CN106871801B - 一种在传送带上自动检测锂电池参数的机器视觉检测系统 - Google Patents
一种在传送带上自动检测锂电池参数的机器视觉检测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种在传送带上自动检测锂电池参数的机器视觉检测系统，该系统包括传输锂电池的两条传送带、两个面光源、CCD相机和顶起机构，所述顶起机构包括3个背光源。传送带把锂电池运送到相机正下方，顶起结构顶起锂电池，面光源打开，相机开始采图，顶起机构通过电机旋转两个锂电池，相机采的图传给软件，软件检测破损和二维码。一圈旋转完毕，面光源关闭，下方背光源打开，锂电池接着旋转一周，软件检测锂电池直径和同轴度。检测完毕，顶起机构下降，锂电池重新归位，接着下面两个锂电池。
Description
【技术领域】
本发明属于工业自动化领域，尤其涉及一种在传送带上自动检测锂电池参数的机器视觉检测系统。
【背景技术】
在工业上，为了解决人眼检测的重复和疲劳导致的不准确，以及无法适应复杂的工厂环境，机器视觉检测系统用工业相机代替人眼去完成检测的任务。视觉检测系统大大提高了传送带上检测的精度和速度，降低了人工成本，避免了由于个人原因造成的误差。但是，工业传送带是运动的，当一个相机拍照时，只能检测一面，但锂电池是圆柱形，需要360度全角度检测，而且锂电池的破损也得全面检测。
对于现有技术的上述缺点，还没有一种完善的解决方案。
【发明内容】
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种在传送带上自动检测锂电池参数的机器视觉检测系统，该系统在运动的传送带上只采用一个相机全面检测锂电池的各个参数，分别是锂电池的直径，破损程度，二维码检测，同轴度。
本发明采用的技术方案具体如下：
一种在传送带上自动检测锂电池参数的机器视觉检测系统，该系统包括两条传送带、门架结构、CCD相机、两个面光源和顶起机构，其中
所述两条传送带平行设置并具有一定的间距，锂电池横放在两条传送带中间，两端分别搭在一条传送带上，所述两条传送带同步向前运动，从而带动锂电池向前移动；
所述门架结构设置在传送带的两侧，在所述门架结构上方设置了所述CCD相机，并且所述相机设置于两条传送带中线的正上方，所述相机可以给正下方的两个锂电池拍照。
所述两个面光源设置于所述相机和传送带之间，两个面光源倾斜放置在门架两侧，用于照射下方的锂电池；
所述顶起机构设置于相机正下方，并且设置于两条传送带中间的下方，所述顶起机构可以一次顶起两个锂电池，并具有可带动锂电池绕其轴线旋转的电机；所述顶起机构还包括三个背光源，即两个长背光和一个段背光，所述两个长背光设置于锂电池的两个极柱的下方，所述段背光设置在锂电池的正下方，三个背光源可从下往上照亮被顶起的锂电池。
进一步地，该系统包括锂电池检测机构和PLC，该检测机构可以检测到相机下方的锂电池，PLC可以接收所述检测机构的检测信号，根据该检测信号控制系统中的各个部件，该系统的具体运行过程如下：
(1)所述传送带将锂电池运送到所述相机正下方，锂电池检测机构在检测到锂电池的到来后，发送信号给PLC；
(2)所述PLC暂停所述传送带的运动，然后给顶起机构发送信号，所述顶起机构顶起两个锂电池，同时PLC控制两个面光源打开；
(3)所述PLC给相机一个信号，相机开始采集图像，同时顶起机构通过电机旋转两个锂电池；所述相机在锂电池旋转过程中连续采集图像，并将采集到的图像发送给一个上位机；所述上位机通过图像处理软件检测锂电池的破损情况和二维码；
(4)当锂电池旋转一周后，PLC关闭面光源，打开三个背光源，然后顶起机构再次旋转锂电池，相机仍然连续地采集图像，并将采集到的图像发送给所述上位机，所述上位机通过图像处理软件对这次采集到的图像进行图像处理，以检测锂电池的直径和同轴度。
进一步地，设锂电池的长度为L，横截面的直径为D，两条传送带的间距为L1，传送带上相邻两个锂电池的间距为L2，当顶起机构顶起锂电池时，相机与被顶起的锂电池的距离为H，则上述参数满足以下条件：
0.4≤L1/L≤0.5；
0.28≤L2/D≤0.32；
10≤H2/S≤12，其中S＝(2D+L2)L。
进一步地，所述两个面光源为大小相同的矩形，相对于传送带左右对称放置，面光源的上端之间的间距为L3，面光源和垂直方向的夹角为A，A为锐角，当顶起机构顶起锂电池时，面光源下端距离锂电池的高度为H1，矩形面光源自身在水平方向的宽度为W1，另一个方向的宽度为W2，则上述参数满足以下条件：
W1≥1.5(2D+L2)；
L3+2W2sinA-H1/2≥L，且角度A在20度至40度之间。
进一步地，锂电池长度L＝230mm，直径D＝80mm，传送带间距L1＝100mm，锂电池间距L2＝24mm，相机与被顶起的锂电池的距离H＝700mm，矩形面光源的水平宽度W1＝280mm，倾斜方向宽度W2＝100mm，两个面光源上端的间距L3＝360mm，面光源下端距离被顶起的锂电池的高度H1＝440mm，面光源和垂直方向的夹角为A＝30°。
进一步地，所述相机的像素值大于或等于500万，且镜头焦距为16mm。
本发明的有益效果包括：1)全自动准确和快速地检测锂电池的直径，破损，二维码，同轴度，无需人工。2)采用一个工业相机就可以检测两个锂电池的相同四个参数，相当于检测8个参数，节约了成本。3)采用了两类光源，面光源是针对破损和二维码检测，背光是针对锂电池直径和同轴度，大大提高了精度。
【附图说明】
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是本发明系统的正视图。
图2是本发明系统的立体图。
图3是本发明背光源的位置图。
【具体实施方式】
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
参见附图1和2，其示出了本发明的具体结构，本发明具有平行设置的两条传送带，两条传送带之间有一定的间距，锂电池5横放在这两条传送带的中间，电池两端分别搭在一条传送带上，所述两条传送带同步向前运动，从而带动锂电池5向前移动。图2中示出了多个锂电池5在传动带上，前后锂电池之间具有一定的间距，在传送带的带动下共同向前运动。
在传送带的两侧，有一个门架结构1，门架上方设置了一个CCD相机2，并且CCD相机设置于两条传送带中线的正上方，相机的像素值不低于500万，该相机2可以同时给其下方的两个锂电池拍照。相机和传送带之间有两个面光源3，两个面光源3倾斜放置在门架两侧，用于照射下方的锂电池5，以帮助相机采集图片。
在相机下方，并且在两条传送带中间的下方具有一个顶起机构4，该顶起机构4可以一次顶起两个锂电池5，所述顶起机构还包括三个背光源和电机，参见附图3，三个背光源包括2个长背光和1个段背光，所述2个长背光分别设置于锂电池的两个极柱下方，所述段背光设置在锂电池的正下方。三个背光源可以从下往上照亮被顶起的锂电池5。所述电机可以带动被顶起的锂电池绕电池轴线旋转。
另外，本发明还具有一个锂电池检测机构和一个PLC(图中未示出)，该检测机构可以检测到相机下方的锂电池，PLC则作为本发明的控制机构，可以接收所述检测机构的检测信号，根据该检测信号控制系统中的各个部件。
下面对本发明系统的具体运行过程进行说明：
(1)所述传送带将锂电池运送到所述相机正下方，锂电池检测机构在检测到锂电池的到来后，发送信号给PLC。
(2)所述PLC暂停所述传送带的运动，然后给顶起机构发送信号，所述顶起机构顶起两个锂电池，同时PLC控制两个面光源打开。
(3)所述PLC给相机一个信号，相机开始采集图像，同时顶起机构通过电机旋转两个锂电池；所述相机在锂电池旋转过程中连续采集图像，并将采集到的图像发送给一个上位机；所述上位机通过图像处理软件检测锂电池的破损情况和二维码。
(4)当锂电池旋转一周后，PLC关闭面光源，打开三个背光源，然后顶起机构再次旋转锂电池，相机仍然连续地采集图像，并将采集到的图像发送给所述上位机，所述上位机通过图像处理软件对这次采集到的图像进行图像处理，以检测锂电池的直径和同轴度。
(5)检测完毕，PLC控制顶起机构下降，被顶起的锂电池重新归位，回到传送带上，然后传送带重新运动，以检测下两个锂电池。
为了更好地移动锂电池，并方便相机对电池进行拍摄，本发明还需要对系统中各个部件的尺寸进行限定。一个基本的尺寸是锂电池本身的大小，由于锂电池呈圆柱形，因此锂电池的尺寸参数包括其长度L和横截面的直径D。对于整个系统而言，锂电池的尺寸参数是固定的，通过对大量实践结果的统计分析，本发明此基础上制定了其他参数。
有关传送带的尺寸参数也有2个，一个是两条传送带的间距L1，另一个是传送带上相邻两个锂电池的间距L2。
对于传送带间距，本发明由于需要满足三个背光源照射下的拍摄，并且不妨碍传送带的运行，通过对大量实践结果的统计分析，传送带的间距L1与锂电池的长度L应优选满足以下条件，即：0.4≤L1/L≤0.5。
对于锂电池间距，为了保证相机的拍摄可以分辨开两个锂电池，因此锂电池间距不能太小，但是为了一次性检测两个锂电池，该间距也不能太大，通过对大量实践结果的统计分析，锂电池的间距L2与锂电池横截面直接D应优先满足以下条件，即：0.28≤L2/D≤0.32。
有关门架结构的参数主要是其高度，具体的，当顶起机构顶起锂电池时，相机与被顶起的锂电池的距离H。本发明采用500W像素的CCD相机，镜头焦距为16mm，在此条件下，该距离H还需要考虑拍摄的面积，而需要拍摄的最小面积S是两个锂电池及其间距所占的面积，即S＝(2D+L2)L。因此，考虑到需要拍摄的锂电池是一个曲面，通过对大量实践结果的统计分析，在优选情况下，上述参数应当满足以下条件可以得到较好的拍摄效果，即：10≤H2/S≤12。
有关面光源的参数有三个，包括两个面光源的间距，面光源的高度、宽度和面光源倾斜的角度。具体地，两个面光源为大小相同的矩形，相对于传送带左右对称放置，面光源的上端之间的间距为L3，面光源和垂直方向的夹角为A，A为锐角，当顶起机构顶起锂电池时，面光源下端距离锂电池的高度为H1，矩形面光源自身在水平方向的宽度为W1，另一个方向(倾斜方向)的宽度为W2。
为了对两个锂电池进行照射，首先其宽度应大于两个锂电池的宽度，经过对大量实践结果的统计分析，在优选情况下，所述水平宽度W1应满足以下条件，即：W1≥1.5(2D+L2)。
其次，对于面光源的其他参数，优选应当满足以下条件，即：
L3+2W2sinA-H1/2≥L
并且角度A在20度至40度之间为宜。
具体实施例：
一种典型的锂电池长度L＝230mm，直径D＝80mm，因此，根据本发明的一个优选实施例，传送带间距L1＝100mm，锂电池间距L2＝24mm，相机与被顶起的锂电池的距离H＝700mm，矩形面光源的水平宽度W1＝280mm，倾斜方向宽度W2＝100mm，两个面光源上端的间距L3＝360mm，面光源下端距离被顶起的锂电池的高度H1＝440mm，面光源和垂直方向的夹角为A＝30°。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (6)
1.一种在传送带上自动检测锂电池参数的机器视觉检测系统，其特征在于，该系统包括两条传送带、门架结构、CCD相机、两个面光源和顶起机构，其中
所述两条传送带平行设置并具有一定的间距，锂电池横放在两条传送带中间，两端分别搭在一条传送带上，所述两条传送带同步向前运动，从而带动锂电池向前移动；
所述门架结构设置在传送带的两侧，在所述门架结构上方设置了所述CCD相机，并且所述相机设置于两条传送带中线的正上方，所述相机可以给正下方的两个锂电池拍照；
所述两个面光源设置于所述相机和传送带之间，两个面光源倾斜放置在门架两侧，用于照射下方的锂电池；
所述顶起机构设置于相机正下方，并且设置于两条传送带中间的下方，所述顶起机构可以一次顶起两个锂电池，并具有可带动锂电池绕其轴线旋转的电机；所述顶起机构还包括三个背光源，即两个长背光和一个段背光，所述两个长背光设置于锂电池的两个极柱的下方，所述段背光设置在锂电池的正下方，三个背光源可从下往上照亮被顶起的锂电池。
2.根据权利要求1所述的机器视觉检测系统，其特征在于，该系统包括锂电池检测机构和PLC，该检测机构可以检测到相机下方的锂电池，PLC可以接收所述检测机构的检测信号，根据该检测信号控制系统中的各个部件，该系统的具体运行过程如下：
(1)所述传送带将锂电池运送到所述相机正下方，锂电池检测机构在检测到锂电池的到来后，发送信号给PLC；
(2)所述PLC暂停所述传送带的运动，然后给顶起机构发送信号，所述顶起机构顶起两个锂电池，同时PLC控制两个面光源打开；
(3)所述PLC给相机一个信号，相机开始采集图像，同时顶起机构通过电机旋转两个锂电池；所述相机在锂电池旋转过程中连续采集图像，并将采集到的图像发送给一个上位机；所述上位机通过图像处理软件检测锂电池的破损情况和二维码；
(4)当锂电池旋转一周后，PLC关闭面光源，打开三个背光源，然后顶起机构再次旋转锂电池，相机仍然连续地采集图像，并将采集到的图像发送给所述上位机，所述上位机通过图像处理软件对这次采集到的图像进行图像处理，以检测锂电池的直径和同轴度。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的机器视觉检测系统，其特征在于，设锂电池的长度为L，横截面的直径为D，两条传送带的间距为L1，传送带上相邻两个锂电池的间距为L2，当顶起机构顶起锂电池时，相机与被顶起的锂电池的距离为H，则上述参数满足以下条件：
0.4≤L1/L≤0.5；
0.28≤L2/D≤0.32；
10≤H2/S≤12，其中S＝(2D+L2)L。
4.根据权利要求3所述的机器视觉检测系统，其特征在于，所述两个面光源为大小相同的矩形，相对于传送带左右对称放置，面光源的上端之间的间距为L3，面光源和垂直方向的夹角为A，A为锐角，当顶起机构顶起锂电池时，面光源下端距离锂电池的高度为H1，矩形面光源自身在水平方向的宽度为W1，倾斜方向宽度为W2，则上述参数满足以下条件：
W1≥1.5(2D+L2)；
L3+2W2sinA-H1/2≥L，且角度A在20度至40度之间。
5.根据权利要求4所述的机器视觉检测系统，其特征在于，锂电池长度L＝230mm，直径D＝80mm，传送带间距L1＝100mm，锂电池间距L2＝24mm，相机与被顶起的锂电池的距离H＝700mm，矩形面光源的水平宽度W1＝280mm，倾斜方向宽度W2＝100mm，两个面光源上端的间距L3＝360mm，面光源下端距离被顶起的锂电池的高度H1＝440mm，面光源和垂直方向的夹角为A＝30°。
6.根据权利要求1所述的机器视觉检测系统，其特征在于，所述相机的像素值大于或等于500万，且镜头焦距为16mm。
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