CN108072668A - 基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统，包括控制系统及图像处理系统、入料控制单元、V型滑道、检测单元、分选单元；所述控制系统及图像处理系统与入料控制单元连接，入料控制单元连有V型滑道，滑道末端与分选单元连接；滑道上设有检测单元。本发明其检测效率高，检测面积覆盖全面，检测缺陷全面。采用周围的8个相机同时采集8幅图像每个相机的视场角能够获得与枪弹轴线成110°的体部图像信息，从而保证准确的对枪弹的体部缺陷进行检测。V型滑道通过拼接组成V字型，该结构具有很好的通过性及兼容性，可以保证大多数圆柱及圆锥形物料通过。

Description

基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统

技术领域

本发明涉及光电检测领域，具体包括光学成像、图像采集、图像处理及输料系统组成的一个用于检测枪弹外观缺陷的自动识别系统。

背景技术

光电检测基本原理就是通过采用固定角度及强度的可见光将物体表面照亮，通过工业相机捕获物体表面的二维图像信息，通过后期处理对图像进行分析后判断物体表面缺陷的种类及缺陷大小，并最终由控制系统进行判断是否为合格产品。目前光电检测在很多领域已经得到了应用，如产品线外包装质量、信息检测，透明液体内杂质检测等。但大多是只能针对形状规则物体，且只能对物体的一个固定表面进行检测，无法实现复杂曲面物体的全方位缺陷检测。

枪弹外观缺陷检测目前由人工完成，工作中采用日光灯照射枪弹表面，通过旋转枪弹使操作人员可以看清枪弹表面的缺陷。由人工判断缺陷大小及种类并进行分选。

目前用于枪弹外观缺陷检测的输料系统主要有：1、链式传送结构。即：在链条中间开比枪弹稍大的空槽，通过链条推动枪弹旋转并前进；2、丝杠式传送结构。即：将丝杠的螺纹部分做成与枪弹直径相当的轮廓，通过丝杠的旋转带动枪弹旋转前进。这两种结构都需要枪弹进行旋转，应用过程中常出现转动不均匀甚至部分缺陷大的枪弹出现无法旋转的情况，导致无法获取枪弹表面的全部图像信息，无论人工还是自动检测系统都无法对缺陷进行准确的判断。

发明内容

基于现有枪弹外观缺陷检测手段中存在的上述缺点，本发明提出了一种新的枪弹外观缺陷自动识别系统，其检测效率高，检测面积覆盖全面，检测缺陷全面。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统，包括控制系统及图像处理系统、入料控制单元、V型滑道、检测单元、分选单元；所述控制系统及图像处理系统与入料控制单元连接，入料控制单元连有V型滑道，滑道末端与分选单元连接；滑道上设有检测单元；

控制系统及图像处理系统，用于控制入料控制单元使枪弹送入V型滑道；并接收检测单元采集的图像进行识别；

入料控制单元，用于将枪弹进行提升后整理并排序，依次送入V型滑道；

检测单元，用于对V型滑道中的枪弹采集图像；

分选单元，用于根据控制系统及图像处理系统的识别结果将V型滑道中的枪弹分类。

所述检测单元包括：三维检测单元、弹头检测单元、弹底检测单元、速度及长度测量单元、侧面检测单元；依次设于V型滑道上；

三维检测单元，包括彩色面阵相机，设于V型滑道上方；用于获得枪弹底火部位的三维信息发送至控制系统及图像处理系统检测深度缺陷；

弹头检测单元，包括彩色面阵相机，设于V型滑道上方；用于获得枪弹弹头的二维图像信息发送至控制系统及图像处理系统检测弹头的缺陷；

弹底检测单元，包括彩色面阵相机，设于V型滑道上方；用于获得枪弹底部的图像信息发送至控制系统及图像处理系统检测弹底部位的缺陷；

速度、长度测量单元，由若干组等间距放置的激光对射式光电传感器组成，设于V型滑道的两侧V型板上；用于通过枪弹依次经过每个传感器的时间信息发送至控制系统及图像处理系统获得枪弹在V型滑道的速度及枪弹的长度信息；

体部检测单元，包括光源和8个相机；8个相机在水平面构成圆形，每两个相邻的相机光轴所成角度相等，用于同时采集8幅110°的体部图像发送至控制系统及图像处理系统；光源为环形，设于相机上方，用于将枪弹的体部圆周全部照亮。

所述控制系统及图像处理系统包括两个FPGA和两个DSP；三维检测单元、弹头检测单元、弹底检测单元、侧面检测单元发送的图像信息经第一FPGA进行预处理、速度及长度测量单元发送的时间信息经第一FPGA获得枪弹的速度及长度；

预处理后的图像和枪弹的速度及长度再发送至第二FPGA进行匹配，即将不同工位、不同时间采集的图像及枪弹的速度及长度按照序号对应给同一个枪弹并排序，构成枪弹匹配结果；然后将枪弹匹配结果按序号的奇数、偶数分成两部分分别送入两个DSP，用于检测深度缺陷、弹头缺陷、弹底部位缺陷和体部缺陷；

两个DSP将有缺陷枪弹的枪弹匹配结果序号进行标记并发送给第二FPGA；通过第二FPGA将标记结果返回控制系统及图像处理系统；当标记结果对应的缺陷枪弹到达V型滑道下端时，控制分选单元将其分出。

所述V型滑道的横截面为V型；首端与入料控制单元连接，末端与分选单元连接；首端高于末端。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明其检测效率高，检测面积覆盖全面，检测缺陷全面。

2.本发明的侧面检测单元采用周围的8个相机同时采集8幅图像每个相机的视场角能够获得与枪弹轴线成110°的体部图像信息，从而保证准确的对枪弹的体部缺陷进行检测。

3.本发明的V型滑道通过拼接组成V字型，该结构具有很好的通过性及兼容性，可以保证大多数圆柱及圆锥形物料通过。

4.本发明的枪弹外观缺陷自动识别系统速度可达到350发/分。

附图说明

图1为本发明的一个实施方案的枪弹外观缺陷自动识别系统的原理图；

图2为本发明的一个V型料道的结构原理图；

图3为本发明的一个光学图像信息采集原理图；

图4为本发明的一个图像处理系统原理图；

其中第1为人机交互单元，第2为控制系统及图形处理系统，第3为入料控制单元，第4为物料提升机，第5为理料机，第6为V型滑道，第8为三维检测单元，第9为弹头检测单元，第10为弹底检测单元，第11为速度、长度测量单元，第12为侧面检测单元，第13为相机，第14为环形光源，第15为相机，第16为分选拨片，第17为收料箱A，第18为收料箱B，第19为伺服电机，第20为分选单元，第21为光源，第22为相机，第23为枪弹，第24为相机，第25为FPGA-A，第26为FPGA-B，第27为DSP-A，第28为DSP-B。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明提供一种基于光电检测原理的枪弹外观缺陷检测系统，其用于对枪弹外表面的质量缺陷进行自动识别并判断是否满足质量标准，所述的系统主要包括：输料系统、光学及图像采集系统、嵌入式实时图像处理系统。

输料系统：包括双离心理料机，V型滑道。双离心理料机由两个离心盘组成，通过离心力及特定的分选结构将枪弹按照一定的姿态及顺序传动到前端结构。V型滑道由两个特殊材质制作的长条板组成，通过拼接组成V字型，该结构具有很好的通过性及兼容性，可以保证大多数圆柱及圆锥形物料通过。

光学及图像采集系统：包括大功率的光源控制器、环形光源、高速高分辨率相机、图像采集控制系统。大功率光源控制器用于控制光源闪光的速度及亮度，在光源亮度达到最大值时图像采集控制系统控制相机采集枪弹的图像信息。

嵌入式实时图像处理系统：由内嵌2枚高性能FPGA和2枚高性能DSP处理器的处理卡组成的图像处理系统。

一种基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统，其用于对枪弹产品的外观质量进行自动识别并进行分类处理，所述的自动识别系统包括：人机交互单元1、入料控制单元3、三维检测单元8、弹头检测单元9、弹底检测单元10、速度及长度测量单元11、侧面检测单元12、控制系统及图像处理系统2、分选单元20。其特征在于：

人机交互单元1主要由操作系统、显示屏、键盘、按钮等组成。用于显示系统的工作状态及部分控制参数的输入。

入料控制单元3主要由电机驱动控制板及物料提升机4和理料机5组成，入料控制单元将枪弹进行提升后整理并排序，依次送入前端V型滑道6中。

三维检测单元8由编码结构光加高分辨率彩色面阵相机组成，用于获得枪弹底火部位的三维信息，检测深度缺陷。

弹头检测单元9由高亮光源及高分辨率彩色面阵相机组成，用于获得枪弹弹头的二维图像信息，检测弹头的缺陷。

弹底检测单元10由高亮光源及高分辨率彩色面阵相机组成，用于获得枪弹底部的图像信息，检测弹底部位的缺陷。

速度、长度测量单元11由三组等间距放置的激光对射式光电传感器组成，通过枪弹依次经过每个传感器的时间计算获得枪弹在料道中的速度及枪弹的长度信息。

体部检测单元12的环形光源将枪弹的体部圆周全部照亮，8个相机同时采集8幅图像。从而保证全面、准确的对枪弹的体部缺陷进行检测。

检测处理卡，主要包括四个处理器，两个FPGA和两个DSP：FPAG-A 25、FPGA-B 26、DSP-A 27、DSP-B 28。FPGA-A 25进行定位，对图像进行基本的预处理后将图像发给FPGA-B(26)进行二次预处理，最后后传给DSP-A 27，DSP-B 28。DSP对不同部位使用相应的现有检测算法：对三维检测单元采用三维空间深度测量与校正算法，对弹头检测单元采用骨架提取和灰度拉伸算法，对弹底检测单元采用极极坐标转换和边缘提取算法，对速度、长度测量单元采用双三次线性插值算法和高斯低通滤波算法，对侧面检测单元采用直线拟合算法、颜色空间转换规则和颜色相量关系模版滤波算法；综合图像检测结果并对初次预处理图像进行缺陷标记。

如图1所示，由运行控制系统及图像处理系统组成整个系统的控制中心2，用户通过人机交互单元1实时监测系统的运行状态并通过数据交互功能控制系统的运行参数。

入料控制单元3控制物料提升机4将枪弹送到理料机5中，通过人机交互单元1的外部输入设备(键盘、触摸屏)将所需要的检测速度参数输入到运动控制系统2，运动控制系统2将命令下达至入料控制单元3，控制单元通过控制提升机4和理料机5的电机速度使两者的运转速度相匹配，实现按照一定的速度向检测系统输送枪弹的功能。

其中，物料提升机4和理料机5为现有技术。物料提升机4包括料斗、提升皮带结构，用于将枪弹提升后倒入理料机5。理料机5包括双离心出料结构及枪弹姿态调整结构，在理料机5中枪弹按照规定的姿态和一定的顺序依次排列后输出到前端滑道中。

理料机5输出的枪弹进入本申请中所涉及的V型滑道6中(如图2所示)，V型滑道可以很好的兼容不同型号枪弹的全弹、弹壳及弹头。从而保证枪弹外观缺陷自动识别系统的输料系统部分有很强的兼容性。在理料机5前端设置有计数及枪弹出料速度检测传感器，计数传感器用于统计整个工作时间段内进入检测系统的枪弹数量，出料速度检测传感器将出料速度反馈给入料控制单元3，入料控制单元3根据反馈的速度与人机交互单元1输入的速度进行比较后对理料机5及物料提升机4发出速度增加、减小以及保持的命令。

在枪弹进入滑道6后相继通过三维底面检测单元8、弹头检测单元9、弹底检测单元10及速度、长度测量单元11。其中：三维底面检测单元由编码结构光加高分辨率彩色面阵相机组成，用于获得枪弹底火部位的三维信息，检测深度尺寸缺陷；弹头检测单元由高亮光源及高分辨率彩色面阵相机组成，用于获得枪弹弹头的二维图像信息，检测弹头的缺陷；弹底检测单元由高亮光源及高分辨率彩色面阵相机组成，用于获得枪弹底部的图像信息，检测弹底部位的缺陷；速度、长度测量单元由三组等间距放置的激光对射式光电传感器组成，通过枪弹依次经过每个传感器的时间计算获得枪弹在料道中的速度及枪弹的长度信息。

体部检测单元12位于滑道的底端与下一段滑道联接处的豁口位置，在该区域枪弹利用重力及原有动能继续下落。设置在该区域的环形光源将枪弹的体部圆周全部照亮，布置在豁口周围的8个相机14、15同时采集8幅图像。8个相机成45度角设置，每个相机的视场角能够获得与枪弹轴线成110°的体部图像信息，因此将8个相机的图像拼接后将获得整个枪弹体部圆周的2.5倍图像信息，基本可以保证同一个缺陷信息可以被三个相机捕获(一个图像居于中间、一个图像居于左侧、一个图像居于右侧)，从而保证准确的对枪弹的体部缺陷进行检测。

光学检测的工作原理如图3所示，光源21置于待检测枪弹23的一侧，相机22放置在反射光区域。直射光线从枪弹的一个方向照射，表面平整的位置光线会沿着一致的方向射向镜头。与表面不平行的位置(凹凸缺陷)光线反射后会射向其它方向无法进入镜头，所以该区域在相机22中的成像亮度会相对较低。

11个检测处理卡，每个卡上主要包括四个处理器，两个FPGA和两个DSP：FPAG-A25、FPGA-B 26、DSP-A 27、DSP-B 28。11个检测处理卡的具体的处理在功能上有所区别，但流程基本相同，如图4所示。FPGA-A 25提取相机24采集的图像并进行枪弹定位，然后对图像进行基本的图像预处理(去噪、平滑等)以便于进一步图像处理，体部工位处理时还需要对图像进行恢复处理，因为彩色线阵相机输出的图像RGB三分量有偏移，横向和纵向比例不一致，预处理完成后将图像发给FPGA-B 26；FPGA-B 26接收FPGA-A 25发来的初级预处理图像，进行二次预处理：因缺陷具有颜色、形态、深度等特征，故利用预处理算法得出相应特征图，最后和初级预处理图一起传给DSP，考虑到处理速度等因素，这里将ID号为奇数的传给DSP-A 27，ID号为偶数的传给DSP-B 28。接收DSP返回的检测结果和标记图，并向上级返回检测结果、初级预处理图及标记图；DSP接收FPGA-B 26的预处理图，对不同部位使用相应的检测算法，综合图像检测结果并对初次预处理图像进行缺陷标记，最后将检测结果和标记图回传给FPGA-B 26。通过FPGA-B 26将处理结果返回控制系统2。

Claims (4)

1.基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统，其特征在于包括控制系统及图像处理系统(2)、入料控制单元(3)、V型滑道(6)、检测单元、分选单元(20)；所述控制系统及图像处理系统(2)与入料控制单元(3)连接，入料控制单元(3)连有V型滑道(6)，滑道(6)末端与分选单元(20)连接；滑道(6)上设有检测单元；

控制系统及图像处理系统(2)，用于控制入料控制单元(3)使枪弹送入V型滑道(6)；并接收检测单元采集的图像进行识别；

入料控制单元(3)，用于将枪弹进行提升后整理并排序，依次送入V型滑道(6)；

检测单元，用于对V型滑道(6)中的枪弹采集图像；

分选单元(20)，用于根据控制系统及图像处理系统(2)的识别结果将V型滑道(6)中的枪弹分类。

2.根据权利要求1所述的基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统，其特征在于所述检测单元包括：三维检测单元(8)、弹头检测单元(9)、弹底检测单元(10)、速度及长度测量单元(11)、侧面检测单元(12)；依次设于V型滑道(6)上；

三维检测单元(8)，包括彩色面阵相机，设于V型滑道(6)上方；用于获得枪弹底火部位的三维信息发送至控制系统及图像处理系统(2)检测深度缺陷；

弹头检测单元(9)，包括彩色面阵相机，设于V型滑道(6)上方；用于获得枪弹弹头的二维图像信息发送至控制系统及图像处理系统(2)检测弹头的缺陷；

弹底检测单元(10)，包括彩色面阵相机，设于V型滑道(6)上方；用于获得枪弹底部的图像信息发送至控制系统及图像处理系统(2)检测弹底部位的缺陷；

速度、长度测量单元(11)，由若干组等间距放置的激光对射式光电传感器组成，设于V型滑道(6)的两侧V型板上；用于通过枪弹依次经过每个传感器的时间信息发送至控制系统及图像处理系统(2)获得枪弹在V型滑道(6)的速度及枪弹的长度信息；

体部检测单元(12)，包括光源和8个相机；8个相机在水平面构成圆形，每两个相邻的相机光轴所成角度相等，用于同时采集8幅110°的体部图像发送至控制系统及图像处理系统(2)；光源为环形，设于相机上方，用于将枪弹的体部圆周全部照亮。

3.根据权利要求1所述的基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统，其特征在于所述控制系统及图像处理系统(2)包括两个FPGA和两个DSP；三维检测单元(8)、弹头检测单元(9)、弹底检测单元(10)、侧面检测单元(12)发送的图像信息经第一FPGA进行预处理、速度及长度测量单元(11)发送的时间信息经第一FPGA获得枪弹的速度及长度；

预处理后的图像和枪弹的速度及长度再发送至第二FPGA进行匹配，即将不同工位、不同时间采集的图像及枪弹的速度及长度对应给同一个枪弹并排序，构成枪弹匹配结果；然后将枪弹匹配结果按序号的奇数、偶数分成两部分分别送入两个DSP，用于检测深度缺陷、弹头缺陷、弹底部位缺陷和体部缺陷；

两个DSP将有缺陷枪弹的枪弹匹配结果序号进行标记并发送给第二FPGA；通过第二FPGA将标记结果返回控制系统及图像处理系统(2)；当标记结果对应的缺陷枪弹到达V型滑道(6)下端时，控制分选单元(20)将其分出。

4.根据权利要求1所述的基于光电检测的枪弹外观缺陷自动识别系统，其特征在于所述V型滑道(6)的横截面为V型；首端与入料控制单元(3)连接，末端与分选单元(20)连接；首端高于末端。