CN104655649A - 冲压加工在线视觉检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冲压加工在线视觉检测装置和检测方法，该装置包括输送机构、位置检测部件、图像采集组件、中央处理模块、控制单元、声光报警部件及工作台，工作台的台面上设有待测冲压料带的视觉检测区域；本发明采用非接触式检测方法，具有很高的检测效率，满足了在线、适时、自动检测的需要。

Description

冲压加工在线视觉检测装置和检测方法

技术领域

    本发明涉及加工制造在线检测技术领域，具体的说是一种冲压加工在线视觉检测装置和检测方法。

背景技术

    冲压加工是借助于冲压设备的压力，使板料在冲压模具里产生分离，从而获得一定形状和尺寸的产品零件的生产技术。冲压加工作为一种制造手段，具有十分高的生产效率，因而在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。冲压加工通常是在料带上通过若干道冲压工序得到设计的冲压件。在生产过程中，冲压模具的磨损以及崩刃都会造成被加工件的尺寸超差，若不及时的采取措施，将导致大量废品的产生，冲压件合格与否是通过对零件的各尺寸要素的值进行检测以后才能确定。

目前，国内大多数厂家对冲压件的检测还主要停留在人工离线检测的方式，主要是针对所有工序都加工完成的成品冲压件。传统的检测方法存在着一些缺点：采用接触式的人工测量的方式，检测效率低；检测过程与生产过程分离、难以在工序间及时发现尺寸超差问题，并停止尺寸超差废品的继续生产，因此，十分需要一项对生产过程中的冲压件进行适时工序间尺寸检测的技术。

发明内容

针对上述对传统的冲压件检测方法存在的检测效率低、难以在工序间及时发现尺寸超差问题等缺陷，本发明提供一种冲压加工在线视觉检测装置和检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种冲压加工在线视觉检测装置，该装置包括输送机构、位置检测部件、图像采集组件、中央处理模块、控制单元、声光报警部件及工作台，工作台的台面上设有待测冲压料带的视觉检测区域；

所述的输送机构由步进电机、皮带、若干滚柱及若干齿轮组成，滚柱安装在待测冲压料带视觉检测区域两侧的工作台台面中，且所有滚柱的同一端均设有齿轮，相邻的滚柱之间设有中间齿轮，通过这些齿轮之间的啮合来传递运动，其中一滚柱的另一端通过皮带传动由步进电机来驱动，冲压料带沿滚柱的传动方向设置在其上表面上；

所述的位置检测部件设置在被测冲压料带的视觉检测区域，位置检测部件的信号输入到控制单元；

所述的图像采集组件由光源、摄像镜头、CCD图像传感器及图像采集卡组成，光源设置在视觉检测区域的正下方，摄像镜头和CCD图像传感器设置在视觉检测区域的正上方，摄像镜头和CCD图像传感器获取的视频信号通过线路接入到图像采集卡，图像采集卡安装在计算机的PCI插槽中；

所述的中央处理模块为计算机，计算机通过软件系统实现图像的采集、处理和运算，并输出测量结果；计算机还接收位置检测部件的信号，并对步进电机和声光报警部件进行控制；

所述的控制单元由输入接口、单片机、步进电机驱动器和通讯接口组成，控制单元通过通讯接口与计算机进行通讯连接；

所述的声光报警部件与控制单元相连接，声光报警信号由控制单元提供；

所述的位置检测部件为接近开关；

所述的声光报警部件为声光报警灯；

所述的通讯接口为RS-232接口；

所述的光源为正方形LED白色面光源；

所述的摄像镜头为远心镜头。

一种利用如上所述检测装置进行在线视觉检测的方法，包括以下步骤：

1）启动检测装置进入自动运行状态，步进电机驱动输送机构带动被测冲压料带前进到视觉检测区域时，由位置检测部件进行硬件触发，并向中央处理模块输出信号，中央处理模块收到信号后控制图像采集组件采集图像；

2）中央处理模块对采集到的图像数据进行中值滤波、直方图均衡化以及边缘检测等处理，运用霍夫变换检测出冲压料带图像上的直线和圆等几何要素的图像坐标参数，通过将坐标参数乘以图像像素与冲压料带尺寸要素之间的倍率关系，进一步计算得到冲压料带各尺寸要素的具体值；

3）当分析计算得到冲压件的尺寸要素的值超差时，中央处理模块通过控制单元向声光报警部件发出信号；

4）当分析计算得到冲压料带的尺寸要素的值在设计公差范围内时，步进电机驱动滚柱带动被测冲压料带，冲压料带的下一个被检测部位进入到视觉检测区域；中央处理模块控制图像采集组件采集图像，如此循环，最终完成整个待测冲压料带的检测。

本发明的有益效果：

本发明的冲压加工在线视觉检测装置和检测方法，采用非接触式检测方法，具有很高的检测效率，满足了在线、适时、自动检测的需要；

本发明的冲压加工在线视觉检测装置和检测方法，实现了被检测冲压件尺寸超差时的声光报警，及时提醒操作人员进行停机，避免了废品的继续生产；

本发明的冲压加工在线视觉检测装置和检测方法，采用了计算机技术，能够将被检测冲压件的尺寸数据进行存储和统计分析，以反映冲压模具的磨损状况，为冲压模具的提前更换提供依据和预警；

本发明的冲压加工在线视觉检测装置采用远心镜头的摄像头，避免了由于冲压件的厚度所造成的物距不同而产生的测量误差，实现了高精度测量；

本发明的冲压加工在线视觉检测装置采用高亮度背光照明，能够有效突出冲压件各几何要素的轮廓特征，便于获取对尺寸检测最有利的图像信息。

附图说明

图1 本发明检测装置结构示意图；

图2 本发明检测方法原理图；

图3 本发明检测实例示意图；

附图标记：1、冲压料带，2、工作台，3、滚柱，4、齿轮，5、CCD图像传感器，6、摄像镜头，7、光源，8、接近开关，9、步进电机，10、皮带，11、控制单元，12、声光报警部件，13、图像采集卡，14、计算机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

如图1所示：一种冲压加工在线视觉检测装置，该装置包括输送机构、位置检测部件、图像采集组件、中央处理模块、控制单元11、声光报警部件12及工作台2，工作台2的台面上设有待测冲压料带1的视觉检测区域；

所述的输送机构由皮带10、步进电机9、若干滚柱3及若干齿轮4组成，滚柱3安装在待测冲压料带1视觉检测区域两侧的工作台2台面中，且所有滚柱3的同一端均设有齿轮4，相邻的滚柱之间设有中间齿轮，通过这些齿轮之间的啮合来传递运动，其中一滚柱3的另一端通过皮带10传动由步进电机9来驱动，冲压料带1沿滚柱3的传动方向设置在其上表面上；

所述的位置检测部件为接近开关8，所述的位置检测部件设置在被测冲压料带1的视觉检测区域，位置检测部件的信号输入到控制单元11；

所述的图像采集组件由光源7、摄像镜头6、CCD图像传感器5及图像采集卡13组成，光源7设置在视觉检测区域的正下方，摄像镜头6和CCD图像传感器5设置在视觉检测区域的正上方，摄像镜头6和CCD图像传感器5获取的视频信号通过线路接入到图像采集卡13，图像采集卡安装在计算机14的PCI插槽中；

所述的中央处理模块为计算机14，计算机14通过软件系统实现图像的采集、处理和运算，并输出测量结果；计算机还接收位置检测部件的信号，并对步进电机9和声光报警部件12进行控制；

所述的控制单元11由输入接口、单片机、步进电机驱动器和通讯接口组成，控制单元11通过RS-232接口与计算机14进行通讯连接；

所述的声光报警部件12为声光报警灯，所述的声光报警部件12与控制单元11相连接，声光报警信号由控制单元11提供；

所述摄像镜头6采用远心镜头的摄像头，避免了由于冲压件的厚度所造成的物距不同而产生的测量误差，实现了高精度测量；

所述的光源7为正方形LED白色面光源，采用高亮度背光照明，能够有效突出冲压件各几何要素的轮廓特征，便于获取对尺寸检测最有利的图像信息。

一种利用如上所述检测装置进行在线视觉检测的方法，包括以下步骤：

1）启动检测装置进入自动运行状态，步进电机9驱动输送机构带动被测带料前进到视觉检测区域时，由位置检测部件进行硬件触发，并向中央处理模块输出信号，中央处理模块收到信号后控制图像采集组件采集图像；

2）中央处理模块对采集到的图像数据进行中值滤波、直方图均衡化以及边缘检测等处理，运用霍夫变换检测出冲压料带1图像上的直线和圆等几何要素的图像坐标参数，通过将坐标参数乘以图像像素与冲压料带1尺寸要素之间的倍率关系，进一步计算得到冲压料带1各尺寸要素的具体值；

3）当分析计算得到冲压件的尺寸要素的值超差时，中央处理模块通过控制单元11向声光报警部件12发出信号；

4）当分析计算得到冲压料带1的尺寸要素的值在设计公差范围内时，步进电机9驱动滚柱3带动被测冲压料带1，冲压料带1的下一个被检测部位进入到视觉检测区域；中央处理模块控制图像采集组件采集图像，如此循环，最终完成整个待测冲压料带1的检测。

利用冲压加工在线视觉检测装置进行检测的原理为：

通过视觉检测装置所获得的图像是基于像素的，要想得到被测件的实际尺寸，必须先对检测系统进行标定，从而将像素值和实际尺寸值联系起来。首先，通过标定得到检测系统的像素与实际被测件的尺寸要素之间的倍率关系，然后，计算出被测件的尺寸要素在图像中所占的像素数，像素数乘以标定所确定的倍率关系就可以得到工件尺寸要素的实际数值。在标定该检测系统时，把刻度尺放在测量系统中获得图像，首先，统计刻度尺中最小刻度间隔所对应的的像素数量，然后计算出像素数量与实际尺寸之间的倍率关系。

冲压件上的几何要素可以分为两类：圆和直线。检测系统用霍夫变换对图像进行运算来检测冲压件图像上的圆和直线，并进一步用标定倍率关系得到冲压件的圆孔直径和圆孔位值。霍夫变换的原理是利用图形空间与参数空间的对应关系，将图形空间的具有一定关系的像素进行聚类，利用某一解析形式转化到参数空间，通过简单的累加统计来完成检测任务，霍夫变换能很好的解决经边缘检测后存在边缘点缝隙而对特征提取及识别影响较大的问题。检测方法原理如图2所示，对于图3中的实例，通过霍夫变换检测出粗实线表示的直线和圆，通过进一步的计算便可得到图中所标注的所有尺寸的值。

Claims (7)

1. 一种冲压加工在线视觉检测装置，其特征在于：该装置包括输送机构、位置检测部件、图像采集组件、中央处理模块、控制单元（11）、声光报警部件（12）及工作台（2），工作台（2）的台面上设有待测冲压料带（1）的视觉检测区域；

所述的输送机构由步进电机（9）、皮带（10）、若干滚柱（3）及若干齿轮（4）组成，滚柱（3）安装在待测冲压料带（1）视觉检测区域两侧的工作台（2）台面中，且所有滚柱（3）的同一端均设有齿轮（4），相邻的滚柱之间设有中间齿轮，通过这些齿轮之间的啮合来传递运动，其中一滚柱（3）的另一端通过皮带（10）传动由步进电机（9）来驱动，冲压料带（1）沿滚柱（3）的传动方向设置在其上表面上；

所述的位置检测部件设置在被测冲压料带（1）的视觉检测区域，位置检测部件的信号输入到控制单元（11）；

所述的图像采集组件由光源（7）、摄像镜头（6）、CCD图像传感器（5）及图像采集卡（13）组成，光源（7）设置在视觉检测区域的正下方，摄像镜头（6）和CCD图像传感器（5）设置在视觉检测区域的正上方，摄像镜头（6）和CCD图像传感器（5）获取的视频信号通过线路接入到图像采集卡（13），图像采集卡安装在计算机（14）的PCI插槽中；

所述的中央处理模块为计算机（14），计算机（14）通过软件系统实现图像的采集、处理和运算，并输出测量结果；计算机还接收位置检测部件的信号，并对步进电机（9）和声光报警部件（12）进行控制；

所述的控制单元（11）由输入接口、单片机、步进电机驱动器和通讯接口组成，控制单元（11）通过通讯接口与计算机（14）进行通讯连接；

所述的声光报警部件（12）与控制单元（11）相连接，声光报警信号由控制单元（11）提供。

2. 如权利要求1所述的冲压加工在线视觉检测装置，其特征在于：所述的位置检测部件为接近开关（8）。

3. 如权利要求1所述的冲压加工在线视觉检测装置，其特征在于：所述的声光报警部件（12）为声光报警灯。

4. 如权利要求1所述的冲压加工在线视觉检测装置，其特征在于：所述的通讯接口为RS-232接口。

5. 如权利要求1所述的冲压加工在线视觉检测装置，其特征在于：所述的光源（7）为正方形LED白色面光源。

6. 如权利要求1所述的冲压加工在线视觉检测装置，其特征在于：所述的摄像镜头（6）为远心镜头。

7. 一种利用如权利要求1所述检测装置进行在线视觉检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）启动检测装置进入自动运行状态，步进电机（9）驱动输送机构带动被测冲压料带（1）前进到视觉检测区域时，由位置检测部件进行硬件触发，并向中央处理模块输出信号，中央处理模块收到信号后控制图像采集组件采集图像；

2）中央处理模块对采集到的图像数据进行中值滤波、直方图均衡化以及边缘检测等处理，运用霍夫变换检测出冲压料带（1）图像上的直线和圆等几何要素的图像坐标参数，通过将坐标参数乘以图像像素与冲压料带（1）尺寸要素之间的倍率关系，进一步计算得到冲压料带（1）各尺寸要素的具体值；

3）当分析计算得到冲压件的尺寸要素的值超差时，中央处理模块通过控制单元（11）向声光报警部件（12）发出信号；

4）当分析计算得到冲压料带（1）的尺寸要素的值在设计公差范围内时，步进电机（9）驱动滚柱（3）带动被测冲压料带（1），冲压料带（1）的下一个被检测部位进入到视觉检测区域；中央处理模块控制图像采集组件采集图像，如此循环，最终完成整个待测冲压料带（1）的检测。