CN108426595A - 可旋式多角度视觉检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可旋式多角度视觉检测装置及其检测方法，所述检测装置包括机架，在所述机架上方设有摄像机支撑架、水平位移机构和线规；所述摄像机支撑架上设有摄像机固定块，摄像机固定块用于固定摄像机，在所述摄像机周围设有环形灯；所述线规设在机架的两侧边，线规上设有沿其滑动的支撑滑块，支撑滑块上方设有底板，底板上设有第二步进电机、电控模块和旋转平台；所述旋转平台周围设有半环形灯，半环形灯两边为条形灯；所述第二步进电机控制旋转平台旋转。该装置结构简单，步进电机控制旋转平台平稳旋转，可多角度拍摄产品，从而实现多角度的机器视觉检测。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉检测领域，特别涉及一种可旋式多角度视觉检测装置及其检测方法。
背景技术
机器视觉是用机器代替人眼来做测量和判断，通过机器视觉产品(图像摄取装置)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
机器视觉系统的优势在于提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。
但是目前大部分的机器视觉系统只能固定拍摄一个角度的产品图片，产品缺陷检测不够精确。而能够实现多角度拍摄的机器视觉系统结构都较为复杂，不利于大面积推广使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种可旋式多角度视觉检测装置，该装置结构简单，利用步进电机控制旋转平台平稳旋转，可多角度拍摄产品，从而实现多角度的机器视觉检测。
本发明的另一目的在于提供一种可旋式多角度视觉检测方法，该方法利用视觉检测装置在产品多个角度下所拍摄的照片与模型进行对比，从而找出产品误差，提高了视觉检测装置的准确度。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
可旋式多角度视觉检测装置，所述检测装置包括机架，在所述机架上方设有摄像机支撑架、水平位移机构和线规；所述摄像机支撑架上设有摄像机固定块，摄像机固定块用于固定摄像机，在所述摄像机周围设有环形灯；所述线规设在机架的两侧边，线规上设有沿其滑动的支撑滑块，支撑滑块上方设有底板，底板上设有第二步进电机、电控模块和旋转平台；所述旋转平台周围设有半环形灯，半环形灯两边为条形灯；所述第二步进电机控制旋转平台旋转。
作为优选的技术方案，所述旋转平台底部设有主同步带轮，所述第二步进电机底部设有电机同步带轮，所述底板底部设有第一同步带轮和第二同步带轮，所述电机同步带轮、第一同步带轮、第二同步带轮和主同步带轮通过同步带连接。
作为优选的技术方案，所述在第一同步带轮和第二同步带轮周围分别设有第一带轮槽和第二带轮槽，所述第一带轮槽和第二带轮槽为长条状。第一带轮槽和第二带轮槽可以调整第一同步带轮和第二同步带轮的位置，从而绷紧同步带，提高旋转平台的旋转精度。
作为优选的技术方案，所述旋转平台底部设有三个滚珠支座，所述滚珠支座呈正三角形排列，所述滚珠支座上设有牛眼滑轮。正三角形排列可以平稳支撑旋转平台，减少晃动，提高检测精度。
作为优选的技术方案，所述水平位移机构包括电机支撑板、丝杆、第一丝杆端座、第二丝杆端座和第一步进电机，所述电机支撑板和第二丝杆端座设置在所述机架上，所述电机支撑板上设有第一步进电机和第一丝杆端座，丝杆由第一丝杆端座和第二丝杆端座固定并与第一步进电机连接。
作为优选的技术方案，所述电控模块设有电控旋钮、角度按键和位移按键。位移按键控制旋转平台水平位移，电控旋钮和角度按键控制旋转平台旋转。
作为优选的技术方案，角度按键可调节的角度为15°、30°、45°和60°。
作为优选的技术方案，所述环形灯、半环形灯和条形灯通过滑线变阻器调节光源亮度。
本发明的另一目的可以通过如下技术方案实现：可旋式多角度视觉检测方法，所述方法包括如下步骤：控制电控模块使旋转平台转动θ角度，摄像机拍摄多张该角度下的产品图片，选取一张所述产品图片，对所选择的产品图片进行预处理，将所述产品图片进行裁剪；将对比模型旋转θ角度，获取该角度下的模型照片，对所述模型图片进行预处理，将所述模型图片进行裁剪；将所述产品图片和模型图片缩放到同等大小，并进行图像相减，从而得到产品在θ角度下的误差；继续旋转产品和对比模型，并重复上述步骤。
作为优选的技术方案，所述预处理为去噪或低通滤波。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明提供的可旋式多角度视觉检测装置，可以实现多角度检测，通过电控模块控制旋转平台的旋转角度，可以精确控制旋转角度，实现检测装置多角度检测，提高视觉检测装置的精度。
2、本发明提供的可旋式多角度视觉检测装置，结构简单，方便使用。
附图说明
图1是本发明实施例中可旋式多角度视觉检测装置立体图
图2是本发明实施例中可旋式多角度视觉检测装置侧视图
图3是本发明实施例中可旋式多角度视觉检测装置仰视图
图4是本发明实施例中可旋式多角度视觉检测装置旋转平台部件图
图5是本发明实施例中可旋式多角度视觉检测方法的流程图
图6是本发明实施例中产品图片
图7是本发明实施例中模型图片
图8是本发明实施例中产品和模型的对比结果图
附图说明：1-机架；2-电机支撑板；3-丝杆螺母座；4-线轨；5-支撑滑块；6-底板；7-角度按键；8-电控旋钮；9-电控模块；10-位移按键，11-半环形灯；12-条形灯；13-环形灯；14-摄像机支撑架；15-摄像机；16-摄像机固定模块；17-丝杆；18-第一丝杆端座；19-第一步进电机；20-旋转平台；21-第二步进电机；22-第二丝杆端座；23-第一带轮槽；24-第一同步带轮；25-同步带；26-电机同步带轮；27-第二同步带轮；28-第二带轮槽；29-牛眼滑轮；30-滚珠支座；31：主同步带轮
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、2所示，本发明实施例中提供了一种可旋式多角度视觉检测装置，包括机架1，机架材料为2020铝型材，重量较轻。在机架1上方设有摄像机支撑架14、电机支撑板2、线规4和第二丝杆端座22；摄像机支撑架14上设有摄像机固定块16，摄像机固定块16用于固定摄像机15，在摄像机15周围设有环形灯13；电机支撑板2上设有第一步进电机19和第一丝杆端座18，丝杆17由第一丝杆端座18和第二丝杆端座22固定，通过丝杆螺母座3支撑，并与第一步进电机19连接。第一步进电机19用于驱动丝杆17，使旋转平台20能水平移动。
线规4设在机架的两侧边，线规4上设有沿其滑动的支撑滑块5，支撑滑块5上方设有底板6，底板6上设有第二步进电机21、电控模块9和旋转平台20。电控模块9用于控制第一步进电机19和第二步进电机21。电控模块9包括电控旋钮8、角度按键7和位移按键10。位移按键10用于控制第一步进电机19，使旋转平台20水平移动，位移按键10可定量控制旋转平台20的水平位移量。电控旋钮8和角度按键7结合控制第二步进电机21，使旋转平台20转动。角度按键7包括4个档位，分别能使旋转平台20旋转15°、30°、45°和60°。电控旋钮8可对旋转平台20的旋转角度进行微调，使旋转平台20的旋转角度更加精确。
旋转平台20周围设有半环形灯11，半环形灯11两边为条形灯12。半环形灯11和条形灯12结合使用，可以形成无影效果，提高摄像机拍摄质量。在使用视觉检测装置时可同时打开摄像机周围的环形灯13以及旋转平台周围的半环形灯11和条形灯12。由于旋转平台20相对于摄像机15可以水平移动，仅使用一套光源的话，照明条件有所欠缺，因此设置远近两套光源，可以提高视觉检测装置的整体照明效果。环形灯13、半环形灯11和条形灯12的光源亮度可以通过设置滑线变阻器来调节。如图4所示，旋转平台20底部设有三个滚珠支座30，呈正三角形排列，可以平稳地支撑旋转平台20。滚珠支座30上设有牛眼滑轮29。
如图3所示，第二步进电机21驱动电机同步带轮26旋转，电机同步带轮26、第一同步带轮24、第二同步带轮27和主同步带轮31通过同步带25连接，电机同步带轮26旋转带动第一同步带轮24、第二同步带轮27及主同步带轮31，主同步带轮31与旋转平台20连接，从而使旋转平台20平稳旋转。第一同步带轮24和第二同步带轮27周围分别设有第一带轮槽23和第二带轮槽28，第一带轮槽23和第二带轮槽28为长条状。第一同步带轮24和第二同步带轮27可分别在第一带轮槽23和第二带轮槽28内移动，用于调整第一同步带轮24和第二同步带轮27的位置，使同步带25绷紧，旋转平台20旋转的角度更加精确。
在使用该装置时，可先打开环形灯13、半环形灯11和条形灯12，提供良好的照明条件。然后将待测产品放于旋转平台20的中心位置，检测面正对摄像机15。同时打开摄像机15，通过电控模块9的位移按键10调节待测产品的水平位置，使待测产品充满摄像机15拍摄图像的大部分区域。然后通过摄像机固定模块16调节摄像机15的高度位置，使待测产品位于图像的中心位置。此时可获取待测产品的图像，并使用检测方法获得产品在该检测面下的误差。
然后通过电控模块9上的角度按键7和电控旋钮8使待测产品旋转一定角度，即可获取待测产品在其他角度下的检测图像，并获得产品在该检测面下的误差。多次获取待测产品各个面的检测误差，从而提高视觉检测装置的检测精度。
如图5所示，本发明还提供了一种可旋式多角度视觉检测方法，该方法包括如下步骤：
控制电控模块使旋转平台转动θ角度，摄像机拍摄多张该角度下的产品图片，选取一张所述产品图片，对所选择的产品图片进行预处理，将所述产品图片进行裁剪；
将对比模型旋转θ角度，获取该角度下的模型照片，对所述模型图片进行预处理，将所述模型图片进行裁剪；
将所述产品图片和模型图片缩放到同等大小，并进行图像相减，从而得到产品在θ角度下的误差；
继续旋转产品和对比模型，并重复上述步骤。
如图6、7、8所示，本发明实施例提供了一个多边形产品，该产品放置于旋转平台上，控制电控模块使旋转平台转动0角度，摄像机拍摄多张该角度下的产品图片，选取一张所述产品图片，如图6所示。对所选择的产品图片进行预处理，将预处理包括去噪、低通滤波等。可以利用自动矩形框，框选所述产品图片，以颜色通道值超过指定阈值来对产品图片进行裁剪。
进行对比的模型图片，如图7所示，可使用截屏软件截取或者建模软件自动导出图片。模型图片进行的预处理及剪裁过程同产品图片。
需要将产品图片和模型图片缩放到同等大小，方便后续图像相减处理。可以设定最终图片大小为长dst_width，宽为dst_height(空图片，仅有大小，不包含图像信息)。获取到的产品图片，矩形框选的长为src_width，宽为dst_height。计算长和宽的缩放比 比较dx和dy大小，按照较小的值等比例缩放图片，再将缩放后的产品图片和仅有大小不包含图像信息的最终空图片的中心对齐，图像不足的地方用白色填充补足，模型图片的处理方法与产品图片相同。最后将两张图片进行图像相减，可以得到产品图片和模型图片之间的差异，如图8所示，边缘处有一些误差，另外产品图片的尖角处与模型图片有很大的差别，因此该处的颜色值与其他地方不同，突出显示，可以看出产品所存在的误差具体在哪。
当待测产品是多个平面时，可以利用可旋式多角度视觉检测装置转动θ角度，同时建模软件将模型同样转动θ角度，重复上述实施例的操作，即可得到该检测面下的产品误差，可对产品进行全面地、多角度地检测，寻找误差来源，从而为实际生产提供改善误差的方法。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述检测装置包括机架，在所述机架上方设有摄像机支撑架、水平位移机构和线规；所述摄像机支撑架上设有摄像机固定块，摄像机固定块用于固定摄像机，在所述摄像机周围设有环形灯；所述线规设在机架的两侧边，线规上设有沿其滑动的支撑滑块，支撑滑块上方设有底板，底板上设有第二步进电机、电控模块和旋转平台；所述旋转平台周围设有半环形灯，半环形灯两边为条形灯；所述第二步进电机控制旋转平台旋转。
2.根据权利要求1所述的可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述旋转平台底部设有主同步带轮，所述第二步进电机底部设有电机同步带轮，所述底板底部设有第一同步带轮和第二同步带轮，所述电机同步带轮、第一同步带轮、第二同步带轮和主同步带轮通过同步带连接。
3.根据权利要求2所述的可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述在第一同步带轮和第二同步带轮周围分别设有第一带轮槽和第二带轮槽，所述第一带轮槽和第二带轮槽为长条状。
4.根据权利要求1所述的可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述旋转平台底部设有三个滚珠支座，所述滚珠支座呈正三角形排列，所述滚珠支座上设有牛眼滑轮。
5.根据权利要求1所述的可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述水平位移机构包括电机支撑板、丝杆、第一丝杆端座、第二丝杆端座和第一步进电机，所述电机支撑板和第二丝杆端座设置在所述机架上，所述电机支撑板上设有第一步进电机和第一丝杆端座，丝杆由第一丝杆端座和第二丝杆端座固定并与第一步进电机连接。
6.根据权利要求1所述的可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述电控模块设有电控旋钮、角度按键和位移按键。
7.根据权利要求5所述的可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述角度按键可调节的角度为15°、30°、45°和60°。
8.根据权利要求1所述的可旋式多角度视觉检测装置，其特征在于，所述环形灯、半环形灯和条形灯通过滑线变阻器调节光源亮度。
9.可旋式多角度视觉检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
控制电控模块使旋转平台转动θ角度，摄像机拍摄多张该角度下的产品图片，选取一张所述产品图片，对所选择的产品图片进行预处理，将所述产品图片进行裁剪；
将对比模型旋转θ角度，获取该角度下的模型照片，对所述模型图片进行预处理，将所述模型图片进行裁剪；
将所述产品图片和模型图片缩放到同等大小，并进行图像相减，从而得到产品在θ角度下的误差；
继续旋转产品和对比模型，并重复上述步骤。
10.根据权利要求9所述的可旋式多角度视觉检测方法，其特征在于，所述预处理为去噪或低通滤波。
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