CN110116096B - 珠状物分拣系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种珠状物分拣系统，包括输送装置及检测装置，检测装置包括检测通道及图像检测单元。输送装置包括螺旋杆，检测通道由螺旋杆的螺旋槽及平行分布在螺旋杆侧边的挡条形成；图像检测单元包括位于检测通道上方的相机，相机对在所测通道中行走的珠状物进行多时刻的图像采集。同时，本发明公开了一种珠状物分拣方法。本发明巧妙利用螺旋杆，把样品进料、传送、拍摄及分离功能全部集成到螺旋杆上，并设置了顶光源与底光源满足不同珠状物的检测特性，简化了结构的同时，大幅提高了检测效率与检查结果的可靠性。

Description

珠状物分拣系统及方法

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，具体涉及一种珠状物分拣系统及方法。

背景技术

珠状物是生活中的常接触的物品，低廉的有钢珠、玻璃珠等，名贵的有玉珠、玛瑙宝石等。

针对珠状物的表面瑕疵的机器视觉检测一直是机器视觉领域难以攻克的难点之一，其主要原因在于：

其它物件的各表面往往具有分明的界限，对各表面均进行机器视觉检测即可；而珠状物，其瑕疵可能出现在其整个球状表面的任何一个点，无论从哪个角度进行图像采集，均存在盲区；

在没有定位装置的情况下，珠状物易发生主动滚动，这种主动滚动是随机的，即便进行多时刻的多图样采集，也难以保证采集到了珠状物的整个球状表面；

珠状物在输送过程中，容易发生串珠，导致已经识别评级后的珠状物在输送过程中再度被混杂。

目前，对于珠状物的检测，还没有相对完善的检测方案能兼顾其检测效率与检测结果的可靠性，现有的检测方案在实际应用中存在较多应用限制。

此外，对于晶体珠状物，由于晶体本身的特性，其在不同检测角度、不同光照条件下会显示出不同的表面瑕疵及颜色。如玉珠、玛瑙宝石就是特殊的晶体珠状物之一，其产品的品级不同，价格可能天差地别，而现有针对其的检测方案难以满足其严格筛选分级的需求，其大多仍通过人工分拣，不仅效率低下，而且由于前述晶体状珠状物的特性，同样也会造成人工识别的质量不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可兼顾检测效率与检测结果可靠性的珠状物分拣系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

珠状物分拣系统，包括输送装置及检测装置，所述检测装置包括检测通道及图像检测单元，所述输送装置包括螺旋杆，所述检测通道由所述螺旋杆的螺旋槽及平行分布在所述螺旋杆侧边的挡条形成；所述图像检测单元包括位于所述检测通道上方的相机，所述相机对在所述检测通道中行走的珠状物进行多时刻的图像采集。

进一步地，还包括位于所述检测装置前端的进料装置，所述进料装置包括进料座及位于所述进料座上端的进料管；所述螺旋杆的前段位于所述进料座的内腔中，所述进料座的内腔设有由所述进料管的落料端直抵所述检测通道的送料槽，所述送料槽与所述螺旋杆间形成送料通道；所述螺旋杆上加工有一位于所述进料管落料端的正下方的直槽，所述直槽与所述螺旋杆的螺旋槽起始端导通；所述进料管的管腔直径及所述送料通道的截面能且只能允许一颗珠状物通过。

进一步地，所述挡条为两个，其分布在所述螺旋杆的两侧，以形成两个检测通道；所述进料管的数量为两个，所述进料座中对应形成两个送料通道。

进一步地，所述检测通道中的螺旋杆有一段为由透光材质制成的透光段，透光段中设有对称于其轴心的两透光孔；所述图像检测单元包括位于检测通道上方的顶光源以及位于所述透光段下方的底光源。

进一步地，所述顶光源为环形光源，其通过第一升降机构设置在所述检测通道的上方；所述相机通过第二升降机构设置在所述环形光源的中心。

进一步地，还包括落料装置，所述落料装置包括多个落料单元，各落料单元均包括一落料挡板、落料管及伺服执行件；所述螺旋杆的后段由所述检测通道伸出，各落料挡板分布在其侧边，以与其形成落料通道；各落料管位于对应的落料挡板下方，当某一伺服执行件动作时，其对应的落料挡板开启对应的落料管；当某一伺服执行件复位时，其对应的落料挡板封闭对应的落料管。

珠状物分拣方法，包括以下步骤：

以螺旋杆的螺旋槽及设置其螺旋杆侧边的挡条形成检测通道；

驱动所述螺旋杆，使珠状物以边自转边沿着检测通道直线行走的方式输送；

利用图像检测单元对输送中的珠状物进行多时刻的图像采集，根据采集的图像对珠状物进行评级。

进一步地，将检测通道中的一段螺旋杆设置为透光段，在检测通道的上方设置顶光源，在透光段下方设置底光源，所述图像检测单元在所述顶光源及底光源形成的不同光照条件下采集珠状物的图像。

进一步地，所述珠状物为晶体珠状物，对于某一晶体珠状物，所述图像检测单元执行以下操作：

在采集到的所有图像中检查其是否存在表面瑕疵：若某一图像出现瑕疵，即将其定义为坏；若所有图像均未出现瑕疵，即将其定义为好；

对定义为好的珠状物，根据其颜色进行分类，获得对应评级。

进一步地，还包括对评级后的珠状物进行分级落料的落料步骤，其通过落料挡板在由所述检测通道伸出的螺旋杆后段侧边构建落料通道，将落料管设置在所述落料挡板的下方，通过伺服执行件使落料挡板开启或遮蔽所述落料管的管口，各落料挡板对应一档位值；

对于某一珠状物，所述图像检测单元执行以下操作：

定义一初始点；

记录开始拍摄该珠状物的时刻的脉冲数M1，M1为相对于初始点的脉冲数；

记录获得评级结果的时刻的脉冲数M2，M2为相对于初始点的脉冲数；

根据评级结果获取档位值，根据M3-(M2-M1)计算所在档位的落料挡板开启所需的脉冲数，M3为由初始点到档位位置所需的脉冲数；

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1、本发明一改现有技术需要对珠状物进行定位检测的思路，巧妙利用螺旋杆作为输送装置的核心组件之一，利用珠状物的被动转动实现不停机检测，具体地，如前述结构所述，由于螺旋杆的截面为弧线，珠状物在重力作用下会自动抵靠在检测座开口边缘所形成的挡条上，此时，螺旋杆转动会驱动滚珠被动转动，同时使得滚珠被向前输送，图像检测单元即可在不停机状态下从不同角度对滚珠进行图像采集，大幅提高检测效率与检测结果的可靠性；

2、本发明通过对进料装置的巧妙设计，使得螺旋杆每转动一个周期，其螺牙的每一侧有且只有一个珠状物通过，有效地避免串珠的发生，保证分拣结果的可靠性；

3、本发明将进料管设置为2，从而实现双排输送与检测、分拣，同时根据相机视野与光源强度，可以同时检测多颗珠状物，进一步提升效率；

4、本发明的图像检测单元可以对珠状物进行多角度、背景光的瑕疵与颜色检测，提升检测结果的可靠性，同时，相机及光源均采用可调可拆卸设计，易于根据需求随时调节或更换；

5、本发明巧妙设计了对应于螺旋杆的分离机构，可以实现快速、准确的珠状物分离；

综上，本发明巧妙利用螺旋杆，把样品进料、传送、拍摄及分离功能全部集成到螺旋杆上，并设置了顶光源与底光源满足不同珠状物的检测特性，简化了结构的同时，大幅提高了检测效率与检查结果的可靠性。

附图说明

图1为本发明核心结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明检测装置示意图；

图4为图2中B-B处的部分结构拆解示意图；

图5为图2中A-A处的一种进料结构的截面示意图；

图6为本发明进料座示意图；

图7为本发明螺旋杆前段311的示意图

图8为图2中A-A处的又一种进料结构的截面示意图；

图9为图2中C-C处的截面示意图；

图10为落料装置的示意图；

图11为顶光源强光、底光源截止状态下所采集的图像的示意图；

图12为顶光源弱光、底光源透光状态下所采集的图像的示意图。

附图标号说明：

进料座11、进料管12、送料槽111、弧形隔条112、限位挡条113；

检测座21、开口边缘211、相机22、顶光源23、第一升降机构231、第二升降机构232、底光源24、光源体241；

螺旋杆31、前段311、直槽3111、透光段312、螺旋杆后段313；

落料单元41、落料挡板411、落料管412、伺服执行件413；

底板9、窗口91。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明中需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示本发明的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

请参考图1及图2所示，本发明公开了一种珠状物分拣系统，其包括进料装置、检测装置、输送装置及落料装置；所述进料装置、检测装置及落料装置依序排布并搭载在底板9上，所述输送装置的核心组件为螺旋杆31，螺旋杆31贯穿各所述组件。

应当理解，输送装置还包括其它必备组件，如驱动组件(伺服电机、联轴器等)、控制组件(如PLC等)，其属于现有技术，本实施例不做赘述。

请参考1及图3所示，所述检测装置包括检测通道及图像检测单元。所述检测通道由螺旋杆31及平行分布在螺旋杆31侧边的挡条形成，本实施例中，检测座21的上方延物体输送方向开口，其开口边缘211即形成所述挡条，因此，此处形成两个检测通道，提高了输送效率及检测效率，后续进料管12的数量为两个，进料座11中对应形成两个送料通道，落料装置也对应设置。。如此，在螺旋杆31的驱动下，珠状物即可以边自转边沿着检测通道直线行走的方式输送。

所述图像检测单元包括相机22、顶光源23、底光源24及PC机。PC机是图像检测单元的控制中心，用于对图像检测单元中的其它组件进行控制，完成图像采集及分析评级等，通过编码器可以精准判断珠状物所在的位置，当达到预设的位置(预设多个检测点，也就是前述的多时刻)向PC机发出启动检测的指令，该部分组件属于现有技术，本实施例不做赘述。

请参考图1所示，顶光源23为环形光源，底板9上设有第一升降机构231(本实施例为螺杆螺母升降机构)，顶光源23通过第一升降机构231设置在所述检测通道的上方。顶光源23的上端面设有第二升降机构232(本实施例为螺杆螺母升降机构)，相机22通过第二升降机构232设置在所述环形光源的中心。

请参考图1及图4所示，底光源24设置在底板9的下方，底板9上开设有供其光透过的窗口91。底光源24的两个光源体241为斜分布，即其中心连线与螺旋杆31在该处的螺旋线平行。检测通道中的螺旋杆中有一段为有透光材质制成的透光段312，透光段312的长度应该小于整个检测通道的长度，使检测通道中仅部分珠状物位于透光段的视野中。透光段312中设有对称于其轴心的两透光孔3121，如此，当透光段312转到指定角度时(本实施例由于透光孔对称分布，因此当其每转过90°，其底光状态变化一次(透光、截止))，由窗口91透出的底光可以经透光孔3121向上透出，形成底光照明。

本实施例中，螺旋杆31采用拼接式设计，即前段311、透光段312及后段313。如图4所示，本实施例中，各段通过后段313上的中心轴连接，以同轴同步转动。。

如此，相机22即可对在所述检测通道中行走的珠状物进行多时刻的图像采集，并可以通过顶光源及底光源实现不同光照条件，满足不同的检测需求。

请参考图1及图5所示，所述进料装置包括进料座11及位于进料座11上端的进料管12。进料管12的管腔与进料座11的内腔相贯通，螺旋杆31的前段311位于进料座11的内腔中，进料座11的内腔设置有由进料管12的落料端直抵所述检测通道的送料槽。

请参考图5及图6所示，本实施例中，进料座11的内腔的上半部分与螺旋杆31的前段311相适应，其直接在进料管12的落料端处铣出送料槽111，送料槽111与螺旋杆31的前段311间形成送料通道。内腔上半部分的弧面设置有效防止了送料槽111中的珠状物延顺时针或逆时针发生卡珠。

请参考图7所示，螺旋杆的前段311上加工有一位于进料管12落料端的正下方的直槽3111，直槽3111与前段311的螺旋槽起始端导通，如此，当该直槽3111滚经进料管12的下端时，进料管12中的珠状物被带走，其余时刻，进料管12即被封堵。

为保证螺旋杆31旋转一周，一个进料管12有且只有一颗珠状物被带走以防止串珠，进料管12的管腔直径及所述送料通道的截面能且只能允许一颗珠状物通过。应当理解，为了提高稳定性，进料管12的管腔直径不应过大，以不大于珠状物的1.2倍为宜。

请参考图8所示，其是进料座的又一实施结构。由于此时进料座11的内腔与螺旋杆间并不匹配，因此在进料座上设置弧形隔条112及限位挡条113以构建送料槽。

如图1、图9及图10所示，所述落料装置包括多个落料单元41及分隔各落料单元的框架42。各落料单元均包括一落料挡板、落料管及伺服执行件。

各落料单元41均包括落料挡板411、落料管412及伺服执行件413。螺旋杆31的后段313从检测座21中伸出，各落料挡板411分布在后段313的侧边，其底边与挡边呈L形分布，其底边与挡边与螺旋杆31间共同形成落料通道，各落料管位412于对应的落料挡板411下方。框架42的截面呈T形，防止落料挡板411动作时，珠状物从其与框架42间的间隙滑脱。当某一伺服执行件413动作时，其对应的落料挡板由该落料挡板411所对应的落料管412上被移开；当某一伺服执行件413复位时，其对应的落料挡板411复位挡住落料管412，再度成为落料通道。

对于不同的落料挡板411赋予不同的挡位值，即可将将不同评级的珠状物进行分类落料。以玛瑙珠为例，当其应用本系统进行评级落料时，可根据表面瑕疵及颜色进行评级，制定不同的落料策略。

实施例2

本发明还公开了一种珠状物分拣方法，包括以下步骤：

以螺旋杆的螺旋槽及设置其螺旋杆侧边的挡条形成检测通道；

驱动所述螺旋杆，使珠状物以边自转边沿着检测通道直线行走的方式输送；

利用图像检测单元对输送中的珠状物进行多时刻的图像采集，根据采集的图像对珠状物进行评级；

通过落料挡板在由所述检测通道伸出的螺旋杆后段侧边构建落料通道，将落料管设置在所述落料挡板的下方，通过伺服执行件使落料挡板开启或遮蔽所述落料管的管口，各落料挡板对应一档位值。

如此，由于珠状物是被螺旋槽有序地带动，以发生自转及直线行走，图像检测单元在多时刻可以检测到不同角度的表面瑕疵，完整地对珠状物进行表面检测。

同时，将检测通道中的一段螺旋杆设置为透光段，在检测通道的上方设置顶光源，在透光段下方设置底光源，所述图像检测单元在所述顶光源及底光源形成的不同光照条件下采集珠状物的图像。

如此，将顶光源与底光源分别设置不同的光源强度，即可形成多种不同的光照条件组合。本实施例中，将顶光源设置为强光与弱光两种状态，底光源为透光和截止两种状态，即可有以下组合：

光照条件组合	1	2	3	4
					顶光源	强光	弱光	强光	弱光
底光源	透光	截止	截止	透光

如图11及12所示是不同状态下采集到的图像示例，其中图11中，底光源为截止状态，图12中底光源为透光状态。

一个检测周期内所拍摄的珠状物数量根据相机的视野以及高、底光源的光强度而定，本实施例中为一个周期并行检测4颗珠状物，因此底光源的照射范围为两颗。所拍摄的图像数一般不少于7，理论上越多则其判断结果越准确，但对应地，计算量越大，本实施例中设置为10，即可满足容错率的需求。

珠状物的瑕疵基于深度学习检测，即给定训练集与对应的答案进行模型训练，获得图像评级模型，再用该图像评级模型进行对应的珠状物评级；珠状物的颜色采用融合多个特征进行分类(颜色空间、颜色直方图等)；该部分属于现有技术，在此不做赘述。

作为本方法的一个具体应用案例，所述珠状物为晶体珠状物(如玛瑙)，所述图像检测单元执行以下操作：

在采集到的所有图像中检查其是否存在表面瑕疵：若某一图像出现瑕疵，即将其定义为坏(可根据瑕疵种类及瑕疵程度进行评级)；若所有图像均未出现瑕疵，即将其定义为好；

对定义为好的珠状物根据其颜色进行分类，获得对应评级。

如图1所示，共设有30个档位(可根据实际情况，灵活更改档位数)，可将最后一个档位设置为未识别珠的落料档，图像检测单元未识别出(评级模型中无该聚类)的珠子

经此档位的落料管被收集。前10个档位可根据表面瑕疵的种类(斑点、条纹、裂缝、水纹、裂缝、阴阳面等)以及瑕疵的大小程度进行分配；中间19个档位可根据评定出的不同颜色值进行分配。

对评级后的某一珠状物，所述图像检测单元执行以下操作：

定义一初始点；

记录开始拍摄该珠状物的时刻的(螺旋杆驱动电机)脉冲数M1，M1为相对于初始点的脉冲数；

记录获得评级结果的时刻的脉冲数M2，M2为相对于初始点的脉冲数；则由M2-M1可以计算出从开始拍摄到得到评级结果，珠状物已经走了多少路程；

根据评级结果获取档位值，根据M3-(M2-M1)计算所在档位的落料挡板开启时间，M3为由初始点到档位位置所需的脉冲数。

如此，即可将不同评级的珠状物对应落入不同的落料管中收集，完成珠状物的分选。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块、装置的划分进行举例说明，实际应用中，可以有另外的划分方式，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块、装置完成。另外，各功能单元、模块、装置的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.珠状物分拣系统，包括输送装置及检测装置，所述检测装置包括检测通道及图像检测单元，其特征在于：

所述输送装置包括螺旋杆，所述检测通道由所述螺旋杆的螺旋槽及平行分布在所述螺旋杆侧边的挡条形成；

所述检测通道中的螺旋杆有一段为由透光材质制成的透光段，所述透光段的长度小于整个所述检测通道的长度，使得所述检测通道中仅部分珠状物位于所述透光段的视野中，所述透光段中设有对称于其轴心的两透光孔；

所述图像检测单元包括位于检测通道上方的顶光源以及位于所述透光段下方的底光源，所述底光源包括两个光源体，所述两个光源体的中心连线与所述螺旋杆在所述中心连线处的螺旋线平行；

其中，所述顶光源具有强光和弱光两种顶光状态，当所述透光段转到指定角度时，所述底光源形成透光的底光状态，当所述透光段转离所述指定角度时，所述底光源形成截止的底光状态，所述顶光源和所述底光源结合形成四种光照条件；

所述图像检测单元包括位于所述检测通道上方的相机，所述相机在所述四种光照条件中的不同光照条件下对在所述检测通道中行走的珠状物进行多时刻的图像采集。

2.如权利要求1所述的珠状物分拣系统，其特征在于：还包括位于所述检测装置前端的进料装置，所述进料装置包括进料座及位于所述进料座上端的进料管；

所述螺旋杆的前段位于所述进料座的内腔中，所述进料座的内腔设有由所述进料管的落料端直抵所述检测通道的送料槽，所述送料槽与所述螺旋杆间形成送料通道；

所述螺旋杆上加工有一位于所述进料管落料端的正下方的直槽，所述直槽与所述螺旋杆的螺旋槽起始端导通；

所述进料管的管腔直径及所述送料通道的截面能且只能允许一颗珠状物通过。

3.如权利要求2所述的珠状物分拣系统，其特征在于：所述挡条为两个，其分布在所述螺旋杆的两侧，以形成两个检测通道；

所述进料管的数量为两个，所述进料座中对应形成两个送料通道。

4.如权利要求1所述的珠状物分拣系统，其特征在于：所述顶光源为环形光源，其通过第一升降机构设置在所述检测通道的上方；

所述相机通过第二升降机构设置在所述环形光源的中心。

5.如权利要求1所述的珠状物分拣系统，其特征在于：还包括落料装置，所述落料装置包括多个落料单元，各落料单元均包括一落料挡板、落料管及伺服执行件；

所述螺旋杆的后段由所述检测通道伸出，各落料挡板分布在其侧边，以与其形成落料通道；

各落料管位于对应的落料挡板下方，当某一伺服执行件动作时，其对应的落料挡板开启对应的落料管；

当某一伺服执行件复位时，其对应的落料挡板封闭对应的落料管。

6.珠状物分拣方法，其特征在于，包括以下步骤：

以螺旋杆的螺旋槽及设置其螺旋杆侧边的挡条形成检测通道；其中，所述检测通道中的螺旋杆有一段为由透光材质制成的透光段，所述透光段的长度小于整个所述检测通道的长度，使得所述检测通道中仅部分珠状物位于所述透光段的视野中，所述透光段中设有对称于其轴心的两透光孔；其中，在检测通道的上方设置顶光源，在透光段下方设置底光源，所述底光源包括两个光源体，所述两个光源体的中心连线与所述螺旋杆在所述中心连线处的螺旋线平行；其中，所述顶光源具有强光和弱光两种顶光状态，当所述透光段转到指定角度时，所述底光源形成透光的底光状态，当所述透光段转离所述指定角度时，所述底光源形成截止的底光状态，所述顶光源和所述底光源结合形成四种光照条件；

驱动所述螺旋杆，使珠状物以边自转边沿着检测通道直线行走的方式输送；

利用图像检测单元对输送中的珠状物在所述顶光源及底光源形成的四种光照条件中的不同光照条件下进行多时刻的图像采集，根据采集的图像对珠状物进行评级。

7.如权利要求6所述的珠状物分拣方法，其特征在于：

所述珠状物为晶体珠状物，对于某一晶体珠状物，所述图像检测单元执行以下操作：

在采集到的所有图像中检查其是否存在表面瑕疵：

若某一图像出现瑕疵，即将其定义为坏；

若所有图像均未出现瑕疵，即将其定义为好；

对定义为好的珠状物，根据其颜色进行分类，获得对应评级。

8.如权利要求6所述的珠状物分拣方法，其特征在于：

还包括对评级后的珠状物进行分级落料的落料步骤，其通过落料挡板在由所述检测通道伸出的螺旋杆后段侧边构建落料通道，将落料管设置在所述落料挡板的下方，通过伺服执行件使落料挡板开启或遮蔽所述落料管的管口，各落料挡板对应一档位值；

对于某一珠状物，所述图像检测单元执行以下操作：

定义一初始点；

记录开始拍摄该珠状物的时刻的脉冲数M1，M1为相对于初始点的脉冲数；

记录获得评级结果的时刻的脉冲数M2，M2为相对于初始点的脉冲数；

根据评级结果获取档位值，根据M3-(M2-M1)计算所在档位的落料挡板开启所需的脉冲数，M3为由初始点到档位位置所需的脉冲数。