CN110388960B - 用低速相机实现高速运动产品质量检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速运动产品质量检测装置，其包括成像系统、相机高速移动装置、支架、被检产品及控制系统。相机高速移动装置安装于支架顶部，成像系统装设于相机高速移动装置上，可在相机高速移动装置带动下沿着被检测产品运动方向移动，以减小相机与被检测产品之间的相对速度，利用产生的位移差完成产品表面不同位置的图像采集。本发明可以实现低速相机在线检测高速运动产品的质量，且其具有操作简单、自动化程度高、检测精度高、成本较少等优点。

Description

用低速相机实现高速运动产品质量检测装置

技术领域

本发明涉及机器视觉检测技术领域，特别是一种高速运动产品表面质量和外观尺寸检测的装置。

背景技术

产品的表面质量及外观尺寸是产品质量检测的重要组成部分。产品的表面缺陷及尺寸偏差会对产品使用及后续加工造成极大影响，甚至产生重大财产损失，所以在产品生产过程中，需要对其表面质量及尺寸进行严格的检测。传统的检测方式主要依赖人工观察，但是人工观察有局限性和不可知因素，并且随着机械加工精度的不断提高，对产品的质量检测和实时监测自动化程度的要求也越来越高，机器视觉和图像处理技术的快速发展，大幅度地提升了产品质量监测的自动化程度。机器视觉检测技术在低速、低分辨率的应用领域中已经较为成熟，而对于速度要求较高的在线检测环境，目前常用高速相机进行检测，要求相机实现高速采集、高分辨率和巨大数据量的处理，但是目前高速相机造价极高，而且即便采用高速相机也尚未解决高速运动产品的在线检测问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种实现高速运动产品表面质量和外观尺寸检测的装置。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种高速运动产品质量检测装置，所述装置包括成像系统、相机高速移动装置、支架以及控制系统。

所述支架用于固定安装所述相机高速移动装置；

所述相机高速移动装置，安装在所述支架上，用以带动所述成像系统沿着被检测产品的运动方向移动，减小所述成像系统与被检测产品的相对运动速度；

所述成像系统，安装在所述相机高速移动装置上，用以完成对处于高速运动状态的被检测产品的图像采集。

与现有技术相比，本发明使用所述相机高速移动装置带动所述成像系统与被检测产品形成较小的相对速度，利用产生的位移差实现低速相机对高速运动产品不同位置质量高精度的实时在线检测，提高了检测效率。

优选的，所述成像系统包括相机、光源、连接件、相机调节机构和光源调节机构；

所述连接件的第一端与所述相机高速移动装置相连，第二端与所述相机调节机构固定连接，第三端与所述光源调节机构连接；

所述相机调节机构，用于调节并固定所述相机的位置；

所述光源调节机构，与所述相机调节机构平行安装，用于调节所述光源照射的位置及角度，使所述光源能较好地配合所述相机采集图像。

优选的，所述相机高速移动装置包括基座、导轨、滑动组件和相机位置反馈系统；

所述基座固定安装在所述支架上部；

所述导轨平行铺设在所述基座上的左右两侧，对所述滑动组件进行导向和承载；

所述滑动组件通过所述连接件的第一端与所述成像系统连接，所述滑动组件与所述导轨滑动配合连接，能够在所述导轨上直线往复运动，用以带动所述成像系统沿着所述导轨直线往复运动；

所述相机位置反馈系统，用以实时监测所述成像系统的位置及速度。

优选的，所述连接件上设有滑槽、连接孔、紧定螺钉和悬臂；相机调节机构与连接件通过滑槽连接，可实现其左右位置调节，在调节完成后，通过连接件上的紧定螺钉可实现其位置的固定；连接件通过连接孔与相机高速移动装置上的滑动组件采用螺栓相连；所述悬臂用于连接光源调节机构。

优选的，所述相机调节机构包括相机固定件、调节件、第一锥齿轮、第二锥齿轮、竖轴和横轴；所述相机固定件用于夹持固定所述相机；所述调节件与所述相机固定件形成滑动配合，用以调节所述相机的位置；所述横轴横向穿过所述相机固定件，第一端在所述相机固定件的外部，第二端与第一锥齿轮固连；所述竖轴的第一端与所述调节件通过螺纹配合连接，第二端与第二锥齿轮固连；通过旋转所述横轴的第一端可以带动所述第一锥齿轮转动，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，带动所述竖轴转动，用以带动所述相机固定件相对于调节件移动。

优选的，所述光源调节机构包括第一伸缩臂、第二伸缩臂和光源固定件；所述第一伸缩臂与所述悬臂形成滑动配合；所述第一伸缩臂和第二伸缩臂形成转动配合，所述第二伸缩臂与所述光源固定件形成滑动配合，使所述光源入射角度可以调节；光源固定件用于安装光源。

优选的，所述相机高速移动装置还包括定子，所述滑动组件包括动子座、动子和滑块；

所述定子铺设在所述基座上方的两根所述导轨之间；

所述动子和滑块固定在动子座上，所述滑块固定于所述动子座两侧，所述滑动组件通过所述滑块与所述导轨形成滑动配合连接；

所述动子固定在所述动子座上位于两个所述滑块之间所述定子的正上方；通电便可驱动滑动组件在导轨上直线往复运动，所述定子通多相交流电时，能够产生一个行波磁场，在行波磁场与动子作用下产生驱动力，并带动成像系统直线往复运动。

优选的，所述成像系统两套为一组安装在一套所述相机高速移动装置上，两套所述相机高速移动装置并列安装在所述支架顶部。

优选的，所述成像系统的相机为高精度大视野数字型相机，所述相机的镜头为广角镜头。优选的，所述相机位置反馈系统包括直线编码器。

附图说明

图1是本发明结构示意简图；

图2是本发明成像系统结构示意图；

图3是本发明相机固定机构部分示意图；

图4是本发明的相机高速移动装置结构示意图；以及

图5(a)和图5(b)是本发明的成像系统往复运动位置点示意图。

图中：1-成像系统：11-相机、12-镜头、13-连接件、131-连接件悬臂、14-相机调节机构、141-相机固定件、142-调节件、143-横轴、144-竖轴、145-锥齿轮一、146-锥齿轮二、15-光源、16-光源调节机构、161-伸缩臂一、162-伸缩臂二、163-光源固定件；

2-相机高速移动装置：21-基座、22-导轨、23-滑动组件、231-动子座、232-动子、233-滑块、24-定子、25-相机位置反馈系统、3-支架、4-被检测产品。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明技术方案进行清楚完整的描述。

如图1所示，本实施例提出的一种用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其包括成像系统1、相机高速移动装置2、支架3、高速运动的被检测产品4和控制系统。将本实施例提出的检测装置安装在被检测产品4的生产线上方，利用视觉检测技术，当产品在生产线上高速运动时，位于上方的成像系统在相机高速移动装置2驱动下交替往复运动，从而减小相机与产品的相对运动速度，并通过生产线驱动电机上的光电编码器与相机高速移动装置2上的直线编码器产生的脉冲个数差信号触发相机，实现相机连续拍摄，完成对产品不同位置的图像采集。同时光源通过光源控制电路实时为相机图像采集区补充光照，获得的图像数据实时传入计算机存储，利用图像处理技术对存储的图像进行处理，识别出产品质量缺陷问题。

控制系统包括相机采集频率控制系统、工业计算机和电气控制系统。其中相机采集频率控制系统用于控制相机采集频率，使其与装置运动速度与被检产品速度相匹配，保证采集图像不会失真；工业计算机用于实时显示相机位置及速度信息；电气控制系统用于控制相机高速移动装置带动成像系统往复交替运动。

需要说明的是，相机采集频率控制系统、工业计算机和电气控制系统的功能采用现有技术都可实现。

两套成像系统1为一组，装设于一套相机高速移动装置2上，两套相机高速移动装置2并列安装于支架3顶部，高速运动的被检测产品4位于成像系统下方，被检测产品4在生产线上高速运动，同时相机高速移动装置2带动成像系统1中的低速相机在被检测产品4上方运动，减小相机与高速运动的被检测产品4的相对运动速度，从而完成图像采集。具体采集过程(如图5所示)：设被检测产品的运动速度V₁m/s，成像系统运动速度V₂m/s，其中V₁≥2V₂，每一套相机高速移动装置上的两成像系统同步运动，其在移动装置上固定距离L_AiAi+2＝2(V₁+V₂)，其中，L_BiDi为相机图像采集区，L_AiBi、L_DiEi为相机缓冲区，L_CiDi为预留区，相机图像采集区长度L_BiDi＝V₁-V₂，用于相机加减速的缓冲区长度V₂ ²/2a，预留区长度2V₂ ²/2a，a为相机起步加速度。其中缓冲区用于相机移动加减速，预留区用于相机同步交替，两套相机高速移动装置2上的相机组分别编号为组1和组2。首先组1的一号、二号两台相机以加速度a分别从A₁点、A₃点加速至点B₁、B₃点，速度为V₂，被检测产品4以速度V₁(图5(b)实线表示)运动至B₁点，此时组1的两台相机开启采集工作，并匀速前进。当组1的一号相机从B₁点运动至C₁点时，组2的一号、二号两台相机以加速度a分别从A₂点、A₄点加速至B₂、B₄点，速度为V₂，组2开启工作并匀速前进，同时组1两台相机分别运动至D₁、D₃两点并停止采集工作，此时被检测产品4运动到B₃点(图5b虚线表示)，其D₁B₃区域被组1相机检测，随后组1两台相机分别减速缓冲至E₁、E₃两点，并分别从E₁、E₃两点开始以加速度a₁加速至V₃m/s然后以加速度-a₁减速返回，当组2的一号相机从B₂点运动至C₂点时，组1的两台相机返回至初始点A₁、A₃两点，并开始下一轮循环采集工作，从开始运动到返回至初始点总共耗时t₁s。当组2的两台相机分别运动至D₂、D₄两点时停止采集工作，此时被检测产品4运动到D₄点(图5b双点划线表示)，其D₂D₄区域被检测完毕。组1两台相机分别运动至B₁、B₃点，并开始检测被检测产品4后续区域。随后组2的两台相机分别减速缓冲至E₂、E₄两点，并分别从E₂、E₄两点开始以加速度a₁加速至V₃m/s然后以加速度-a₁减速返回，当组1的一号相机运动至C₁点时，组2两台相机返回至初始点A₂、A₄两点，并开始下一轮循环采集工作，从开始运动到返回至初始点总共耗时t₁s。

两套相机高速移动装置上的成像系统如此往复交替循环完成低速相机对高速运动的被检测产品4的扫描。其中相机采集频率由生产线驱动电机上光电编码器和相机高速移动装置上的直线编码器发送的脉冲差信号决定，以得到高速运动的被检测产品4表面的真实图像。

成像系统与工业计算机的图像信号输入端相连，将采集到的高速运动的被检测产品4表面图像进行处理，并识别高速运动的被检测产品4表面缺陷类型，为后续高速运动的被检测产品4处理提供数据参考。

如图2、图3和图4所示，本实施例中，成像系统1包括相机11、镜头12、连接件13、相机调节机构14、光源15和光源调节机构16。连接件13通过连接孔与相机高速移动装置2的滑动组件23采用螺栓相固定。相机调节机构14通过调节件142与连接件13上的滑槽形成滑动配合，使相机可横向调节位置，在调节完成后通过连接件13上的紧定螺钉可实现其位置的固定。调节件142上设有螺纹孔通过螺纹孔与竖轴144螺纹连接，且调节件142与相机固定件141形成滑动配合，横轴143和竖轴144分别水平、竖直安装在相机固定件141中，横轴143与锥齿轮一145固连，竖轴144与锥齿轮二146固连，锥齿轮一145与锥齿轮二146啮合，旋转横轴143带动竖轴144转动，使相机固定件141可沿着调节件142上下移动，从而实现相机11的高度调节。其中，相机11通过相机固定件141夹持安装于高速运动的被检测产品4生产线的上方，并可通过相机调节机构14调节其横向、竖直方向位置。光源调节机构16连接在连接件悬臂131上，光源调节机构16包括：伸缩臂161一、伸缩臂二162和光源固定件163，光源调节机构16通过伸缩臂一161与连接件悬臂131形成滑动配合，可实现光源15前后位置调节，且伸缩臂一161上设有紧定螺钉，用于固定伸缩臂一161位置，两根伸缩臂转动配合在一起，可实现光源角度调节，伸缩臂二162与光源固定件163滑动配合，用以实现光源15上下位置调节，且伸缩臂二162上设有紧定螺钉，用于固定伸缩臂二162位置。光源15与光源控制器(图中未示意)相连，可通过控制器调节其亮度。

如图1、图4所示，相机高速移动装置2包括基座21、导轨22、滑动组件23、定子24和相机位置反馈系统25，其中滑动组件包括动子座231、动子232和滑块233。滑块233固定于动子座231两侧，动子232固定在动子座231上位于两个滑块233之间。导轨22平行铺设在基座21左右边缘位置，定子24铺设在基座21上，并布置于两根导轨之间，滑动组件23通过滑块233与导轨22形成滑动配合连接，起到导向承载作用。其中动子232位于定子24正上方，当在电机定子中通多相交流电时，便产生一个平移交变磁场称为行波磁场，在行波磁场与动子(永磁体)作用下产生驱动力，并带动成像系统直线往复运动。其中，相机位置反馈系统25为直线编码器可实时反馈成像系统的速度及位置。

在具体实例中，本发明装置的具体检测过程：

(1)系统通电，打开工业计算机、控制器、相机11和光源15；

(2)调节相机和光源，使相机和光源分别处于最佳采集位置和最佳采光亮度；

(3)按下高速运动的被检测产品4生产线控制程序运行按钮，高速运动的被检测产品4开始高速运动，同时相机按照前述往复交替扫描过程采集高速运动的被检测产品4的表面图像，进行实时在线检测，对于检测效率的提高起到重要作用。

与现有技术相比，本实施例使用所述相机高速移动装置带动所述成像系统与被检测产品形成较小的相对速度，利用产生的位移差实现低速相机对高速运动产品不同位置质量高精度的实时在线检测，提高了检测效率，降低了检测成本。

以上为本发明的实施例，对本领域普通技术人员而言，可以理解为在不脱离本发明原理的情况下，对这些实施例进行的修改，都属于在本发明权利要求确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其特征在于，该装置包括成像系统、相机高速移动装置、支架以及控制系统；

所述支架用于固定安装所述相机高速移动装置；

所述相机高速移动装置，安装在所述支架上，用以带动所述成像系统沿着被检测产品运动方向移动，减小所述成像系统与被检测产品的相对运动速度；

所述成像系统，安装在所述相机高速移动装置上，用以完成对处于高速运动状态的被检测产品的图像采集；

两套所述成像系统为一组，装设于一套所述相机高速移动装置上，两套所述相机高速移动装置并列安装于所述支架顶部，每一套所述相机高速移动装置上的两套所述成像系统同步运动，其在移动装置上固定距离L_AiAi+2＝2(V₁+V₂)，其中，V₁≥2V₂，V₁为被检测产品的运动速度，V₂为成像系统运动速度，两套相机高速移动装置上的成像系统往复交替循环完成低速相机对高速运动的该被检测产品的扫描；

所述控制系统包括相机采集频率控制系统、工业计算机和电气控制系统；所述相机采集频率控制系统用于控制相机采集频率，相机采集频率由生产线驱动电机上光电编码器和相机高速移动装置上的直线编码器发送的脉冲差信号决定，工业计算机用于实时显示相机位置及速度信息；电气控制系统用于控制相机高速移动装置带动成像系统往复交替运动；

所述成像系统包括相机、光源、连接件、相机调节机构和光源调节机构；所述光源调节机构包括第一伸缩臂、第二伸缩臂和光源固定件；所述第一伸缩臂与悬臂形成滑动配合；所述第一伸缩臂和第二伸缩臂形成转动配合，所述第二伸缩臂与所述光源固定件形成滑动配合，使所述光源入射角度能够调节；光源固定件用于安装光源；

所述相机调节机构包括相机固定件、调节件、第一锥齿轮、第二锥齿轮、竖轴和横轴；所述相机固定件用于夹持固定所述相机；所述调节件与所述相机固定件形成滑动配合，用以调节所述相机的位置；所述横轴横向穿过所述相机固定件，第一端在所述相机固定件的外部，第二端与第一锥齿轮固连；所述竖轴的第一端与所述调节件通过螺纹配合连接，第二端与第二锥齿轮固连；通过旋转所述横轴的第一端能够带动所述第一锥齿轮转动，所述第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合，带动所述竖轴转动，用以带动所述相机固定件相对于调节件移动。

2.根据权利要求1所述的用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其特征在于，所述连接件的第一端与所述相机高速移动装置相连，第二端与所述相机调节机构固定连接，第三端与所述光源调节机构连接；

所述相机调节机构，用于调节并固定所述相机的位置；以及

所述光源调节机构，与所述相机调节机构平行安装，用于调节所述光源照射的位置及角度，使所述光源能较好地配合所述相机采集图像。

3.根据权利要求1所述的用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其特征在于，所述相机高速移动装置包括基座、导轨、滑动组件和相机位置反馈系统；

所述基座固定安装在所述支架上部；

所述导轨平行铺设在所述基座上的左右两侧，对所述滑动组件进行导向和承载；

所述滑动组件通过所述连接件的第一端与所述成像系统连接，所述滑动组件与所述导轨滑动配合连接，能够在所述导轨上直线往复运动，用以带动所述成像系统沿着所述导轨直线往复运动；以及

所述相机位置反馈系统，用以实时监测所述成像系统的位置及速度。

4.根据权利要求2所述的用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其特征在于，所述连接件上设有滑槽、紧定螺钉和悬臂；相机调节机构与连接件通过滑槽连接，能够实现其左右位置调节，在调节完成后，通过连接件上的紧定螺钉可实现其位置的固定；连接件通过连接孔与相机高速移动装置上的滑动组件采用螺栓相连；所述悬臂用于连接光源调节机构。

5.根据权利要求3所述的用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其特征在于，所述相机高速移动装置还包括定子，所述滑动组件包括动子座、动子和滑块；

所述定子铺设在所述基座上方的两根所述导轨之间；

所述动子和滑块固定在动子座上，所述滑块固定于所述动子座两侧，所述滑动组件通过所述滑块与所述导轨形成滑动配合连接；以及

所述动子固定在所述动子座上位于两个所述滑块之间所述定子的正上方；通电便能够驱动滑动组件在导轨上直线往复运动，所述定子通多相交流电时，能够产生一个行波磁场，在行波磁场与动子作用下产生驱动力，并带动成像系统直线往复运动。

6.根据权利要求1所述的用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其特征在于，所述成像系统的相机为高精度大视野数字型相机，所述相机的镜头为广角镜头。

7.根据权利要求3所述的用低速相机实现高速运动产品质量检测装置，其特征在于，所述相机位置反馈系统包括直线编码器。

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