CN109682826A - 用于弧面外观检测的机器视觉系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于弧面外观检测的机器视觉系统及检测方法，其中系统包括线阵相机、成像镜头、图像采集模块、线性光源、控制计算机、XYO三轴运动平台和运动控制模块；所述成像镜头位于XYO三轴运动平台一侧，镜头朝向被检物的弧面；所述线阵相机将成像镜头传送过来的摸似图像转换成数字图像；线性光源直射被检物的检测位；所述图像采集模块电性连接所述的线阵相机与控制计算机；所述运动控制模块电性连接所述的控制计算机和XYO三轴运动平台。本发明提高了数据的准确性，从而实现运动与图像采集同步。

Description

用于弧面外观检测的机器视觉系统及检测方法
技术领域
本发明涉及一种用于弧面外观检测的机器视觉系统及检测方法。
技术背景
在外观缺陷检测领域中，许多检测系统要求相机在检测目标表面以同一速度通过同一拍照位时进行拍摄。如果检测目标表面运动不是同一速度，二者之间不能同步，将不可避免地产生误差。因此，实现弧面外观检测是外观检测领域的一个难点。
传统的检测平台大多以人工检测平台为主，工人通过使用点规、卡尺以及读数放大镜等，通过在各种光照情况下，利用肉眼观察检测物表面来对检测物的外观缺陷进行评估和测量，检测标准难以统一。在自动化领域中，有机器视觉系统采用面阵相机,但检测灵敏度无法达到要求。另外，在规则且属于同一个圆的弧面检测中，可以使用旋转轴使检测目标表面以同一速度通过同一拍照位，但无法适用于非规则曲线的弧面，而许多工业产品的表面为非规则弧面。
因此，以非规则曲线的弧面检测为目标来设计相关装置，实现检测目标表面以同一速度通过拍照位，完成非规则弧面外观检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有上述技术的缺陷，提供一种用于弧面外观检测的机器视觉系统及检测方法，能够精确保证检测目标表面以同一速度通过同一拍照位，确保线阵相机在每一移动位置都能采集到所需的数据，提高了数据的准确性，从而实现运动与图像采集同步。
本发明的技术方案是：提供一种用于弧面外观检测的机器视觉系统，包括：线阵相机、成像镜头、图像采集模块、线性光源、控制计算机、XYO三轴运动平台和运动控制模块；所述成像镜头位于XYO三轴运动平台一侧，镜头朝向被检物的弧面；所述线阵相机将成像镜头传送过来的摸似图像转换成数字图像；线性光源直射被检物的检测位；所述图像采集模块电性连接所述的线阵相机与控制计算机；所述运动控制模块电性连接所述的控制计算机和XYO三轴运动平台。
作为对本发明的改进，所述控制计算机用于计算运动轨迹数据，编辑运动控制模块程序和接收图像；所述运动轨迹数据计算过程为：将目标弧面转换为二维轨迹；在轨迹上根据检测精度等距取点,得到每点坐标x y；根据每点坐标在轨迹上的外切线得出实际旋转角C；根据每点坐标的实际旋转角C、拍摄位坐标Xc、Yc计算实际的XY行程；获得每点坐标的三轴位置；
公式为
运用插补功能，约束通过拍照位的表面速度一致；具体速度的计算由运动控制模块进行，以保证经过两点间的时间一致。
作为对本发明的改进，所述XYO三轴运动平台包括X向直线驱动机构、Y向直线驱动机构和旋转轴，在所述X向直线驱动机构上设有第一光栅尺，在所述X向直线驱动机构上设有与第一光栅尺垂直的第二光栅尺，在所述旋转轴设有编码器。
本发明还提供一种基于机器视觉系统的弧面外观检测方法，包括：
S1、XYO三轴运动平台的光栅尺和编码器，与运动控制模块、控制计算机、图像采集模块和线阵相机构成全闭环系统，用于实时反馈位置信息；
S2、运动控制模块在同步系统中读取光栅尺与编码器的位置信息，以及进行实时位置速度校正；
S3、相机拍摄与运动轨迹同时开始和结束；
S4、控制计算机负责计算运动轨迹数据，编辑运动控制模块程序，接收图像；所述运动轨迹数据计算方法为：(1)将目标弧面转换为二维轨迹；(2)在轨迹上根据检测精度等距取点,得到每点坐标x y；(3)根据每点坐标在轨迹上的外切线得出实际旋转角C；(4)根据每点坐标的实际旋转角C、拍摄位坐标Xc、Yc计算实际的XY行程；获得每点坐标的三轴位置；
其公式为
运用插补功能，约束通过拍照位的表面速度一致；具体速度计算由运动控制模块进行，保证经过两点间的时间一致。
作为对本发明的改进，所述XYO三轴运动平台包括X向直线驱动机构、Y向直线驱动机构和旋转轴，在所述X向直线驱动机构上设有第一光栅尺，在所述X向直线驱动机构上设有与第一光栅尺垂直的第二光栅尺，在所述旋转轴设有编码器。
作为对本发明的改进，所述线阵相机是CCD或COMS线阵相机。
作为对本发明的改进，所述线性光源是线性同轴光源、高亮线性光源或线阵相机专用光源。
本发明采用全闭环系统实时采集数据，并将运动数据与拍摄数据同步，能够精确保证检测目标表面以同一速度通过同一拍照位，确保线阵相机在每一移动位置都能采集到所需的数据，提高了数据的准确性，从而实现运动与图像采集同步。
附图说明
图1是本发明控制系统的立体结构示意图。
图2是本发明中的控制计算机的数据获得的示意图。
图3是本发明方法的方框结构示意图。
图4是本发明使用准备阶段的结构示意图。
图5是本发明方法中全闭环系统的方框示意图。
具体实施方式
请参见图1至图2，图1至图2揭示的是一种用于弧面外观检测的机器视觉系统，包括：线阵相机1、成像镜头2、图像采集模块21、线性光源3、控制计算机22、XYO三轴运动平台4和运动控制模块23；所述成像镜头2位于XYO三轴运动平台4一侧，镜头朝向被检物41的弧面411；所述线阵相机1将成像镜头传送过来的摸似图像转换成数字图像；线性光源3直射被检物41的检测位；所述图像采集模块电性连接所述的线阵相机与控制计算机；所述运动控制模块电性连接所述的控制计算机和XYO三轴运动平台。
优选的，所述控制计算机用于计算运动轨迹数据，编辑运动控制模块程序和接收图像；所述运动轨迹数据计算过程为：将目标弧面转换为二维轨迹11；在二维轨迹11上根据检测精度等距取点,得到每点坐标x y；根据每点坐标x y在二维轨迹11上的外切线12得出实际旋转角C；根据每点坐标的实际旋转角C、拍摄位坐标Xc、Yc计算实际的XY行程；获得每点坐标的三轴位置；
公式为
运用插补功能，约束通过拍照位的表面速度一致；具体速度的计算由运动控制模块进行，以保证经过两点间的时间一致。
优选的，所述XYO三轴运动平台4包括X向直线驱动机构42、Y向直线驱动机构43和旋转轴44，在所述X向直线驱动机构上设有第一光栅尺(未画出)，在所述X向直线驱动机构上设有与第一光栅尺垂直的第二光栅尺(未画出)，在所述旋转轴44设有编码器(未画出)。
请参见图3，本发明还提供一种基于机器视觉系统的弧面外观检测方法，包括：
S1、XYO三轴运动平台4的光栅尺和编码器，与运动控制模块23、控制计算机22、图像采集模块21和线阵相机1构成全闭环系统，用于实时反馈位置信息(参见图5)；
S2、运动控制模块23在同步系统中读取光栅尺与编码器的位置信息，以及进行实时位置速度校正；
S3、相机拍摄与运动轨迹同时开始和结束；
S4、控制计算机22负责计算运动轨迹数据，编辑运动控制模块程序，接收图像；所述运动轨迹数据计算方法为：(1)将目标弧面转换为二维轨迹；(2)在轨迹上根据检测精度等距取点,得到每点坐标x y；(3)根据每点坐标在轨迹上的外切线得出实际旋转角C；
(4)根据每点坐标的实际旋转角C、拍摄位坐标Xc、Yc计算实际的XY行程；获得每点坐标的三轴位置；
其公式为
运用插补功能，约束通过拍照位的表面速度一致；具体速度计算由运动控制模块进行，保证经过两点间的时间一致。
本发明中的插补方法：导入所有点位数据,实际的XYO轴行程X、Y、c。(c可由实际旋转角C与编码器细分计算得出)；
使用点位数据执行运动控制模块的插补指令即可。因轨迹处于二维平面，间隔点间实际路程为以XY轴路程为直角边边长构建的直角三角形斜边长度。
若某些运动控制模块要求得间隔点间各轴速度，使用实际路程除以目标速度所得的实际时间换算即可，即各轴间隔点间路程除以实际时间得间隔点间各轴速度。
优选的，所述XYO三轴运动平台4包括X向直线驱动机构42、Y向直线驱动机构43和旋转轴44，在所述X向直线驱动机构上设有第一光栅尺，在所述X向直线驱动机构上设有与第一光栅尺垂直的第二光栅尺，在所述旋转轴44设有编码器。
优选的，所述线阵相机1是CCD或COMS线阵相机。
优选的，所述线性光源3是线性同轴光源、高亮线性光源或线阵相机专用光源。
请参见图4，在准备阶段，先将被检测物3d图导入控制计算机，计算出实际应走的点位。
(1)将目标弧面转换为二维轨迹：通过治具保证目标弧面垂直于XY轴构成的平面。若目标弧面无法垂直于平面，将其分解成多个旋转后近似垂直于平面的曲面，要求曲面通过拍照位时的表面与相机感光芯片的夹角小于一个定值，定值一般小于2度。此定值受光源品质，安装精度的影响。
(2)在轨迹上根据检测精度等距取点,得到每点坐标x y。
(3)根据每点在轨迹上的外切线得出实际旋转角C；
(4)根据每点的实际旋转角C、拍摄位坐标Xc、Yc计算实际的XY行程。获得每点的三轴位置。
再通过控制计算机对运动控制模块及图像采集模块进行设置。
请参见图5，在工作阶段，控制计算机向运动控制模块发送运动指令，经过运动控制模块转化变成伺服驱动器可以识别的指令，再经驱动器转化变成电机可以识别的指令，电机开始转动，电机带动光栅尺位移传感器及编码器，相机开始拍摄。运动控制模块通过输入端口读取反馈的脉冲信号。根据反馈的三相脉冲即可得出对应的位置信息，并进行实时位置速度校正。经过调试后，保证实际轨迹与理论轨迹在三轴上的实时偏差较小，即可使图像满足检测需求。运动期间光照强度及相机拍摄频率保持一致即可。最后，控制计算机通过运算即可将接收到的二维图像与被检测物表面对应，满足检测需求。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于弧面外观检测的机器视觉系统，其特征在于，包括：线阵相机(1)、成像镜头(2)、图像采集模块(21)、线性光源(3)、控制计算机(22)、XYO三轴运动平台(4)和运动控制模块(23)；所述成像镜头(2)位于XYO三轴运动平台(4)一侧，镜头朝向被检物(41)的弧面(411)；所述线阵相机(1)将成像镜头传送过来的摸似图像转换成数字图像；线性光源(3)直射被检物(41)的检测位；所述图像采集模块电性连接所述的线阵相机与控制计算机；所述运动控制模块电性连接所述的控制计算机和XYO三轴运动平台。
2.根据权利要求1所述的用于弧面外观检测的机器视觉系统，其特征在于：所述控制计算机用于计算运动轨迹数据，编辑运动控制模块程序和接收图像；所述运动轨迹数据计算过程为：将目标弧面转换为二维轨迹(11)；在二维轨迹(11)上根据检测精度等距取点,得到每点坐标(x y)；根据每点坐标(x y)在二维轨迹(1)上的外切线(12)得出实际旋转角C；根据每点坐标(x y)的实际旋转角C、拍摄位坐标(Xc、Yc)计算实际的XY行程；获得每点坐标的三轴位置；
公式为
运用插补功能，约束通过拍照位的表面速度一致；具体速度的计算由运动控制模块进行，以保证经过两点间的时间一致。
3.根据权利要求1或2所述的用于弧面外观检测的机器视觉系统，其特征在于：所述XYO三轴运动平台(4)包括X向直线驱动机构(42)、Y向直线驱动机构(43)和旋转轴(44)，在所述X向直线驱动机构上设有第一光栅尺，在所述X向直线驱动机构上设有与第一光栅尺垂直的第二光栅尺，在所述旋转轴(44)设有编码器。
4.根据权利要求1或2所述的用于弧面外观检测的机器视觉系统，其特征在于：所述线阵相机(1)是CCD或COMS线阵相机。
5.根据权利要求1或2所述的用于弧面外观检测的机器视觉系统，其特征在于：所述线性光源(3)是线性同轴光源、高亮线性光源或线阵相机专用光源。
6.一种基于机器视觉系统的弧面外观检测方法，其特征在于，包括：
S1、XYO三轴运动平台(4)的光栅尺和编码器，与运动控制模块(23)、控制计算机(22)、图像采集模块(21)和线阵相机(1)构成全闭环系统，用于实时反馈位置信息；
S2、运动控制模块(23)在同步系统中读取光栅尺与编码器的位置信息，以及进行实时位置速度校正；
S3、相机拍摄与运动轨迹同时开始和结束；
S4、控制计算机(22)负责计算运动轨迹数据，编辑运动控制模块程序，接收图像；所述运动轨迹数据计算方法为：(1)将目标弧面转换为二维轨迹；(2)在轨迹上根据检测精度等距取点,得到每点坐标x y；(3)根据每点坐标在轨迹上的外切线得出实际旋转角C；(4)根据每点坐标的实际旋转角C、拍摄位坐标Xc、Yc计算实际的XY行程；获得每点坐标的三轴位置；
其公式为
运用插补功能，约束通过拍照位的表面速度一致；具体速度计算由运动控制模块进行，保证经过两点间的时间一致。
7.根据权利要求7所述的基于机器视觉系统的弧面外观检测方法，其特征在于：所述XYO三轴运动平台(4)包括X向直线驱动机构(42)、Y向直线驱动机构(43)和旋转轴(44)，在所述X向直线驱动机构上设有第一光栅尺，在所述X向直线驱动机构上设有与第一光栅尺垂直的第二光栅尺，在所述旋转轴(44)设有编码器。
8.根据权利要求8所述的基于机器视觉系统的弧面外观检测方法，其特征在于：所述线阵相机(1)是CCD或COMS线阵相机。
9.根据权利要求7、8或9所述的基于机器视觉系统的弧面外观检测方法，其特征在于：所述线性光源(3)是线性同轴光源、高亮线性光源或线阵相机专用光源。
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