮区进行精确的联通区域提取、轮廓提取并通过曲线、椭圆等拟合获取针尖的理想内轮廓43、外轮廓44及内、外毛刺45，如图5所示。根据毛刺检测参数的阈值设定即可检测出该针尖是否为毛刺超标的不合格产品；通过对亮区上部的外轮廓进行直线拟合，两个直线的交点46与亮区最上端点47之间的距离超过设定的检测阈值，即可断定该针尖锋利度为不合格产品，如图6所示。
（7）如图7所示，进行针尖的内外弯钩检测时，首先根据步骤（6）中在N张图像中选取的亮区面积最大的图像，再向前或后计数最接近N/4的图像进行处理。换言之，即选取与针尖开口最大方向呈90度或270度的图像进行处理，相当于图1中的针尖位置7或针尖位置18，此图像即是最接近针尖侧面的图像，提取针管的外轮廓，首先拟合左右竖直线48和49，从而确定最长竖直线49，然后判断竖直线49最上端与同水平最左侧像素和最右侧像素的距离，若此距离超过设定的检测阈值，即可断定为针尖有弯钩的不合格产品。
（8）  如图7所示，进行针尖中几个斜面的角度检测时，同样采用步骤（7）中的图像，拟合上部的几个直线，此例针尖为3个斜面，故上部为2个拟合直线即针尖A斜面的拟合直线51和针尖B斜面的拟合直线52，通过计算两个拟合直线与针管左轮廓拟合直线49的夹角，并与设定阈值比较，即可判断出斜面的角度是否合格。采取同样的步骤处理与此图像呈180度对应的图像即可检测另一侧斜面的角度是否合格。
（9）  如果被检测的针管有双侧针尖，采用同样的步骤（5）至（8），即可对另一侧的针尖进行相同检测。根据标定好的A相机32和B相机33之间的距离，即可计算出两侧针尖的距离，此即为针管的总长度，与设定的阈值相比较，即可判定针管的总长度是否合格。如只检测一侧针尖，则另一侧只需固定针管端位置，也可计算出针管的总长度；
（10）系统会自动记录合格品和废品的分类和统计以备查询，不合格针管则在剔除工位由剔废吹气装置38吹掉，合格针管则随针轮继续前行进入下一道工序。同时，在完成针管28与A相机32和B相机33的一周相对旋转后，针轮29在电脑发出的拍摄完毕信号控制下向前步进一个齿，等待电脑发出信号启动A相机32和B相机33进行下一个针管的拍摄。
另外，利用针管与摄像装置相对旋转拍摄的图像，可以对针尖进行三维重建，然后对各个参数进行检测。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (28)

1.一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，包括：
检测及控制部分，用以建立并实现与自动检测系统的各构成部分的同步控制及信息处理，和以下a、b、c中的一项：
a、注射针管的持针定位部分，用以分开和保持注射针管在其中并能在外驱动下使所述注射针管旋转并将所述注射针管定位；
驱动注射针管旋转部分，用以使注射针管旋转；
固定的图像拍摄装置，用于在所述检测及控制单元的控制下对所述发生自身旋转的针管进行图像拍摄；
b、注射针管的持针定位旋转部分，用以将所述注射针管分开、保持、定位以及旋转；
固定的图像拍摄装置，用于在所述检测及控制单元的控制下对所述发生自身旋转的针管进行图像拍摄；
c、注射针管的针定位部分，用以分开和保持注射针管在其中以及注射针管的定位；
环绕注射针管旋转的图像拍摄装置，用于在所述检测及控制单元的控制下对所述固定的针管进行相对旋转的图像拍摄。
2.根据权利要求1a所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述注射针管的持针定位部分可以是步进旋转的针轮装置，也可以是直线步进的工装条或步进带；所述驱动注射针管旋转部分可以是在动力驱动下旋转的皮带系统，也可以是在动力驱动下旋转的轮子，使得所述固定的图像拍摄装置能够在所述检测及控制单元的控制下对所述旋转的针管进行图像拍摄。
3.根据权利要求1b所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述注射针管的持针定位旋转部分可以是能够单独夹持住注射针管并能自身旋转的装置，使得所述固定的图像拍摄装置能够在所述检测及控制单元的控制下对所述旋转的针管进行图像拍摄。
4.根据权利要求1c所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述注射针管的针定位部分可以是步进旋转的针轮装置，也可以是直线步进的工装条或步进带或任何能够将注射针管单独地分开和定位的装置；所述环绕注射针管旋转的图像拍摄装置可以是在动力驱动下带动图像拍摄装置环绕注射针管旋转并能保持图像拍摄装置始终聚焦注射针管的系统，使得所述环绕注射针管旋转的图像拍摄装置能够在所述检测及控制单元的控制下对所述固定的针管进行相对旋转的图像拍摄。
5.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述步进旋转的针轮的圆周边缘上或所述直线步进的工装条或步进带的边缘上设置有齿并在相邻两个所述齿之间形成齿槽或凹槽，所述两侧齿及齿槽或凹槽对称分布，被检测针管置于所述齿槽或凹槽内，且每一齿槽或凹槽内最多有一个针管，所述针轮每一步旋转一个齿的距离，或所述直线步进的工装条或步进带每一步前进一个齿的距离。
6.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述在动力驱动下旋转的皮带系统或所述在动力驱动下旋转的轮子设置在所述针轮或所述直线步进的工装条或步进带的上方，所述针轮的圆周边缘上或所述直线步进的工装条或步进带的边缘上形成位于所述齿及齿槽或凹槽之间的皮带或轮子结合区域，皮带或轮子结合于所述皮带或轮子结合区域上并压住置于所述齿槽或凹槽中的所述注射针管，所述针管位于所述齿槽或凹槽的根部，当皮带或轮子被驱动旋转时，皮带或轮子带动所述针管发生自身旋转，所述结合区域如在所述针轮上面是圆盘部分，该圆盘部分的外径与两侧齿槽的根部在同一个圆周上，所述结合区域如在所述直线步进的工装条或步进带上面是平面部分，该平面部分与两侧齿槽或凹槽的根部在同一个平面上，所述皮带或轮子的宽度略小于所述皮带或轮子结合区域的宽度。
7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置相对于所述针管旋转并在二者相对旋转一周的时间内摄取若干张图像。
8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置相对所述针管匀速旋转并在二者相对旋转一周的时间内连续等距拍摄。
9.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述图像拍摄装置可以为双摄像装置。
10.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，进一步包括剔废吹气装置。
11.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测系统，其特征是，所述检测及控制单元为电脑，所述图像拍摄装置是至少一台相机，所述检测及控制单元与图像拍摄装置、所述针轮或直线步进的工装条或步进带的驱动电机以及所述剔废吹气装置分别建立同步控制设置。
12.一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，该方法采用注射针管与图像拍摄装置相对旋转的方式，沿所述注射针管圆周方向一周拍摄若干张图像，通过对这些图像的机器视觉处理来检测针管及其针尖的各项质量和技术参数。
13.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是，沿所述注射针管圆周方向一周拍摄若干张图像可以是连续等距拍摄。
14.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，包括步骤：
(1).根据注射针管的尺寸选择和调整图像拍摄装置、镜头和光源并设定拍摄距离、光圈、曝光时间等参数，以便获取清晰的拍摄图像；
(2).设置各个检测参数的检测精度与合格阈值；
(3).电脑与图像拍摄装置、针轮或直线步进的工装条或步进带的驱动电机和剔废吹气装置分别建立同步控制设置。
15.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，一个较佳实施例中进一步包括以下步骤：
(4).针轮步进旋转，或者直线步进的工装条或步进带向前步进；
(5).把注射针管逐一自动排放到针轮或直线步进的工装条或步进带的齿槽或凹槽内；
(6).齿槽或凹槽中的注射针管的针尖部分在图像拍摄装置的聚焦位置时针轮或直线步进的工装条或步进带暂停；
(7).针轮或直线步进的工装条或步进带上方的不间断旋转皮带系统或在动力驱动下旋转的轮子自动压住齿槽或凹槽中的针管并带动该针管旋转；
(8).电脑发出信号启动图像拍摄装置；
(9).在光源的照明下，所述图像拍摄装置在与针管匀速相对旋转一周的时间内连续等距拍摄所述若干张图像并直接存入电脑内存并对这些图像进行机器视觉处理并记录该针管是否合格。
16.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法可以采用多线程技术和双摄像装置，可同时对两端有针尖的针管进行实时检测。
17.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：所述针轮步进旋转且每一步旋转一个齿的距离，或所述直线步进的工装条或步进带每一步前进一个齿的距离。
18.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：电脑对存入的图像进行常规的灰度化、滤波、二值化处理和粗略的边缘提取。
19.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法进一步包括步骤：
(10).不合格针管在剔除工位由剔废吹气装置剔除，合格针管则随针轮或直线步进的工装条或步进带继续前行进入下一道工序。
20.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法进一步包括步骤：
(11).在完成针管与图像拍摄装置的一周相对旋转后，所述针轮或所述直线步进的工装条或步进带在电脑发出的拍摄完毕信号控制下向前步进一个齿，等待电脑发出信号启动图像拍摄装置进行下一个针管的拍摄。
21.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：该方法对于每一针管一侧的针尖拍摄到的若干张图像进行图像处理以识别针管的如下至少一项质量和/或技术参数：
(a).毛刺、针尖锋利度；
(b).针尖的内、外弯钩；
(c).针尖中几个斜面的角度是否合格；
(d).针管的长度。
22.根据权利要求21所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：对于每一针管一侧的针尖拍摄到的所述若干张图像进行针尖毛刺和针尖锋利度检测的步骤包括：
(1).首先在拍摄针尖一周的所述若干张图像中选取亮区面积最大的，对亮区进行精确的联通区域提取、轮廓提取并通过曲线、椭圆等拟合获取针尖的理想内轮廓、外轮廓及毛刺；
(2).根据毛刺检测参数的阈值设定即可检测出该针尖是否为毛刺超标的不合格产品；
(3).通过对亮区上部的外轮廓进行直线拟合，两个直线的交点与亮区最上端点之间的距离超过设定的检测阈值，即可断定该针尖锋利度为不合格产品。
23.根据权利要求21所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：对于每一针管一侧的针尖拍摄到的所述若干张图像进行针尖的内外弯钩检测的步骤包括：
首先根据以上步骤中在所述若干张图像中选取的亮区面积最大的图像，再向前或后计数最接近总数四分之一张的图像进行处理；换言之，即选取与针尖开口最大方向呈90度或270度的图像进行处理，相当于图1中的针尖位置7或针尖位置18，此图像即是最接近针尖侧面的图像，提取针管的外轮廓，首先拟合左右竖直线，从而确定最长竖直线，然后判断最长竖直线最上端与同水平最左侧像素和最右侧像素的距离，若此距离超过设定的检测阈值，即可断定为针尖有弯钩的不合格产品。
24.根据权利要求21所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：对于每一针管一侧的针尖拍摄到的所述若干张图像进行针尖中几个斜面的角度检测步骤包括：
同样采用以上步骤中的图像，拟合上部的几个直线，此例针尖为3个斜面，故上部为2个拟合直线即针尖A斜面的拟合直线和针尖B斜面的拟合直线，通过计算两个拟合直线与针管右轮廓拟合直线的夹角，并与设定阈值比较，即可判断出斜面的角度是否合格；采取同样的步骤处理与此图像呈180度对应的图像即可检测另一侧斜面的角度是否合格。
25.根据权利要求21所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：如果被检测的针管有双侧针尖,根据标定好的A相机和B相机之间的距离，即可计算出两侧针尖的距离，此即为针管的总长度，与设定的阈值相比较，即可判定针管的总长度是否合格。
26.根据权利要求21所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：如果只检测一侧针尖，则另一侧只需固定针管端位置，也可计算出针管的总长度并判定针管的总长度是否合格。
27.根据权利要求21所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：系统会自动记录合格品和废品的分类和统计以备查询。
28.根据权利要求12所述的一种基于机器视觉的注射针管自动检测方法，其特征是：利用针管与图像拍摄装置相对旋转拍摄的图像，可以对针尖进行三维重建，然后对各个参数进行检测。
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