CN105728339B - 一种陶瓷阀芯视觉自动检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷阀芯视觉自动检测系统，包括第一传送带、第二传送带、翻转机构、第一电机、第二电机、上料机构、第一剔除器、第一相机、下料机构、第二剔除器及第二相机，以及采集卡、主控系统、PLC控制器；在第一相机和第二相机后分别布置有第一剔除器和第二剔除器，第一相机将待检测陶瓷阀芯第一待检测面图像发送至主控系统处理后，若不合格，则直接由PLC控制器发送指令给第一剔除器，将不合格品予以剔除，避免进入后续工位，便于提高检测效率；同理，在第二相机后的第二剔除器也将直接剔除第二待检测面图像不合格的待检测陶瓷阀芯，以保证由下料机构收集的陶瓷阀芯为合格品。

Description

一种陶瓷阀芯视觉自动检测系统
技术领域
本发明属于陶瓷阀芯检测领域，具体涉及一种陶瓷阀芯视觉自动检测系统。
背景技术
陶瓷阀芯是水龙头的核心部件，直接影响其密封性能和使用寿命，在水龙头的装配前，需要对陶瓷阀芯进行严格的外观检测。目前绝大多数的水龙头制造企业都采用人工检测的方式对陶瓷阀芯进行外观检测。这不仅增加了人工成本和管理成本，而且由于人眼检测的疲劳性和不稳定性，无法保证陶瓷阀芯检测的准确率和效率。
随着技术成本的降低，基于机器视觉的检测系统得到了广泛的应用。机器视觉检测系统常用于检测产品表面的裂纹、破损等缺陷，相关的表面缺陷检测算法也很多。基于阈值分割和缺陷提取的方法是表面缺陷检测的常用算法，但由于光照不均匀，裂纹、抛光不均匀等原因，会产生漏检、误检，其鲁棒性、可靠性不高，不能应用于实践量产中。
发明内容
本发明的目的就是要针对传统检测方法的不足，提供一种能自动检测待检测陶瓷阀芯表面缺陷的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，提高了检测效率及准确率。
为实现上述目的，本发明所设计的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，包括第一传送带、与第一传送带平行设置的第二传送带、连接第一传送带和第二传送带的翻转机构、与第一传送带前端相连的上料机构、驱动上料机构运动的第一电机、驱动第二传送带运动的第二电机、设置在第一传送带末端的第一剔除器、设置在上料机构和第一剔除器之间的第一相机、设置在第二传送带末端的下料机构、设置在下料机构前方的第二剔除器及设置在第二剔除器前方的第二相机；还包括：
采集卡，采集第一相机拍摄的第一待检测面图像和第二相机拍摄的第二待检测面图像，并将采集到的第一待检测面图像和第二待检测面图像传送至主控系统；
主控系统，主控系统将接收到的第一待检测面图像和第二待检测面图像进行处理，判断待检测陶瓷阀芯的第一待检测面图像和第二待检测面图像是否合格，如果合格，则进入下一工位，如果不合格，则将不合格处理结果传送至PLC控制器；
PLC控制器，PLC控制器根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第一剔除器或第二剔除器。
进一步地，所述主控系统包括：
模板及掩模板型创建单元，针对不同型号的陶瓷阀芯创建相应的模板及掩模板；
配准单元，用于待检测陶瓷阀芯的待检测面图像与模板及掩模板的匹配、识别和配准；
Blob检测单元，用于检测待检测陶瓷阀芯的待检测面图像是否存在抛光不均匀、崩边及破损的缺陷；
裂纹检测单元，用于检测待检测陶瓷阀芯的待检测面图像是否有裂纹。
进一步地，所述上料机构包括支撑架及安装在支撑架上的若干辊轴组件，相连辊轴组件通过第一同步带相连，且第一组辊轴组件通过第一同步带与所述第一电机相连，最后一组辊轴组件通过第一同步带与第一传送带相连；每相邻两组辊轴组件的前一组辊轴组件中最后一个辊轴的第一主皮带轮直径比后一组辊轴组件中第一个辊轴的第一副皮带轮直径大。
进一步地，所述辊轴组件包括两个辊轴，两个辊轴通过第二同步带相连，且每组辊轴组件中第一个辊轴的第二主皮带轮直径大于第二个辊轴的第二副皮带轮直径。
进一步地，所述第一电机的第一电机皮带轮直径大于第一组辊轴组件中第一个辊轴的第一副皮带轮直径，最后一组辊轴组件中第二个辊轴的第一主皮带轮直径大于第一传送带的传送带皮带轮直径，第一主皮带轮的直径等于第二主皮带轮的直径等于第一电机皮带轮的直径，第二副皮带轮的直径等于第一副皮带轮的直径等于传送带皮带轮。
进一步地，所述第一传送带上位于所述第一相机前方设置有与第一相机相连的第一传感器，所述第一相机与第一同轴光源相连，且所述第一同轴光源的水平面与所述第一传送带的水平面平行。
进一步地，所述第二传送带上位于所述第二相机后方设置有与第二相机相连的第二传感器，所述第二相机与第二同轴光源相连，且所述第二同轴光源的水平面与所述第二传送带的水平面平行。
进一步地，所述第一电机与用于调节所述第一传送带速度的第一调速器相连，所述第二电机与用于调节所述第二传送带速度的第二调速器相连。
进一步地，所述PLC控制器的输出端连接有报警器。
进一步地，所述主控系统通过RS232串口与所述PLC控制器通信；所述第一传感器和所述第二传感器均为光电传感器。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、在第一相机和第二相机后分别布置有第一剔除器和第二剔除器，第一相机将待检测陶瓷阀芯第一待检测面图像发送至主控系统处理后，若不合格，则直接由PLC控制器发送指令给第一剔除器，将不合格品予以剔除，避免进入后续工位，便于提高检测效率；同理，在第二相机后的第二剔除器也将直接剔除第二待检测面图像不合格的待检测陶瓷阀芯，以保证由下料机构收集的陶瓷阀芯为合格品；
2、上料机构可以将无序堆积的待检测陶瓷阀芯通过多级加速的方式逐一间隔排列于第一传送带上；与传统振盘供料方式相比，不仅简化了结构，而且减少了由于振动和碰撞所引起的对陶瓷阀芯的损伤；
3、采用光电传感器，实现对相机的自动触发，提高自动化程度、检测效率、避免漏检；
4、采用同轴光源，保证均匀的照明，避免由于光照不均匀带来的误判。
附图说明
图1为本发明陶瓷阀芯视觉自动检测系统框图；
图2为图1中上料机构结构示意图；
图3为图1中主控系统检测框图。
其中：主控系统1、第一调速器2、采集卡3、第一电机4、上料机构5、第一传送带6、第一传感器7、第一相机8、第一同轴光源9、第一剔除器10、翻转机构11、报警器12、PLC控制器13、待检测陶瓷阀芯14、第二传送带15、第二调速器16、下料机构17、第二电机18、第二剔除器19、第二相机20、第二同轴光源21、第二传感器22、模板及掩模板创建单元23、配准单元24、Blob检测单元25、裂纹检测单元26、支撑架27、辊轴28、第一同步带29、第一电机皮带轮30、第一主皮带轮31、第二同步带32、第一副皮带轮33、第二主皮带轮34、第二副皮带轮35、传送带皮带轮36。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，包括水平设置的第一传送带6、与第一传送带6平行设置的第二传送带15、连接第一传送带6和第二传送带15的翻转机构11、与第一传送带6前端相连的上料机构5、驱动上料机构5运动的第一电机4、驱动第一传送带6运动的第一电机4、与第一电机4相连且用于调节上料机构5速度的第一调速器2、驱动第二传送带15运动的第二电机18、与第二电机18相连且用于调节第二传送带15速度的第二调速器16、设置在第一传送带6末端的第一剔除器10、设置在上料机构5和第一剔除器10之间的第一相机8、设置在第二传送带15末端的下料机构17、设置在下料机构17前方的第二剔除器19及设置在第二剔除器19前方的第二相机20；并且第一传送带6上位于第一相机8前方设置有与第一相机8相连的第一传感器7，第一相机8与第一同轴光源9相连，且第一同轴光源9的水平面与第一传送带6的水平面平行，保证均匀的照明，便于检测待检测面图像的划伤、裂纹等缺陷；第二传送带15上位于第二相机20后方设置有与第二相机20相连的第二传感器22，第二相机20与第二同轴光源21相连，且第二同轴光源21的水平面与第二传送带15的水平面平行，同理，保证均匀的照明，便于检测待检测面图像的划伤、裂纹等缺陷；另外，第一相机8和第二相机20的输出端均与采集卡3的输入端相连，采集卡3的输出端与主控系统1的输入端相连，主控系统1的输出端与PLC控制器13的输入端相连，PLC控制器13的两个输出端分别与第一剔除器10和第二剔除器19相连，并且PLC控制器13的第三个输出端与报警器12相连，本实施例中主控系统1通过RS232串口与PLC控制器13通信。
本实施例中上料机构5可以将无序堆积的待检测陶瓷阀芯通过多级加速的方式逐一间隔排列于第一传送带上；第一剔除器10和第二剔除器19用于将不合格的待检测陶瓷阀芯剔除；翻转机构11用于将待检测陶瓷阀芯14的表面进行翻转；下料机构17用于收集由第二传送带15输送过来检测完毕合格的待检测陶瓷阀芯；第一传感器7和第二传感器22均为光电传感器，实现对第一相机8和第二相机20的自动触发，提高自动化程度、检测效率、避免漏检；
采集卡3将采集到的第一相机8拍摄的第一待检测面图像和第二相机20拍摄的第二待检测面图像传送至主控系统1；主控系统1将接收到的第一待检测面图像和第二待检测面图像进行处理，判断待检测陶瓷阀芯的第一待检测面图像和第二待检测面图像是否合格，如果合格，则进入下一工位，如果不合格，则将不合格处理结果传送至PLC控制器13；PLC控制器13接收到不合格处理结果，一方面使报警器12报警，另一方面根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第一剔除器10或第二剔除器19。
结合图2所示，上料机构5包括支撑架27及安装在支撑架27上的若干辊轴组件，相邻辊轴组件通过第一同步带29相连，且第一组辊轴组件通过第一同步带29与第一电机4相连，最后一组辊轴组件通过第一同步带29与第一传送带6相连；每组辊轴组件包括两个辊轴28，两个辊轴28通过第二同步带32相连；其中：每组辊轴组件中第一个辊轴28的第二主皮带轮34直径大于第二个辊轴28的第二副皮带轮35直径，每相邻两组辊轴组件的前一组辊轴组件中最后一个辊轴28的第一主皮带轮31直径比后一组辊轴组件中第一个辊轴28的第一副皮带轮33直径大，第一电机4的第一电机皮带轮30直径大于第一组辊轴组件中第一个辊轴28的第一副皮带轮33直径，最后一组辊轴组件中第二个辊轴28的第一主皮带轮31直径大于第一传送带的传送带皮带轮36直径，并且，第一主皮带轮31的直径等于第二主皮带轮34的直径等于第一电机皮带轮30的直径，第二副皮带轮35的直径等于第一副皮带轮33的直径等于传送带皮带轮36，从而实现多级加速。
结合图3所示主控系统1包括模板及掩模板创建单元23、配准单元24、Blob检测单元25及裂纹检测单元26。模板及掩模板创建单元23；其中：模板为待检测面图像识别、定位及定向的标准；掩模板用于对同一待检测面内不同检测区域的划分依据。配准单元24，用于待检测陶瓷阀芯的待检测面图像与模板及掩模板配准；具体为：用于待检测面图像与模板的匹配，确定相对于模板的位置和方向，再将掩模板进行仿射变换，使之与待检测面图像配准，实现待检测面图像不同检测区域的划分。
Blob检测单元25，用于检测待检测陶瓷阀芯的抛光面图像是否存在抛光不均匀、崩边及破损的团块、斑点状缺陷。
裂纹检测单元26用于检测待检测陶瓷阀芯的抛光面图像和非抛光面图像均是否有裂纹。
本发明陶瓷阀芯视觉自动检测系统的检测原理如下：
A、上料机构可以将无序堆积的待检测陶瓷阀芯通过多级加速的方式逐一间隔排列于第一传送带上，第一传送带6将待检测陶瓷阀芯送至检测工位；
B、第一传感器7检测到待检测陶瓷阀芯时触发第一相机8采集待检测陶瓷阀芯上待检测面图像(即待检测抛光面图像或待检测非抛光面图像)；
C、配准单元24将上待检测面图像与型号对应的两个模板(包括抛光面模板和非抛光面模板)分别进行匹配运算，根据匹配度的高低，即可判断上待检测面图像是待检测抛光面图像还是待检测非抛光面图像。若上待检测抛光面图像与抛光面模板的匹配度较高且大于一定的阈值(通常设为0.9)，则选择抛光面掩模板；若上待检测非抛光面图像与非抛光面模板的匹配度较高，且大于一定的阈值(通常设为0.9)，则选择非抛光面掩模板。并且获取上待检测面图像与其相对应模板的相对位置和相对旋转角度；再根据相对位置和相对旋转角度，将相对应的掩模板进行仿射变换，与上待检测面图像进行配准。如果上待检测面图像与两模板的匹配度均小于一定的阈值(通常设为0.9)，则直接判断当前待检测图像不合格。则主控系统将不合格处理结果传送至PLC控制器13，PLC控制器13一方面传输信号给报警器，使报警器12发出报警信息，另一方面，PLC控制器13根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第一剔除器10剔除该待检测陶瓷阀芯；配准完成后进行Blob检测；
D、Blob检测单元25检测上待检测面图像是否存在抛光不均匀、崩边、破损等Blob缺陷。若检测出有Blob缺陷，则主控系统1将不合格处理结果传送至PLC控制器13，PLC控制器13一方面传输信号给报警器12，使报警器12发出报警信息，另一方面，PLC控制器13根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第一剔除器10剔除该待检测陶瓷阀芯；如果Blob检测合格，则进行裂纹检测；
E、裂纹检测单元26检测上待检测面图像是否有裂纹，若检测出不合格，则主控系统1将不合格处理结果传送至PLC控制器，PLC控制器一方面传输信号给报警器，使报警器发出报警信息，另一方面，PLC控制器根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第一剔除器剔除该待检测陶瓷阀芯；如果裂纹检测合格，则继续在第一传送带上传输，经过翻转机构翻转后输送到第二传送带上；
F、第二传感器22检测到待检测陶瓷阀芯时触发第二相机20采集待检测陶瓷阀芯下待检测面图像，若上述中上待检测面图像为待检测抛光面图像，则翻转后检测到下待检测面图像是待检测非抛光面图像；
G、与步骤C类似，下待检测面图像分别与两模板进行匹配运算，若匹配相似度至少有一个大于设定的阈值(如0.9)，则选取最佳匹配的相对位置和方向(角度)作为依据；再根据相对位置和相对旋转角度进行仿射变换后，将所对应的模板和掩模板与待检测面图像进行配准。如果匹配度较低(通常小于0.9)，在直接判断为不合格，则主控系统将不合格处理结果传送至PLC控制器，PLC控制器一方面传输信号给报警器，使报警器发出报警信息，另一方面，PLC控制器根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第二剔除器剔除该待检测陶瓷阀芯；配准完成后进行Blob检测；
H、Blob检测单元25检测待检测下待检测面图像是否存在崩边、破损等Blob缺陷。若检测出有Blob缺陷，则主控系统将不合格处理结果传送至PLC控制器13，PLC控制器13一方面传输信号给报警器12，使报警器12发出报警信息，另一方面，PLC控制器13根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第二剔除器19剔除该待检测陶瓷阀芯；如果Blob检测合格，则进行裂纹检测；
I、裂纹检测单元检测下待检测面图像是否有裂纹，若检测出不合格，则主控系统将不合格处理结果传送至PLC控制器，PLC控制器一方面传输信号给报警器，使报警器发出报警信息，另一方面，PLC控制器根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第二剔除器剔除该待检测陶瓷阀芯；如果裂纹检测合格，则检测完毕合格的待检测陶瓷阀芯输送到下料机构17收集。
步骤C中，当检测到上待检测面图像是非抛光面图像时，检测方法和原理如同上述所述内容，在此不再赘述。
另外，在待检测陶瓷阀芯的检测过程中，调速器控制电机的运动，电机的运动决定上料机构的速度，由同步带进一步决定传送带的传输速度，从而调节整个检测过程的速度。

Claims (8)

1.一种陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：包括第一传送带(6)、与第一传送带(6)平行设置的第二传送带(15)、连接第一传送带(6)和第二传送带(15)的翻转机构(11)、与第一传送带(6)前端相连的上料机构(5)、驱动上料机构(5)运动的第一电机(4)、驱动第二传送带(15)运动的第二电机(18)、设置在第一传送带(6)末端的第一剔除器(10)、设置在上料机构(5)和第一剔除器(10)之间的第一相机(8)、设置在第二传送带(15)末端的下料机构(17)、设置在下料机构(17)前方的第二剔除器(19)及设置在第二剔除器(19)前方的第二相机(20)；还包括：
采集卡(3)，采集第一相机拍摄的第一待检测面图像和第二相机拍摄的第二待检测面图像，并将采集到的第一待检测面图像和第二待检测面图像传送至主控系统(1)；
主控系统(1)，主控系统(1)将接收到的第一待检测面图像和第二待检测面图像进行处理，判断待检测陶瓷阀芯的第一待检测面图像和第二待检测面图像是否合格，如果合格，则进入下一工位，如果不合格，则将不合格处理结果传送至PLC控制器(13)；所述主控系统包括：模板及掩模板型创建单元(23)，针对不同型号的陶瓷阀芯创建相应的模板及掩模板；配准单元(24)，用于待检测陶瓷阀芯的待检测面图像与模板及掩模板的匹配、识别和配准；Blob检测单元(25)，用于检测待检测陶瓷阀芯的待检测面图像是否存在抛光不均匀、崩边及破损的缺陷；裂纹检测单元(26)，用于检测待检测陶瓷阀芯的待检测面图像是否有裂纹；
PLC控制器(13)，PLC控制器(13)根据接收到的不合格处理结果将剔除信号输送给第一剔除器(10)或第二剔除器(19)；
所述上料机构包括支撑架(27)及安装在支撑架(27)上的若干辊轴组件，相连辊轴组件通过第一同步带(29)相连，且第一组辊轴组件通过第一同步带(29)与所述第一电机(4)相连，最后一组辊轴组件通过第一同步带(29)与第一传送带(6)相连；每相邻两组辊轴组件的前一组辊轴组件中最后一个辊轴(28)的第一主皮带轮(31)直径比后一组辊轴组件中第一个辊轴(28)的第一副皮带轮(33)直径大；所述辊轴组件包括两个辊轴(28)，两个辊轴(28)通过第二同步带(32)相连，且每组辊轴组件中第一个辊轴(28)的第二主皮带轮(34)直径大于第二个辊轴(28)的第二副皮带轮(35)直径；所述第一电机(4)的第一电机皮带轮(30)直径大于第一组辊轴组件中第一个辊轴(28)的第一副皮带轮(33)直径，最后一组辊轴组件中第二个辊轴(28)的第一主皮带轮(31)直径大于第一传送带(6)的传送带皮带轮(36)直径，第一主皮带轮(31)的直径等于第二主皮带轮(34)的直径等于第一电机皮带轮(30)的直径，第二副皮带轮(35)的直径等于第一副皮带轮(33)的直径等于传送带皮带轮(36)的直径。
2.根据权利要求1所述的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：所述第一传送带(6)上位于所述第一相机(8)前方设置有与第一相机(8)相连的第一传感器(7)，所述第一相机(8)与第一同轴光源(9)相连，且所述第一同轴光源(9)的水平面与所述第一传送带(6)的水平面平行。
3.根据权利要求1所述的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：所述第二传送带(15)上位于所述第二相机(20)后方设置有与第二相机(20)相连的第二传感器(22)，所述第二相机(20)与第二同轴光源(21)相连，且所述第二同轴光源(21)的水平面与所述第二传送带(15)的水平面平行。
4.根据权利要求1所述的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：所述第一电机(4)与用于调节所述第一传送带(6)速度的第一调速器(2)相连，所述第二电机(18)与用于调节所述第二传送带(15)速度的第二调速器(16)相连。
5.根据权利要求1所述的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：所述PLC控制器(13)的输出端连接有报警器(12)。
6.根据权利要求1所述的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：所述主控系统(1)通过RS232串口与所述PLC控制器(13)通信。
7.根据权利要求2所述的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：所述第一传感器(7)为光电传感器。
8.根据权利要求3所述的陶瓷阀芯视觉自动检测系统，其特征在于：所述第二传感器(22)为光电传感器。
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