CN104634791B - 条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，包括基座(2)、长支撑柱(4)和短支撑柱(5)，长支撑柱(4)上安装有上粗调定位平台(6)和下粗调定位平台(8)，上粗调定位平台(6)、下粗调定位平台(8)上分别装有微调滑台(11)，长支撑柱(4)与短支撑柱(5)间装有中粗调定位平台(7)，中粗调定位平台(7)上装有微调滑台(11)，中粗调定位平台(7)另一侧装有翻转机构，翻转机构上装有微调滑台(11)，微调滑台(11)上固定有CCD相机(13)和光源(14)；本发明可实现工件表面缺陷自动、全方位、高效、高精、在线和实时性的检测，易于与自动化生产线相结合，受生产线的结构影响小，可移植性强。

Description

条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统

[技术领域]

本发明涉及工件表面缺陷视觉检测和自动化生产技术领域，具体地说是一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统。

[背景技术]

在很多工业自动化生产过程中，对生产的工件的表面质量有严格要求，需要及时发现工件表面严重缺陷以便停机检修，避免材料和能源的浪费，或对一批次的产品做出质量评估，只有表面质量评估达标，才能成为合格产品。条形工件一般有多个表面需要检测，而且在生产过程中以一定的速度移动，所以检测设备需要快速连续的对工件表面进行检测，并且能快捷方便移入生产线且不对现有的自动化生产线进行改造。

例如：密封条是以橡胶或各种塑料为原材料，口型各异，在现实生活中起各种密封作用的一种橡塑产品。密封条被广泛的应用于生活中的方方面面，如我们最熟悉的门窗的密封，汽车、轮船以及工业机械的密封等。近几年来随着汽车的飞速发展，人们对密封条的质量要求越来越高，密封条表面缺陷具体表现为：凸点、气泡、凹凸不平、毛边等，有四个表面需要检测，而且待检测表面一直在沿着生产线方向连续更新变动，这在实施上存在一定的困难。传统的人工检测方法检测速度慢、精度不统一、劳动量大等，已经无法适应现代高速自动化生产线的需要，而机器视觉检测技术具有非接触、在线实时、速度快、精度合适、现场抗干扰能力强等优点，使密封条表面缺陷的高效在线检测成为可能。

[发明内容]

本发明的目的就是要克服现有技术的缺陷与不足，提供一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，实现工件表面缺陷自动、全方位、高效、高精、在线和实时性的检测，以便及时发现工件表面的严重缺陷并作出相应处理，降低了工人劳动强度和劳动成本，提高了工件的产品质量。

为实现上述目的，本发明提供的条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，包括基座2，所述基座2顶端装有两根长支撑柱4和两根短支撑柱5，所述基座2底端装有用于调平的脚钉3，所述长支撑柱4上安装有可上下移动的上粗调定位平台6和下粗调定位平台8，所述上粗调定位平台6、下粗调定位平台8上分别安装有微调滑台11，所述长支撑柱4与短支撑柱5之间安装有可上下移动的中粗调定位平台7，所述中粗调定位平台7的高度低于上粗调定位平台6但高于下粗调定位平台8，所述中粗调定位平台7上位于长支撑柱4一侧装有微调滑台11，所述中粗调定位平台7另一侧装有翻转机构，所述翻转机构上装有微调滑台11，所述微调滑台11上分别固定有成像系统，所述成像系统包括CCD相机13和光源14。

所述翻转机构为一插入中粗调定位平台7侧面凹槽内的活动翻板10，所述活动翻板10可绕其两端的转轴旋转。

所述微调滑台11上安装有固定架12，所述CCD相机13和光源14通过固定架12安装在微调滑台11上。

所述固定架12包括固定块一15、固定块二16、相机托架17、光源托架18、光源长支架19和光源短支架20，所述固定块一15安装在微调滑台11上，所述固定块二16上设有转轴二，所述相机托架17、光源托架18安装在固定块二16上并绕其转轴二旋转，所述相机托架17上安装有CCD相机13，所述光源托架18上通过光源长支架19、光源短支架20安装有光源14。

所述CCD相机13作为图像采集模块通过线路连接图像处理模块，所述图像处理模块包括图形滤波模块、图像增强模块、图像分割模块以及图像边缘检测模块。

所述CCD相机13采用黑白或彩色的线阵CCD相机。

所述光源14为线阵光源、面阵光源或LED光源。

所述光源14为节能灯光源、卤素光源、单色光源、三基色光源、红外线光源、紫外线光源或X射线光源。

本发明同现有技术相比，能自动、全方位、高效、高精、在线和实时性的检测出自动化生产线上工件表面的缺陷，特别是针对有四个待检表面的条形工件在生产过程中的实时在线的检测；其中，该视觉检测系统的机械支撑装置结构设计合理、简单新颖、拆装方便，易于与自动化生产线相结合，受生产线的结构影响小，可移植性强。

[附图说明]

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中成像系统的结构示意图；

图3是本发明中翻转机构的结构示意图；

图4是本发明的工作状态示意图一；

图5是本发明的工作状态示意图二；

图6是本发明的图像处理原理总框图；

图7是本发明的图像处理流程图；

图中：1、工件 2、基座 3、脚钉 4、长支撑柱 5、短支撑住 6、上粗调定位平台 7、中粗调定位平台 8、下粗调定位平台 9、锁紧螺栓 10、活动翻板 11、微调滑台 12、固定架13、相机 14、光源 15、1号固定块 16、2号固定块 17、相机托架 18、光源托架 19、光源长支架 20、光源短支架 21、定位挡块。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图所示，本发明提供的条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，包括基座2，基座2顶端装有两根长支撑柱4和两根短支撑柱5，基座2底端装有用于调平的脚钉3，长支撑柱4上安装有可上下移动的上粗调定位平台6和下粗调定位平台8，上粗调定位平台6、下粗调定位平台8上分别安装有微调滑台11，长支撑柱4与短支撑柱5之间安装有可上下移动的中粗调定位平台7，中粗调定位平台7的高度低于上粗调定位平台6但高于下粗调定位平台8，中粗调定位平台7上位于长支撑柱4一侧装有微调滑台11，中粗调定位平台7另一侧装有翻转机构，翻转机构上装有微调滑台11，微调滑台11上分别固定有成像系统，成像系统包括CCD相机13和光源14，CCD相机13采用黑白或彩色的线阵CCD相机。

其中，微调滑台11上安装有固定架12，CCD相机13和光源14通过固定架12安装在微调滑台11上；该固定架12包括固定块一15、固定块二16、相机托架17、光源托架18、光源长支架19和光源短支架20，固定块一15安装在微调滑台11上，固定块二16上设有转轴二，相机托架17、光源托架18安装在固定块二16上并绕其转轴二旋转，相机托架17上安装有CCD相机13，光源托架18上通过光源长支架19、光源短支架20安装有光源14。

本发明包括表面缺陷图像采集硬件系统和缺陷检测软件系统；表面缺陷图像采集硬件系统包括四个由CCD相机和光源组成的成像系统和相应的机械支撑装置。其中，机械支撑装置用于固定CCD相机13和光源14并调节它们与工件1的相对位置；基座2装有两根长支撑柱4、两个短支撑住5和四个用于调平的脚钉3，将脚钉3旋进旋出可调整四个相机13构成的工作平面平行于工件截面；上粗调定位平台6和下粗调定位平台8安装在长支撑柱4上，其上各安装一个微调滑台11，上、下粗调定位平台可沿支撑柱上下调动，可以实现上下相机13相对工件1的位置的粗调，当调节至所需位置时，通过锁紧螺栓9锁紧定位，中粗调定位平台同时安装在长支撑柱4和短支撑柱5上，也可沿支撑柱上下调动，其左侧安装有一个微调滑台11，右侧有一翻转机构，所述翻转机构为一插入中粗调定位平台7右侧面凹槽内的活动翻板10，活动翻板10可绕其两端的转轴旋转；通过粗调定位平台和微调滑台11协同调节，可将CCD相机镜头快速精确调节至距待测工件1表面所需距离的位置，以获得最佳的成像效果；固定架12安装在微调滑台11上，用于固定CCD相机13和光源14，并可实现CCD相机13和光源14多角度的调节，以获得最佳的成像角度和照明角度。

如附图2所示为相机13和光源14在微调滑台11上的具体的安装方式，其中固定架12包括1号固定块15、2号固定块16、相机托架17、光源托架18、光源长支架19和光源短支架20；1号固定块15安装在微调滑台11上，相机13与相机托架17和光源托架18连为一体可绕2号固定块16的转轴旋转一定角度，通过调节可以使相机成像面与工件表面的平行，角度调节确定后可通过锁紧螺栓锁紧；光源14可通过光源长支架19和光源短支架20调节其与工件表面的角度，以获得最佳的照明效果。

如附图3，翻转机构为一插入中粗调定位平台7右侧面凹槽内的活动翻板10，活动翻板10可绕其两端的转轴旋转，这就使右侧的成像系统拥有两种位置状态；如附图4和附图5所示，在条形工件自动化生产线上进行工件表面缺陷的在线检测时，只需将本发明置于一处无障碍的工件传输段，先大致调节三个粗调定位平台的位置，使左侧相机镜头与工件位于同一高度，然后将本发明中右侧的成像系统转开并推动基座至附图4所示的状态，接着将右侧的成像系统翻转至水平位置后利用锁紧螺栓9锁紧，其中定位挡块21保证了成像系统的水平，最后调节四个微调滑台11使四个成像系统到达如附图5所示的环绕工件的位置状态后，即可开始对工件四个表面缺陷全方位的视觉在线检测；翻转机构的设置使本发明易于与条形工件自动化生产线相结合，受生产系统的结构影响小，可移植性强，并可较好地保证相机阵列采集到的图像信息位于同一截面位置上。

另外，光源14用于照明，需根据工件材质、颜色并配合相机成像要求选择合适的，其可以是专用光源、线阵光源、面阵光源、LED光源等，可以是节能灯光源、卤素光源、单色光源、三基色光源、红外线光源、紫外线光源或X射线光源等。例如：工件1为橡胶密封条时，由于橡胶在绝大部分情况下是漫反射材料，同时为了减小所得图像的畸变，相机垂直正对密封条侧面，使光源低角度照亮密封条表面，以提高成像亮度，使图像边缘等细节信息清楚，并且光源选择稳定的红色LED阵列，布置在相机对称两端，低角度照射(照射方向与相机采集方向角度小)。

CCD相机选用线阵相机和合适的镜头，根据表面缺陷所需的检测分辨率确定其像素和分辨率，根据工件传输速度确定其行频，根据工件颜色或检测要求确定选用黑白或彩色相机；根据系统成像放大率和镜头最大光圈值计算得相机镜头距离工件表面的距离，并根据景深公式计算景深范围进而确定所需的微调定位精度，作为微调滑台11选型的参考；例如：工件1为橡胶密封条时，如果所需检定的最小缺陷为>0.1mm，则垂直于密封条传送方向检测分辨率要求至少0.1mm，并选用黑白相机即可，相机其它参数还需根据具体工况确定。

本发明中，CCD相机13作为图像采集模块通过线路连接图像处理模块，所述图像处理模块包括图形滤波模块、图像增强模块、图像分割模块以及图像边缘检测模块。该图像处理模块是基于Windows编程平台开发的软件系统，可以实现对采集的图像进行分析、处理、滤波、增强、分割、边缘检测等操作。

如附图6和7所示，图像处理过程为：利用成像设备(CCD图像传感器)获取工件的原始图像，经过图像采集卡转化成数字图像后传送到系统的图像处理模块；图像处理模块首先对原始图像进行预处理，即通过滤波消除噪声，将图像增强后再进行图像分割，最终利用边缘检测算法检测出图像相应的缺陷；在具体检测过程中，可以先采集合格工件表面图像作为标准模板，然后将此模板与实际检测过程中采集的工件表面图像做图像差分，通过特征识别判断不同的缺陷类型，并对缺陷进行分析评估和位置等信息的记录，如果缺陷较严重则立即发出警告，以便及时停机检修，排除生产设备的故障，避免材料和能源的浪费，并对一批次的产品做出质量评估，只有表面质量评估达标，才能成为合格产品。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，其特征在于：包括基座(2)，所述基座(2)顶端装有两根长支撑柱(4)和两根短支撑柱(5)，所述基座(2)底端装有用于调平的脚钉(3)，所述长支撑柱(4)上安装有可上下移动的上粗调定位平台(6)和下粗调定位平台(8)，所述上粗调定位平台(6)、下粗调定位平台(8)上分别安装有微调滑台(11)，所述长支撑柱(4)与短支撑柱(5)之间安装有可上下移动的中粗调定位平台(7)，所述中粗调定位平台(7)的高度低于上粗调定位平台(6)但高于下粗调定位平台(8)，所述中粗调定位平台(7)上位于长支撑柱(4)一侧装有微调滑台(11)，所述中粗调定位平台(7)另一侧装有翻转机构，所述翻转机构上装有微调滑台(11)，所述微调滑台(11)上分别固定有成像系统，所述成像系统包括CCD相机(13)和光源(14)，所述微调滑台(11)上安装有固定架(12)，所述CCD相机(13)和光源(14)通过固定架(12)安装在微调滑台(11)上，所述固定架(12)包括固定块一(15)、固定块二(16)、相机托架(17)、光源托架(18)、光源长支架(19)和光源短支架(20)，所述固定块一(15)安装在微调滑台(11)上，所述固定块二(16)上设有转轴二，所述相机托架(17)、光源托架(18)安装在固定块二(16)上并绕其转轴二旋转，所述相机托架(17)上安装有CCD相机(13)，所述光源托架(18)上通过光源长支架(19)、光源短支架(20)安装有光源(14)。

2.如权利要求1所述的一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，其特征在于：所述翻转机构为一插入中粗调定位平台(7)侧面凹槽内的活动翻板(10)，所述活动翻板(10)绕其两端的转轴旋转。

3.如权利要求2所述的一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，其特征在于：所述CCD相机(13)作为图像采集模块通过线路连接图像处理模块，所述图像处理模块包括图形滤波模块、图像增强模块、图像分割模块以及图像边缘检测模块。

4.如权利要求3所述的一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，其特征在于：所述CCD相机(13)采用黑白或彩色的线阵CCD相机。

5.如权利要求4所述的一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，其特征在于：所述光源(14)为线阵光源、面阵光源或LED光源。

6.如权利要求5所述的一种条形工件表面缺陷全方位视觉在线检测系统，其特征在于：所述光源(14)为节能灯光源、卤素光源、单色光源、三基色光源、红外线光源、紫外线光源或X射线光源。