CN110057836A - 一种圆柱形空心管视觉检测设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱形空心管视觉检测设备及其检测方法，其采用三个工业相机，分别从不同角度、利用不同打光技术，对圆柱形空心管工件进行拍照检测；由运动控制器控制排序组件、滚轮载物治具、下料传输组件执行各自动作，将待检测工件从半无序状态整理至有序状态，由图像采集组件对工件进行拍照处理，检测工件的毛刺、外表面、漏油孔等缺陷，从而能够精确定位分析圆柱形空心管工件工艺制程中发生的问题。

Description

一种圆柱形空心管视觉检测设备及其检测方法

技术领域

本发明属于二维影像技术领域，具体涉及一种圆柱形空心管视觉检测设备及其检测方法。

背景技术

随着先进制造业自动化生产技术的迅猛发展和产品质量控制体系的不断完善，人们对加工对象的几何尺寸外观完整度和美观程度要求越来越高。尤其是新的基础加工设备，更为先进的自动化生产线的应用，使得生产效率大为提高，因此对于表面检测，几何尺寸测量的控制远远超出人工所能达成的速度。而且，通过人工目视的方法容易造成疲劳，不仅精度和效率无法满足，漏检误检率也高企不下。

利用影像等先进工具进行外观缺陷的检测越来越受到先进制造业的青睐。当前，基于人工检测外观表面的方式虽然已广泛使用，但是存在效率低、质量控制不严格等缺点。二维视觉检测技术已经成熟，其精度能够满足现代精密制造业的需求，通常其可检测缺陷精度已优于0.1mm。

一般通用的视觉检测仪器或者设备通常只能获取被测工件的部分信息，或者只能检测形状规则的工件。然而，为了产品美观，为了获得装配空间，通常将工件表面形状复杂多样，且外观缺陷精度要求较高。圆柱形空心工件或者产品是常见的几何形态，针对具有复杂表面特征的圆柱形空心工件的外观缺陷只有获取其全部表面信息才能够检测工件或者产品的加工制造水平。

公开号为CN104215641A的中国专利提出了一种圆柱形轴承自动排料装置，其采用双杆转轴方式送排料，滚子通过上料结构进入双转轴前端，转轴A为螺距为p的螺杆，转轴B为一光杆，轴承滚子经转轴螺牙推动前进，随着动转轴运动，轴承滚子进入周期旋转工位，整个过程轴承滚子自转一周，由下一颗进入本工位的滚子推出；此排料装置无法适应圆柱形空心管两端直径不相同的情况，且空心钢管一端会出现卷边，若使用此排料装置，卷边会卡在螺牙与转轴之间，造成排料不顺畅；同时，此专利技术中圆柱形工件的前进方向为轴线方向，无法实现圆柱形空心管的端面检测。

公开号为CN106501273A的中国专利提出了一种圆柱形工件视觉检测流水线及其周面检测装置，该检测装置包括工作台和设置在工作台上的机器视觉检测装置，工作台上设有检测位和用于带动处于检测位的工件旋转的摩擦辊，摩擦辊的径向一侧设有用于传送工件的滑道，滑道上设有给料拨辊，给料拨辊上设有拨动结构；该装置虽可以检测圆柱形工件端面，但同样无法实现空心管内壁毛刺检测，进而实现对圆柱形空心管外观缺陷精准检测的目的。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种圆柱形空心管视觉检测设备及其检测方法，能够获取圆柱形空心管工件全表面图像数据，从而能够精确定位分析工艺制程中发生的问题。

一种圆柱形空心管视觉检测设备，包括料仓、排序组件、第一图像采集组件、第二图像采集组件、滚轮载物治具、下料传输组件、运动控制器以及视觉控制器；其中：

所述料仓用于存放待测工件，所述待测工件即为圆柱形空心管；

所述排序组件用于对料仓内的待测工件进行排序，以便工件以单个连续姿态到达检测工位；

所述第一图像采集组件在检测工位上对待测工件进行补光拍照，以采集空心管端面图像；

所述第二图像采集组件在多组LED光源的补光条件下，通过滚轮载物治具转动，以采集空心管圆周表面图像；

所述下料传输组件用于传送检测完成的工件，并剔除其中不合格的工件；

所述运动控制器用于控制排序组件、第一图像采集组件、第二图像采集组件、滚轮载物治具、下料传输组件执行相应的动作；

所述视觉控制器根据第一图像采集组件及第二图像采集组件所采集的图像，通过图像处理分析并与合格工件相关参数进行比对，以判断每一待测工件是否为合格工件并将结果反馈给运动控制器。

进一步地，所述料仓顶部的入料口处设有一块移动挡板，通过调节移动挡板可改变入料口的开口大小，进而在倒料时能够限制待测工件的散落空间，使得待测工件有一定次序地堆叠在料仓中。

进一步地，所述排序组件包括凸轮、模腔滚筒以及挡料插销，待测工件从料仓出料口出来沿导向板进入模腔滚筒，所述凸轮设置于导向板上，其转动时与到来的工件接触并使之腾起以避免卡料现象；所述模腔滚筒沿周向均匀分布内嵌有多个模腔，模腔以容纳待测工件以及与工件尺寸适配的填充件，以使得待测工件能够排列有序，定位准确；滚筒转动使得工件被传递至另一导向板上，所述挡料插销则设置于该导向板上且受运动控制器控制，用于对工件限位使其等待第一图像采集组件的检测。

进一步地，所述第一图像采集组件包括一个面阵工业相机和一个高亮面光源，相机和光源分别位于检测工位(即挡料插销处)的两侧且沿待测工件的轴向安装，光源发光平面垂线、待测工件轴线以及相机光轴相互平行。

进一步地，在第一图像采集组件完成对待测工件图像检测后，挡料插销受控被撤下，工件沿着导向板滑落至滚轮载物治具上，所述滚轮载物治具由两组圆柱形滚轮组成，工件则被卡于两个滚轮之间(即第二图像采集组件的检测工位)；每一组滚轮由两个直径相同的圆形转盘组成，两个圆形转盘安装于同一旋转轴的两端，转盘的间距根据待测工件的长度进行调节，转盘外表面粘有防滑弹性贴膜；两组圆柱形滚轮的旋转轴平行且距离根据待测工件的直径进行调节，以满足待测工件能够平稳转动。

进一步地，所述第二图像采集组件包括一个黑白线扫描工业相机、一个彩色线扫描工业相机、一个高亮LED线光源以及一个高亮LED点光源；其中，黑白线扫描工业相机安装于待测工件正上方，彩色线扫描工业相机安装于待测工件侧上方，两个相机的安装距离以及与待测工件的角度根据镜头参数、工件尺寸进行调节；高亮LED线光源安装于待测工件的侧上方，空间距离可上下左右调节；高亮LED点光源安装于待测工件轴向一侧，发光轴与待测工件轴线平行。

进一步地，所述下料传输组件包括一链条和一个剔料气缸，所述链条绕置于滚轮载物治具的一组圆柱形滚轮的旋转轴上，链条上以固定间距设有多个倾斜凸起的扣片，其用于将工件从检测工位勾出；剔料气缸位于链条的一侧且受运动控制器控制，用于弹击不合格的工件以将其剔除至不合格工件收纳箱内。

进一步地，所述运动控制器采用高性能可编程逻辑控制器(PLC)，所述视觉控制器采用高性能处理的PC计算机，可以对采集到的包含圆柱形空心管表面缺陷信息的图片进行计算。

利用上述圆柱形空心管视觉检测设备的检测方法，包括如下步骤：

(1)利用图像采集组件对合格工件进行图像采集，根据合格工件已知的缺陷信息，设置各检测项所需的参数；

(2)利用图像采集组件对待测工件进行图像采集，以获取包含待测工件缺陷信息的二维图像；

(3)根据合格工件的图像信息和各项检测内容的参数，利用视觉控制器对待测工件的图像信息与合格工件的图像信息进行对比分析处理，计算出待测工件的缺陷信息；

(4)对于任一缺陷，将待测工件与合格工件就该缺陷的信息进行比较，以判断出待测工件是否合格。

进一步地，所述步骤(1)的具体实现过程为：首先，将合格工件放置于挡料插销处，由运动控制器打开高亮背光源，由面阵工业相机对工件采图；然后，将合格工件放置于滚轮载物治具上，由运动控制器打开高亮LED线光源并启动滚轮载物治具旋转，由黑白线扫描工业相机对工件采图；进而，由运动控制器打开高亮LED点光源并启动滚轮载物治具旋转，由彩色线扫描工业相机对工件采图；最后对每个相机采集到的图片设置检测区域及参数。

进一步地，所述步骤(2)的具体实现过程为：首先将适量的待测工件放入料仓中并保证工件无乱序姿态；然后由受控于运动控制器的排序组件、滚轮载物治具将工件传输至各检测工位，利用两组图像采集组件分别对工件进行拍摄采图，从而获取包含待测工件表面缺陷、毛刺、漏油孔等信息的图片。

进一步地，所述步骤(4)中对于任一缺陷，由视觉控制器将待测工件与合格工件就该缺陷信息进行比较，若比较结果不符合合格工件要求，则由运动控制器控制下料传输组件，将检测完成不合格的工件剔除至不合格工件收纳箱，合格工件则自动流入合格工件收纳箱。

与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明能够获取圆柱形空心管工件全表面数据，从而能够精确定位分析工艺制程发生的问题。

(2)本发明对工件的摆放姿态和位置不敏感。

(3)本发明能够灵活设置缺陷检测的参数标准，而与外界光源环境无关。

附图说明

图1为本发明圆柱形空心管视觉检测设备的结构示意图。

图2为排序组件的结构示意图。

图3为滚轮载物治具的结构示意图。

图4为下料传输组件的结构示意图。

图中：1—料仓，2—移动挡板，3—凸轮，4—模腔滚筒，5—挡料插销、6—滚轮载物治具，7—毛刺图像采集组件，8—外表面图像采集组件，9—漏油孔图像采集组件，10—剔料气缸，11—下料传输链条，12—挡料插销处的待测工件，13—滚轮载物治具上的待测工件。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明圆柱形空心管视觉检测设备包括料仓1、移动挡板2、凸轮3、模腔滚筒4、挡料插销5、滚轮载物治具6、毛刺图像采集组件7、外表面图像采集组件8、漏油孔图像采集组件9、剔除气缸10、下料传输链条11等；其中：

料仓组件由一个方体的料仓1和一个移动挡板2组成，用于存放适量的待检测工件，待检测工件有序的堆叠在料仓1中，并能够通过调节料仓移动挡板2限制待测工件的可移动空间，以适应长度不同的工件。

如图2所示，排序组件由凸轮3、模腔滚筒4、挡料插销5组成，凸轮3由可调速电机驱动，转动时与料仓出料口工件接触避免卡料；挡料插销5默认处于伸出状态；运动控制器控制凸轮3旋转，将料仓内的待检测工件拨入模腔滚筒4的模腔内；圆柱形的模腔滚筒4圆周均匀分布模腔，模腔内可以根据不同的待检测工件尺寸安装适配的治具，以使得待检测工件能够排列有序，定位准确；受控于运动控制器的模腔滚筒4旋转固定角度60度后暂停，等待凸轮3将工件拨入下一个模腔，3个节拍之后模腔滚筒4将工件12传输至挡料插销5处等待检测，挡料插销5由气缸驱动并由运动控制器控制。

毛刺图像采集组件7由一个面阵工业相机和高亮面光源组成，两者沿着待检测工件的轴向安装；高亮面光源发光平面垂线、待检测工件轴线与面阵工业相机光轴平行。毛刺图像采集组件7开始工作，采集毛刺缺陷图像，并将采集到的图片传输至视觉控制器，采集完成后挡料插销5收回，工件13落入滚轮载物治具6上。

如图3所示，滚轮载物治具6由两组圆柱形滚轮组成，每一组滚轮由两个直径相同的圆形转盘组成，圆形转盘安装于同一个旋转轴上，转盘间的距离可以根据待检测工件的长度进行调节，每一个圆形转盘外表面均粘有防滑弹性贴膜；两组圆柱形滚轮的旋转轴平行且距离可以根据待检测工件的直径进行调节，以满足待检测工件能够平稳转动。

运动控制器控制滚轮顺时针旋转，带动工件逆时针旋转，同时控制外表面图像采集组件8采集图像并将图片传输至视觉控制器，采集完成后再由漏油孔图像采集组件9采集图像。外表面图像采集组件8包括一个彩色线扫描工业相机和一个高亮LED线光源，彩色线扫描工业相机安装于待测工件侧上方，安装距离及与待检测工件的角度可以根据镜头参数，工件尺寸进行调节，高亮LED线光源安装于待检测工件的侧上方，空间距离可以上下左右调节；漏油孔图像采集组件9包括一个黑白线扫描工业相机和一个高亮LED点光源，黑白线扫描工业相机安装于待检测工件正上方，安装距离及与待检测工件的角度可以根据镜头参数，工件尺寸进行调节，高亮LED点光源安装于待检测工件轴向一侧，发光光轴与待检测工件轴线平行。

如图4所示，在图像采集组件完成采集之后，由下料传输链条11将检测完成的工件送出，链条上固定有将工件勾出检测工位的V型块；待工件到达剔料气缸10位置时，运动控制器根据视觉控制器计算结果将不合格工件剔除至不合格收纳箱。

本发明圆柱形空心管视觉检测设备在实际测量过程中，首先利用图像采集组件对合格工件进行图片拍摄，根据合格工件已知的缺陷信息，设置各检测项所需的参数，具体地：将合格工件放置于挡料插销处，由运动控制器点亮高亮背光源，由黑白面阵相机对工件采图；将合格工件放置于滚筒载物治具上。由运动控制器点亮高亮LED线光源并启动滚筒旋转，由黑白线扫描相机对工件采图；由运动控制器点亮高亮点光源并启动滚筒旋转，由黑白线扫描相机对工件采图；最后对每个相机采集到的图片设置检测区域及参数。

然后，利用图像采集组件对待测工件进行图片拍摄，以获取包含待测工件缺陷信息的二维图像，具体地：将适量的待检测工件放入料仓中，并保证工件无乱序姿态；然后由受控于运动控制器的排序组件、滚轮载物治具将工件传输至各检测工位；三个工业相机分别对工件进行拍照采图，从而获取包含待检测工件表面缺陷、毛刺、漏油孔信息的图片。

根据合格工件的图片信息和各项检测内容的参数，对待测工件的图片信息和合格工件的图片信息进行对比分析处理，计算出待测工件的缺陷信息；对于任一缺陷，由视觉控制器将待测工件与合格工件就该缺陷信息进行比较，若比较结果不符合合格工件要求，则由运动控制器控制下料输出组件，将检测完成不符合合格要求的工件剔除至不合格收纳箱，合格产品自动流入合格收纳。

上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆柱形空心管视觉检测设备，其特征在于：包括料仓、排序组件、第一图像采集组件、第二图像采集组件、滚轮载物治具、下料传输组件、运动控制器以及视觉控制器；其中：

所述料仓用于存放待测工件，所述待测工件即为圆柱形空心管；

所述排序组件用于对料仓内的待测工件进行排序，以便工件以单个连续姿态到达检测工位；

所述第一图像采集组件在检测工位上对待测工件进行补光拍照，以采集空心管端面图像；

所述第二图像采集组件在多组LED光源的补光条件下，通过滚轮载物治具转动，以采集空心管圆周表面图像；

所述下料传输组件用于传送检测完成的工件，并剔除其中不合格的工件；

所述运动控制器用于控制排序组件、第一图像采集组件、第二图像采集组件、滚轮载物治具、下料传输组件执行相应的动作；

所述视觉控制器根据第一图像采集组件及第二图像采集组件所采集的图像，通过图像处理分析并与合格工件相关参数进行比对，以判断每一待测工件是否为合格工件并将结果反馈给运动控制器。

2.根据权利要求1所述的圆柱形空心管视觉检测设备，其特征在于：所述料仓顶部的入料口处设有一块移动挡板，通过调节移动挡板可改变入料口的开口大小，进而在倒料时能够限制待测工件的散落空间，使得待测工件有一定次序地堆叠在料仓中。

3.根据权利要求1所述的圆柱形空心管视觉检测设备，其特征在于：所述排序组件包括凸轮、模腔滚筒以及挡料插销，待测工件从料仓出料口出来沿导向板进入模腔滚筒，所述凸轮设置于导向板上，其转动时与到来的工件接触并使之腾起以避免卡料现象；所述模腔滚筒沿周向均匀分布内嵌有多个模腔，模腔以容纳待测工件以及与工件尺寸适配的填充件，以使得待测工件能够排列有序，定位准确；滚筒转动使得工件被传递至另一导向板上，所述挡料插销则设置于该导向板上且受运动控制器控制，用于对工件限位使其等待第一图像采集组件的检测。

4.根据权利要求1所述的圆柱形空心管视觉检测设备，其特征在于：所述第一图像采集组件包括一个面阵工业相机和一个高亮面光源，相机和光源分别位于检测工位的两侧且沿待测工件的轴向安装，光源发光平面垂线、待测工件轴线以及相机光轴相互平行。

5.根据权利要求3所述的圆柱形空心管视觉检测设备，其特征在于：在第一图像采集组件完成对待测工件图像检测后，挡料插销受控被撤下，工件沿着导向板滑落至滚轮载物治具上，所述滚轮载物治具由两组圆柱形滚轮组成，工件则被卡于两个滚轮之间；每一组滚轮由两个直径相同的圆形转盘组成，两个圆形转盘安装于同一旋转轴的两端，转盘的间距根据待测工件的长度进行调节，转盘外表面粘有防滑弹性贴膜；两组圆柱形滚轮的旋转轴平行且距离根据待测工件的直径进行调节，以满足待测工件能够平稳转动。

6.根据权利要求1所述的圆柱形空心管视觉检测设备，其特征在于：所述第二图像采集组件包括一个黑白线扫描工业相机、一个彩色线扫描工业相机、一个高亮LED线光源以及一个高亮LED点光源；其中，黑白线扫描工业相机安装于待测工件正上方，彩色线扫描工业相机安装于待测工件侧上方，两个相机的安装距离以及与待测工件的角度根据镜头参数、工件尺寸进行调节；高亮LED线光源安装于待测工件的侧上方，空间距离可上下左右调节；高亮LED点光源安装于待测工件轴向一侧，发光轴与待测工件轴线平行。

7.根据权利要求5所述的圆柱形空心管视觉检测设备，其特征在于：所述下料传输组件包括一链条和一个剔料气缸，所述链条绕置于滚轮载物治具的一组圆柱形滚轮的旋转轴上，链条上以固定间距设有多个倾斜凸起的扣片，其用于将工件从检测工位勾出；剔料气缸位于链条的一侧且受运动控制器控制，用于弹击不合格的工件以将其剔除至不合格工件收纳箱内。

8.一种如权利要求1～7任一权利要求所述圆柱形空心管视觉检测设备的检测方法，包括如下步骤：

(1)利用图像采集组件对合格工件进行图像采集，根据合格工件已知的缺陷信息，设置各检测项所需的参数；

(2)利用图像采集组件对待测工件进行图像采集，以获取包含待测工件缺陷信息的二维图像；

(3)根据合格工件的图像信息和各项检测内容的参数，利用视觉控制器对待测工件的图像信息与合格工件的图像信息进行对比分析处理，计算出待测工件的缺陷信息；

(4)对于任一缺陷，将待测工件与合格工件就该缺陷的信息进行比较，以判断出待测工件是否合格。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体实现过程为：首先，将合格工件放置于挡料插销处，由运动控制器打开高亮背光源，由面阵工业相机对工件采图；然后，将合格工件放置于滚轮载物治具上，由运动控制器打开高亮LED线光源并启动滚轮载物治具旋转，由黑白线扫描工业相机对工件采图；进而，由运动控制器打开高亮LED点光源并启动滚轮载物治具旋转，由彩色线扫描工业相机对工件采图；最后对每个相机采集到的图片设置检测区域及参数。

10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体实现过程为：首先将适量的待测工件放入料仓中并保证工件无乱序姿态；然后由受控于运动控制器的排序组件、滚轮载物治具将工件传输至各检测工位，利用两组图像采集组件分别对工件进行拍摄采图，从而获取包含待测工件表面缺陷、毛刺、漏油孔等信息的图片。