CN109406532B - 一种适用于小管径管材的表面缺陷的低成本视觉检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于小管径管材的表面缺陷的低成本视觉检测装置及方法，适用于小管径塑料管材的低成本检测。所述视觉检测装置具有外壳，所述外壳内设有光源装置、成像装置、反射装置、处理装置；所述光源装置用于在外壳内部提供成像用照明；所述成像装置具有单个成像镜头，其与反射装置配合，用于采集其自身获取的待测管材周向表面的部分分区成像、以及反射装置所反射的待测管材周向表面的其他分区成像；所述处理装置信号连接所述成像镜头，并将其采集的各分区成像合成、处理以分析检测待测管材的表面缺陷。本发明公开的检测装置及方法，具有低成本、良好稳定性的特点，从而有效解决了流水线中管材表面缺陷难以低成本良好检测的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及智能检测技术领域，尤其涉及一种适用于小管径管材的表面缺陷的低成本视觉检测装置及方法。
背景技术
随着科技的发展，流水线被广泛的应用在产品生产中，特别是在塑料管生产中，利用注塑机完成塑料管材的初始注塑，塑料颗粒通过注塑过程形成塑料管材。但是在塑料管材的注塑过程中可能会出现塑料颗粒混入杂质、塑料颗粒熔化程度较低等情况，导致成型塑料管材表面出现各种缺陷，更有甚者可能还会出现管材表面不同程度的磨损。
目前市场上出现了一些塑料管材检测装置，但是这些检测装置大多针对管材口径大小、管材刚度以及硬度等管材其它方面的检测，而对管材表面的缺陷的检测却仍没有较好的解决方法。
为了及时发现流水线生产过程中具有表面缺陷的管材，提高产品质量，本发明创作者在前期研究并发明了一种多像机复合式的视觉检测方法及装置，具体可参照公布号为CN107976454A的发明专利公布文献。然而，该系统的成本相对较高，并且由于涉及到多个相机的协同工作，其稳定性也存在一定问题。
因此，本案欲在前案的研究基础上，提出一种低成本且具有良好稳定的小管径塑料管材表面缺陷单目视觉检测方法，解决流水线中缺少较好的小管径塑料管材表面的缺陷检测方案的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、具有良好稳定性的，适用于小管径塑料管材表面缺陷单目视觉检测装置和方法，以解决流水线中缺少较好的小管径塑料管材表面的缺陷检测方法的问题。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供一种管材表面缺陷的视觉检测装置，适用于小管径塑料管材的低成本检测；所述检测装置具有外壳，该外壳的一组相对的表面上设有供待测管材通过该检测装置的一组贯穿孔；
所述外壳内设有光源装置、成像装置、反射装置、处理装置；所述光源装置用于在外壳内部提供成像用照明；
所述成像装置具有单个成像镜头，其与反射装置配合，用于采集其自身获取的待测管材周向表面的部分分区成像、以及反射装置所反射的待测管材周向表面的其他分区成像；所述处理装置信号连接所述成像镜头，并将其采集的各分区成像合成、处理以分析检测待测管材的表面缺陷。
在某一实施例中：所述反射装置为两个固定设置于外壳内部的平面镜；该二平面镜的长度方向所在的平面，以及成像镜头的正成像平面均与待测管材的轴向平行；
二平面镜的镜面中心与所述成像镜头的中心位于同一平面，该平面与待测管材的轴向垂直；
所述二平面镜关于所述成像镜头对称地设置于所述待测管材的二周向位置。
在某一实施例中：所述外壳呈立方体状，其正面板和背面板上设有所述的一组贯穿孔；
该组贯穿孔上均装设有对应大小的法兰板；所述二法兰板的中央设有第一管材通过孔，用于供待测管材通过该法兰板。
在某一实施例中：所述光源装置为两个相对的环形光源，其中央均设有第二管材通过孔，用于供待测管材通过该环形光源，使得该环形光源与待测管材同轴设置；
所述法兰板向外壳内部的方向延伸形成一环形包围壁，该环形包围壁的内径与环形光源的外径相适配，环形光源固定设置于该环形包围壁内，以使该环形光源固定设置于外壳的正面板和背面板的内侧。
在某一实施例中：所述外壳内固定设置有编码器支架，所述编码器支架上装设有编码器，其与处理装置信号连接；所述编码器根据处理装置的检测结果生成编码信息并回传给处理装置。
在某一实施例中：所述成像装置的成像镜头通过一镜头固调装置，固定设置设于外壳内，所述镜头固调装置包括固定部和调节部；
所述固定部包括固定块和由固定块一端面延伸出的二挡板，该固定块的另一端面通过一固定支杆固定连接至外壳一面板的内壁；所述挡板间设有二导向限位杆，其与所述二挡板保持相对固定；
所述调节部包括至少一镜头夹持件，其一端套设于所述二导向限位杆的外侧，另一端夹持固定所述成像镜头；该调节部还包括一调节螺杆和一调节旋钮，所述调节螺杆穿过所述二挡板和镜头夹持件，并与所述二导向限位杆并行设置，所述镜头夹持件设有与调节螺杆配合的内螺纹孔；
所述调节旋钮固定连接所述调节螺杆穿出所述挡板的一端，通过旋转该调节旋钮使得镜头夹持件可沿所述导向限位杆在二挡板间上下滑动，以调节成像镜头的纵向位置。
在某一实施例中：所述法兰板还设有若干通孔，所述通孔用于连接冷气输入和输出装置。
在某一实施例中：所述外壳的左面板或右面板的其中之一上嵌设有一显示面板，其与所述处理装置信号连接，用于可视化地显示所述处理装置的检测结果。
在某一实施例中：所述光源装置、处理装置、显示面板分别连接外部供电电源以对其自身供电；
所述成像装置的成像镜头电连接所述处理装置，该处理装置驱动所述成像镜头工作。
为实现上述目的，本发明的第二方面提供一种管材表面缺陷的视觉检测方法，适用于小管径塑料管材的低成本检测；所述视觉检测方法采用上述技术方案中所述的视觉检测装置进行检测。
本发明在工作时，通过成像装置所采用的单目成像镜头，与反射装置配合，采集待测管材周向表面的各分区成像。其中，第一分区的成像由成像镜头直接采集，第二分区和第三分区的成像由成像镜头采集平面镜中反射的对应分区的虚像而间接采集。成像镜头信号连接处理装置，处理装置将各分区成像合成、配准、处理以分析检测待测管材的表面缺陷。
因而，本发明的有益效果在于：(1)采用单目成像装置，使得其克服了现有技术采用四相机成像成本较高、协同性较差的缺陷；(2)采用环形光源在待测管材的两端进行均匀照射，两端的光线相互交射，因而可以克服局部的高光反射，图像处理较简单，检测效果好，进一步降低成本。
附图说明
图1示出了本发明实施例中视觉检测装置的立体结构图；
图2示出了本发明实施例中视觉检测装置外壳内部的立体结构图；
图3示出了本发明实施例中视觉检测装置外壳内部的主要结构的正面示意图；
图4示出了本发明实施例中视觉检测装置外壳内部的主要结构的立体示意图；
图5示出了本发明实施例中成像装置的立体结构图；
图6示出了本发明实施例中法兰板和环形的结构爆炸图
图7示出了本发明实施例中成像原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明就解决现有技术中多相机协同性差、稳定性差，成本较高的缺陷，提出了一种低成本的单目视觉检测方案。具体来说，本发明实施例公开了一种适用于小管径管材的表面缺陷的低成本视觉检测装置及方法。
请结合图1-6，本发明实施例首先提供了一种管材表面缺陷的视觉检测装置1，适用于小管径塑料管材的低成本检测。
所述检测装置具有外壳2，该外壳的一组相对的表面上设有供待测管材3通过该检测装置的一组贯穿孔。应当理解的，检测装置外壳2的外形可为规则形体，也可为不规则形体，该外壳具有一组相对的表面，以供待测管材在一个方向维度上运动地穿过该检测装置，从而使得检测装置1可检测该待测管材3轴向方向上任意位置的表面缺陷。可选的，所述的一组相对的表面可为弧面或平面，考虑到需要在外壳内提供相对封闭的光线环境，采用平面构造，能够较大地降低实现上述目的的遮光成本。
本发明为实现管材检测，所述外壳内设有光源装置4、成像装置5、反射装置6、处理装置。所述光源装置4用于在外壳内部提供成像用照明。
在本发明中，所述成像装置5为单目成像配置，因而其只具有单个成像镜头51。该成像装置5与反射装置6配合，用于采集其自身获取的待测管材3周向表面的部分分区成像、以及反射装置所反射的待测管材周向表面的其他分区成像。进一步的，所述处理装置信号连接该成像镜头51，并将其采集的各分区成像合成、配准、处理以分析检测待测管材的表面缺陷。
具体结构中，本发明实施例的成像镜头51具有较大的景深及视场，而反射装置6则采用两个固定设置于外壳内部的平面镜，使其在位置上与成像装置5对应，从而使其与成像装置配合，以采集待测管材3周向表面所有分区成像。平面镜的固定，可采用固定连接杆使其固定于外壳内部。
对于该反射装置6与成像镜头51的具体位置关系，本发明实施例提供如下基础配置，以使得反射装置和成像镜头能够较好地配合，以完成各自需采集的分区成像。
所述二平面镜的长度方向所在的平面，以及成像镜头51的正成像平面均与待测管材3的轴向平行，从而限定反射装置的反射平面、成像镜头正成像平面相对于待测管材的轴向的角度偏差为零。进一步的，二平面镜的镜面中心与所述成像镜头51的中心位于同一平面，该平面与待测管材3的轴向垂直，从而限定二平面镜与成像镜头在待测管材轴向上的位置相同。再进一步的，所述二平面镜关于所述成像镜头51对称地设置于所述待测管材3的二周向位置，从而限定二平面镜对称设置。优选的，二平面镜与所述成像镜头还可关于待测管材对称设置。
较佳实施例中，所述外壳2呈立方体状，其底部具有底座，其两侧面板上设有手提位，以方便移动。外壳的正面板和背面板上设有所述的一组贯穿孔，该组贯穿孔上均装设有对应大小的法兰板21，法兰板的材质可为硅胶，以提供较好的光密封性能和尘粒密封性能。
所述二法兰板21的中央设有第一管材通过孔，用于供待测管材通过该法兰板。优选的，所述法兰板还设有若干通孔211，所述通孔用于连接冷气输入和输出装置。冷气输入用于平衡内部密闭空间的温度，避免刚成型的塑料管表面余温造成成像镜头及光源等温升过高、性能下降，从而影响塑料管材的检测效果。
为了在外壳2内提供均匀的照明光线，并使其尽量小的影响成像装置的成像质量，同时也减轻处理装置的处理难度。本实施例的光源装置4采用两个相对的环形光源，其与待测管材同轴设置，并分别固定设置于所述外壳的正面板和背面板的内侧。适应性的，两个环形光源的中央均设有第二管材通过孔，用于供待测管材通过该环形光源。
具体构造中，所述法兰板向外壳内部的方向延伸形成一环形包围壁222，该环形包围壁的内径与所述环形光源4的外径相适配。所述环形光源可以通过螺纹连接、粘接、卡扣连接等方式固定设置于该环形包围壁222内，使得环形光源位于外壳2的正面板和背面板的内侧，从而使得位于环形光源端面的发光表面对所述两个第二管材通过孔间的待测管材3进行均匀的照明。相较于现有技术的长方形普通光源，能够有效防止局部不均匀照明造成的成像中出现局部高光反射等成像缺陷，从而使得后期图像处理较为简便，成本也相应降低。
为实现数字化生产及检测，本实施例的视觉检测装置，其外壳内固定设置有编码器支架(未在图中示出)，所述编码器支架上装设有编码器，其与处理装置信号连接，所述编码器根据处理装置的检测结果生成编码信息并回传给处理装置。这样一来，检测装置对待测管材3进行检测后，编码器可以生成对应该待测管材编号、缺陷具体位置、缺陷程度的编码信息，并将其回传至处理装置，并用于与管材生产系统后端的切割设备、打码设备进行数字化通信。
本发明实施例中，考虑到成本因素并进一步降低装置成本，所述成像镜头51采用固定焦距的不可变焦镜头，并通过附加的机械调节装置来调节镜头的位置，从而实现焦距调节的目的。
具体结构中，所述成像装置5的成像镜头51通过一镜头固调装置，固定设置设于外壳2内，所述镜头固调装置包括固定部52和调节部53。
所述固定部52包括固定块521和由其一端面延伸出的二挡板522，该固定块的另一端面通过一固定支杆(未在图中示出)固定连接至外壳2一面板的内壁。所述挡板522间设有二导向限位杆523，其与所述二挡板保持相对固定。
所述调节部53包括至少一镜头夹持件531，本实施例为二个。镜头夹持件531的一端套设于所述二导向限位杆523的外侧，另一端夹持固定所述成像镜头51。该调节部还包括一调节螺杆532和一调节旋钮533，所述调节螺杆532穿过所述二挡板522和镜头夹持件531，并与所述二导向限位杆523并行设置，所述镜头夹持件531设有与调节螺杆配合的内螺纹孔；
所述调节旋钮533固定连接所述调节螺杆532穿出所述挡板的一端，通过旋转该调节旋钮，带动调节螺杆532与镜头夹持件531的内螺纹孔发生螺纹配合，使其具有相对旋转的趋势，而又由于两个导向限位杆523对镜头夹持件531进行了转动自由度的限位，使得镜头夹持件531最终沿该导向限位杆523在二挡板间上下滑动，以调节成像镜头51的纵向位置。
可以预料的，其他实施例中，为了更为方便的调节镜头焦距，可直接采用可变焦的镜头，当然，其成本也显而易见的提高。值得说明的是，本发明实施例采用螺纹限位的方式来调节镜头距离，其他实施例中，采用如滑轨滑块机构、齿轮齿条机构等其他机械机构也能达到相应目的。
一较佳实施例中，所述外壳的左面板或右面板的其中之一上嵌设有一显示面板，其与所述处理装置信号连接，用于实时、可视化地显示所述处理装置的检测结果。
为实现内部各装置间的供电和通讯，所述光源装置4、处理装置、显示面板分别连接外部供电电源以对其自身供电。此外，所述成像装置的成像镜头51电连接所述处理装置，该处理装置驱动所述成像镜头工作。本实施例中，为实现低成本检测，所述处理装置为一MCU主控处理器；其他实施例中，可采用其他外部工控设备，如PC机，来替代本实施例中设于检测装置内的处理装置，以及采用成品相机来替代本实施例中的成像镜头，以实现更多的扩展功能。
此外，本发明另一实施例还提供一种管材表面缺陷的视觉检测方法，适用于小管径塑料管材的低成本检测，该视觉检测方法采用上述实施例的视觉检测装置进行检测。
本发明在工作时，参照图7，通过成像装置5所采用的单目成像镜头51，与反射装置6配合，采集待测管材周向表面的各分区成像。具体为第一分区31、第二分区32、第三分区33，其中第一分区31的成像由成像镜头51直接采集，第二分区32和第三分区33的成像由成像镜头51采集平面镜中反射的对应分区的虚像而间接采集。成像镜头51信号连接处理装置，处理装置将各分区成像合成、配准、处理以分析检测待测管材的表面缺陷。因而，本发明的有益效果在于：(1)采用单目成像装置，使得其克服了现有技术采用四相机成像成本较高、协同性较差的缺陷；(2)采用环形光源在待测管材的两端进行均匀照射，两端的光线相互交射，因而可以克服局部的高光反射，图像处理较简单，检测效果好，进一步降低成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种管材表面缺陷的视觉检测装置，适用于小管径塑料管材的低成本检测；所述检测装置具有外壳，该外壳的一组相对的表面上设有供待测管材通过该检测装置的一组贯穿孔；其特征在于：
所述外壳内设有光源装置、成像装置、反射装置、处理装置；所述光源装置用于在外壳内部提供成像用照明；
所述成像装置具有单个成像镜头，其与反射装置配合，用于采集其自身获取的待测管材周向表面的部分分区成像、以及反射装置所反射的待测管材周向表面的其他分区成像；所述处理装置信号连接所述成像镜头，并将其采集的各分区成像合成、处理以分析检测待测管材的表面缺陷；
所述反射装置为两个固定设置于外壳内部的平面镜；两个平面镜的长度方向所在的平面，以及成像镜头的正成像平面均与待测管材的轴向平行；两个平面镜的镜面中心与所述成像镜头的中心位于同一平面，该平面与待测管材的轴向垂直；所述两个平面镜关于所述成像镜头对称地设置于所述待测管材的二周向位置；
所述外壳呈立方体状，其正面板和背面板上设有所述的一组贯穿孔；该组贯穿孔上均装设有对应大小的法兰板；对应大小的法兰板的中央设有第一管材通过孔，用于供待测管材通过该法兰板；
所述成像装置的成像镜头通过一镜头固调装置，固定设置设于外壳内，所述镜头固调装置包括固定部和调节部；所述固定部包括固定块和由固定块一端面延伸出的二挡板，该固定块的另一端面通过一固定支杆固定连接至外壳一面板的内壁；所述挡板间设有二导向限位杆，其与所述二挡板保持相对固定；所述调节部包括至少一镜头夹持件，其一端套设于所述二导向限位杆的外侧，另一端夹持固定所述成像镜头；该调节部还包括一调节螺杆和一调节旋钮，所述调节螺杆穿过所述二挡板和镜头夹持件，并与所述二导向限位杆并行设置，所述镜头夹持件设有与调节螺杆配合的内螺纹孔；所述调节旋钮固定连接所述调节螺杆穿出所述挡板的一端，通过旋转该调节旋钮使得镜头夹持件可沿所述导向限位杆在二挡板间上下滑动，以调节成像镜头的纵向位置。
2.如权利要求1所述的管材表面缺陷的视觉检测装置，其特征在于：所述光源装置为两个相对的环形光源，其中央均设有第二管材通过孔，用于供待测管材通过该环形光源，使得该环形光源与待测管材同轴设置；
所述法兰板向外壳内部的方向延伸形成一环形包围壁，该环形包围壁的内径与环形光源的外径相适配，环形光源固定设置于该环形包围壁内，以使该环形光源固定设置于外壳的正面板和背面板的内侧。
3.如权利要求1所述的管材表面缺陷的视觉检测装置，其特征在于：所述外壳内固定设置有编码器支架，所述编码器支架上装设有编码器，其与处理装置信号连接；所述编码器根据处理装置的检测结果生成编码信息并回传给处理装置。
4.如权利要求1所述的管材表面缺陷的视觉检测装置，其特征在于：所述法兰板还设有若干通孔，所述通孔用于连接冷气输入和输出装置。
5.如权利要求1所述的管材表面缺陷的视觉检测装置，其特征在于：所述外壳的左面板或右面板的其中之一上嵌设有一显示面板，其与所述处理装置信号连接，用于可视化地显示所述处理装置的检测结果。
6.如权利要求5所述的管材表面缺陷的视觉检测装置，其特征在于：所述光源装置、处理装置、显示面板分别连接外部供电电源以对其自身供电；
所述成像装置的成像镜头电连接所述处理装置，该处理装置驱动所述成像镜头工作。
7.一种管材表面缺陷的视觉检测方法，适用于小管径塑料管材的低成本检测；其特征在于：所述视觉检测方法采用如权利要求1-6中任一项所述的视觉检测装置进行检测。
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