CN106018415A - 基于显微视觉的微小零件质量检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于显微视觉的微小零件质量检测系统，该系统包括显微视觉图像采集模块、主控计算机、操作手模块、合格品及不合格品收纳盒，其中，显微视觉、操作手模块分别连接至主控计算机，显微视觉采集待检零件的外形轮廓图像和局部缺陷特征图像，经过图像处理后与标准件对比确定合格与否，操作手模块对产品进行分类放置；本发明还公开一种固定显微视觉，通过步进电机控制物料台做匀速圆周运动传送待检零件，实现微小零件批量检测的方法，且对显微视觉不需重复标定；本发明还公开一种只需在二维平面内完成零件操作的零件分类筛选方法，以上方法均具有普适性、可用性。

Description

基于显微视觉的微小零件质量检测系统

技术领域

本发明属于微操作技术领域中的微小零件的检测与控制，尤其是一种基于显微视觉的微小零件质量检测系统。

背景技术

微系统随微装配技术的发展应用日渐广泛，且其性能的可靠性受制于组成微器件质量的好坏，所以，对精密零件几何尺寸、表面瑕疵的精准检测是至关重要的。传统人工检测方法劳动强度大、工作效率低、精度差，其他非视觉检测又存在实时性差、抗干扰能力差等局限。而利用显微视觉，结合图像处理技术，能够实现智能化、低成本、高效率检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于显微视觉的微小零件质量检测系统。

根据本发明的一方面，提供一种基于显微视觉的微小零件质量检测系统，该系统包括图像采集模块1、操作手模块2、主控计算机3、物料台4、零件分类收纳盒5、运动控制器6，其中：

所述的图像采集模块1由CCD相机、显微镜头、光源、三自由度精密微动平台7组成,其中，CCD相机与显微镜头组成显微视觉10，安装在微动平台上，实现显微视觉的三自由度运动；

所述操作手模块2由微夹钳12、三自由度精密微动平台8组成，其中，微夹钳安装在微动平台上，实现操作手的三自由度精密运动；

所述的物料台4由一自由度的旋转微动平台9和圆形物料槽11组成，其中，物料槽11的圆周上等距离的排列相同形状和尺寸的放物槽，安装在旋转微动平台9上，实现物料台的连续匀速圆周运动；

所述的零件分类收纳盒5由两个距离固定的方形橡胶盒组成，且两个橡胶盒与待测零件位于同一条直线上，分别用来盛放合格品和不合格品；

所述的三自由度精密微动平台7、8和一自由度旋转微动平台9分别通过连接线链接至运动控制器6；

所述的显微视觉10通过视觉连接线链接至计算机主控系统3，运动控制器6通过接线连接至计算机主控系统3；

所述的主控计算机3下发指令给运动控制器6，运动控制器6执行指令控制微动平台7、8、9运动，也可以通过手动操作运动控制器6来控制微动平台的运动。

根据本发明的另一方面，提供一种固定显微视觉、步进移动待检器件的视觉检测方法，该方法包括以下步骤：

]步骤S1：选择合适形状的物料槽，将同一批次零件若干a、b、c、……放在物料槽11的放物槽内，调整显微视觉10对准零件a，使零件a的外形轮廓在视觉系统中清晰成像，记录此时微动平台7的坐标，反复此过程几次，取微动平台7坐标的平均值进行标定；

步骤S2：对采集到的零件a的外形轮廓图像进行图像处理，得到零件a轮廓边界点的坐标，再求出零件a的尺寸参数；

步骤S3：找到采集到的零件a的图像中灰度不均匀的区域，调整显微视觉，使零件a的图像中灰度不均匀的区域在视觉系统中清晰成像，经过图像处理，确定零件a的表面缺陷类型；

步骤S4：综合零件a的尺寸参数和表面缺陷信息，与标准件进行对比，确定零件a是否合格；

步骤S5：控制旋转微动平台9使零件b转到零件a位置，控制微动平台7运动到步骤S1中标定好的坐标上，重复步骤S2-S4。

根据本发明的另一方面，提供一种只需在二维平面中移动、抓取和放置零件的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：根据零件的不同选择合适的微夹钳12（吸附式或夹钳式等），调整微动平台8的高度，使微夹钳12与待测零件严格处于同一水平面，固定纵坐标Z1；

步骤S2：调整微动平台8的X轴，使微夹钳12不遮挡待测零件且与待测零件保持一定的距离，记录此时的微动平台8的X轴、Y轴坐标X1、Y1，控制微动平台8在X轴方向前进，最大程度接近目标零件，记录此时X轴的坐标X2；

步骤S3：利用标准件，对物料槽上的零件与合格产品收纳盒、不合格产品收纳盒之间的标准距离进行标定，控制微夹钳12沿Y轴运动到合格产品收纳盒上方，记录此时Y轴坐标为Y2，控制微夹钳12沿Y轴运动到不合格产品收纳盒上方，记录此时Y轴坐标为Y3，重复此过程几次，取Y2和Y3的平均值，完成标定；

步骤S4：将微动平台的初始坐标定为（X1,Y1,Z1），显微视觉检测零件a的结果反馈给主控计算机3，若合格，则通过运动控制器6控制微夹钳拾取零件a，放入合格产品收纳盒，若不合格，则放入不合格产品收纳盒；

步骤S5：完成零件a的放置，控制微夹钳12回到初始位置（X1,Y1,Z1），等待下一次检测的指令。

本发明的突出特点是：1）固定显微视觉系统，通过物料台的旋转更换待测零件，不需对显微视觉进行重复标定，避免反复标定引入的误差，提高了效率和检测精度；2）固定操作手Z方向的高度，只需在二维平面内移动操作手即可完成零件的拾取和释放，实现零件分类筛选；3）灵活多变：可以根据零件的不同设计不同形状的放物槽，物料槽结构可拆卸，方便整个机构的设计与布局；4）适应性强：可以根据待测零件的不同，选择不同类型的微夹钳，安装在微动平台上。

附图说明

图1为本发明基于显微视觉的微小零件质量检测系统的整体结构图。

图2为本发明显微视觉检测部分结构图。

图3为本发明基于显微视觉检测方法流程图。

图4为本发明操作手部分结构图。

图5为本发明操作手对零件进行分类方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

根据本发明的一方面，提供一种基于显微视觉的微小零件质量检测系统，其整体结构如图1所示，该系统包括图像采集模块1、操作手模块2、主控计算机3、物料台4、零件分类收纳盒5、运动控制器6，其中：

所述的图像采集模块1由CCD相机、显微镜头、光源、三自由度精密微动平台7组成,其中，CCD相机与显微镜头组成显微视觉10，安装在微动平台上，实现显微视觉的三自由度运动；

所述操作手模块2由微夹钳12、三自由度精密微动平台8组成，其中，微夹钳安装在微动平台上，实现操作手的三自由度精密运动；根据待检零件的不同可选择不同类型的微夹钳，如对构造薄弱的微球，且表面光滑可采用吸附式微夹钳对其进行吸取和释放；

所述的物料台4由一自由度的旋转微动平台9和圆形物料槽11组成，其中，物料槽11的圆周上等距离的排列相同形状和尺寸的放物槽，安装在旋转微动台9上，实现物料台的连续匀速圆周运动；根据检测零件形状的不同，设计对应形状的放物槽，如对微球，设计圆形放物槽，还可利用齿轮原理，使微球在槽中自动翻滚换面，实现全部表面上的缺陷检测；

所述的零件分类收纳盒5由两个距离固定的方形橡胶盒组成，且两个橡胶盒与待测零件位于同一条直线上，这条直线即为待测零件圆周的切线，分别用来盛放合格品和不合格品；

所述的三自由度精密微动平台7、8和一自由度旋转微动平台9分别通过连接线链接至运动控制器6；

所述的显微视觉10通过视觉连接线链接至主控计算机，运动控制器6通过连接线连接至主控计算机，用来获取待测零件的显微视觉图像，对所述显微视觉图像进行处理得到待测零件的尺寸信息和缺陷信息；

所述的主控计算机3下发指令给运动控制器6，运动控制器6执行指令控制微动平台7、8、9运动，实现显微视觉10、微夹钳12的运动以及待测零件的转换，也可以通过手动操作运动控制器6来控制微动平台的运动。

根据本发明的另一方面，还提供一种固定显微视觉、步进移动待检器件的视觉检测方法，图2为零件显微视觉检测的结构图，该方法通过控制旋转微动平台步进旋转接替待检零件组进行检测，实现同批次待检零件的检测和筛选，如图3所示，该方法包括以下步骤

步骤S1：选择合适形状的物料槽，将同一批次零件若干a、b、c、……放在物料槽11的放物槽内，如将微球装入圆形放物槽中，调整显微视觉10对准零件a，使零件a的外形轮廓在视觉系统中清晰成像，记录此时微动平台7的坐标，反复此过程几次，取微动平台7坐标的平均值作为显微视觉的初始坐标；

步骤S2：对采集到的零件a的外形轮廓图像进行图像处理，得到零件a轮廓边界点的坐标，根据事先计算好的像素尺寸当量求出零件a的尺寸参数；

步骤S3：找到采集到的零件a的图像中灰度不均匀的区域，调整显微视觉使零件a的图像中灰度不均匀的区域在视觉系统中清晰成像，经过图像处理，与标准件进行对比，确定零件a的表面缺陷类型；

步骤S4：综合零件a的尺寸参数和表面缺陷信息，与标准件进行对比，确定零件a是否合格；

若合格，则控制操作手拾取零件放入合格品收纳盒，若不合格，则控制操作手拾取零件放入不合格品收纳盒，完成一次零件质量的检测；

步骤S5：控制微动平台7，使显微视觉回到初始坐标，控制旋转微动平台9使零件b转到零件a位置，重复步骤S2-S4，完成第二次零件的质量检测，以此类推，直到完成所有零件的质量检测。

根据本发明的另一方面，还提供一种只需在二维平面中移动、抓取和放置零件的方法，图4为操作手部分的结构，如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1：根据零件的不同选择合适的微夹钳12，如对构造薄弱的微球，且表面光滑可采用吸附式微夹钳，调整微动平台8的高度，使微夹钳12与待测零件严格处于同一水平面，固定纵坐标Z1，即固定微夹钳的高度在操作平面内；

步骤S2：调整微动平台8的X轴，使微夹钳12不遮挡待测零件且与待测零件保持一定的距离，记录此时的微动平台8的X轴、Y轴坐标X1、Y1，控制微动平台8在X轴方向前进，最大程度接近目标零件，记录此时X轴的坐标X2，即操作手空闲状态时的坐标位置；

步骤S3：利用标准件，对物料槽上零件与合格产品收纳盒、零件与不合格产品收纳盒之间的标准距离进行标定，控制微夹钳12沿Y轴运动到合格产品收纳盒上方，记录此时Y轴坐标为Y2，控制微夹钳12沿Y轴运动到不合格产品收纳盒上方，记录此时Y轴坐标为Y3，重复此过程几次，取Y2和Y3的平均值，完成标定；此时，Y2-Y1即为零件与合格产品收纳盒之间的距离，Y3-Y1为零件与不合格产品收纳盒之间的距离，也就是微夹钳放置合格品和不合格品需要移动的距离；

步骤S4：将微动平台的初始坐标定为（X1,Y1,Z1），并把显微视觉检测零件a的结果反馈给主控计算机，若合格，则通过运动控制器6控制微夹钳拾取零件a沿Y移动Y2-Y1距离，释放零件到合格产品收纳盒，若不合格，控制微夹钳沿Y轴前进Y3-Y1距离，释放零件到不合格产品收纳盒；

步骤S5：完成零件a的放置，控制微夹钳12回到初始位置（X1,Y1,Z1），等待下一次检测的指令。

本发明中物料槽11圆周上等距离排列的放物槽根据待检零件的不同，可有不同设计方式，例如，对圆柱形微零件，如IC探针，设计合适尺寸的长方形放物槽，且可以利用机械装置使探针步进转动，使整个表面都能被摄像机分区逐步拍摄，再通过图像的拼接与融合就可以获得探针整个表面的二维平面图像。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅微本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同代换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于显微视觉的微小零件质量检测系统，其特征在于，该系统包括：图像采集模块（1）、操作手模块（2）、主控计算机（3）、物料台（4）、零件分类收纳盒（5）、运动控制器（6），其中：

所述的图像采集模块（1）由CCD相机、显微镜头、光源、三自由度精密微动平台（7）组成,其中，CCD相机与显微镜头组成显微视觉（10），安装在微动平台上，实现显微视觉的三自由度运动；

所述操作手模块（2）由微夹钳（12）、三自由度精密微动平台（8）组成，其中，微夹钳安装在微动平台上，实现操作手的三自由度精密运动；

所述的物料台（4）由一自由度的旋转微动平台（9）和圆形物料槽（11）组成，其中，物料槽（11）的圆周上等距离的排列相同形状和尺寸的放物槽，安装在旋转微动平台（9）上，实现物料台的连续匀速圆周运动；

所述的零件分类收纳盒（5）由两个距离固定的方形橡胶盒组成，且两个橡胶盒与待测零件位于同一条直线上，分别用来盛放合格品和不合格品；

所述的三自由度精密微动平台（7）、（8）和一自由度旋转微动平台（9）分别通过连接线链接至运动控制器（6）；

所述的显微视觉（10）通过视觉连接线链接至主控计算机（3），运动控制器（6）通过接线连接至主控计算机（3）；

所述的主控计算机（3）下发指令给运动控制器（6），运动控制器（6）执行指令控制微动平台（7）、（8）、（9）运动，也可以通过手动操作运动控制器（6）来控制微动平台的运动。

2.根据权利要求1所述的基于显微视觉的微小零件质量检测系统，其特征在于，所述的图像采集模块（1），完成零件的批量检测，通过固定显微视觉（10），只需对显微视觉进行一次标定，检测完一个零件后，恢复初始状态，等待下一次检测指令，且不需重新标定。

3.根据权利要求1所述的基于显微视觉的微小零件质量检测系统，其特征在于，所述的圆形物料槽（11）可以根据待检零件形状的不同设计不同的放物槽，等距离排列在圆周上，且可以通过机械装置使待测零件步进转动，使整个表面都能被摄像机分区逐步拍摄，再通过图像的拼接与融合就可以获得探针整个表面的二维平面图像。

4.根据权利要求1所述的基于显微视觉的微小零件质量检测系统，其特征在于，所述的操作手模块（2）对目标零件的操作只需在二维平面中进行，固定夹持器与目标零件在同一高度的水平面，只需利用标准件对零件与合格品收纳盒、零件与不合格品收纳盒的距离进行一次标定，之后重复按此距离严格操作即可实现。