CN110441313A - 一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，包括：用于对金属密封端盖的上表面和上边线进行质检的视觉检测工位一，视觉检测工位一包括三个CCD黑白工业相机、四个光源、承载金属密封端盖的透明亚克力板，用于对金属密封端盖的侧面进行质检的视觉检测工位二，视觉检测工位二包括一个线扫描工业相机、一个线光源、带动金属密封端盖旋转的回转机构；用于对金属密封端盖的下表面和下边线进行质检的视觉检测工位三，视觉检测工位三包括一个相机和三个光源，机器人装置和图像处理系统，四个CCD黑白工业相机和一个线扫描工业相机的信号输出端子分别与图像处理系统的信号输入端子进行数据交互。

Description

一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统

技术领域

本发明属于金属密封端盖质检技术领域，具体涉及一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统。

背景技术

金属密封端盖在机械产品中起到至关重要的作用，由于生产制造过程中的工艺水平、操作不当造成的金属密封端盖表面产生缺陷，如裂纹、划痕、磕碰、凹坑、生锈、塌角、磨损等，会破坏表面油膜的形成，造成部件密封不严，发生质量问题，严重的可导致重大安全事故发生。因此，检测金属密封件表面缺陷是产品质量控制过程的必要环节。但是，对于金属密封端盖的缺陷检测部位，包括了金属件的上表面、下表面、环形侧面以及上下表面与侧面形成的上下边线部位。由于要求检测的部位较多，目前还大多依靠传统的人工肉眼检测，检测效率低、失误率高；为了满足大批量工件的快速、高准确率的检测要求，可采用机器视觉技术来代替人工视觉，基于一个自动化的缺陷检测平台，完成工件的缺陷检测要求。而替代传统人工的自动检测平台大多数只能从某个固定角度对工件进行图像采集，或只能采用某种单一的光源对缺陷特征进行提取，很难做到对图1所述的所有部位的所有缺陷进行检测和分析，这种检测平台是不全面的，对于一般工件的检测大部分可满足要求，但对于金属密封端盖的缺陷检测要求来说，如不能保证所有部位的检测，则这样的装置或平台则是毫无意义的。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，该多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统能够解决金属密封件外表面多部位的缺陷检测。

本发明的目的是提供一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，用于对圆环结构的金属密封端盖表面进行质检；所述金属密封端盖表面包括上表面、侧面和下表面；所述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统至少包括：

用于对金属密封端盖的上表面和上边线进行质检的视觉检测工位一，所述视觉检测工位一包括三个CCD黑白工业相机、四个光源、承载金属密封端盖的透明亚克力板，其中：四个光源分别为：置于透明亚克力板上表面的光源C，所述光源C为固定的低角度环形光源，位于光源C上方的光源B，所述光源B为环形光源，位于透明亚克力板下表面的光源D，所述光源D为固定的背景回形面光源；位于光源B上方的光源A，所述光源A为固定的回形面光源；三个CCD黑白工业相机分别为相机A、相机B和相机C；所述相机A位于光源A的中心位置，所述相机B和相机C位于透明亚克力板的上方，且相机B和相机C的光轴与金属密封端盖上表面的角度为α；

用于对金属密封端盖的侧面进行质检的视觉检测工位二，所述视觉检测工位二包括一个线扫描工业相机、一个线光源、带动金属密封端盖旋转的回转机构；所述线扫描工业相机的光轴和线光源的光线均与回转机构的回转轴相垂直；

用于对金属密封端盖的下表面和下边线进行质检的视觉检测工位三，所述视觉检测工位三包括一个相机D和三个光源，该相机D为CCD黑白工业相机，其中：三个光源分别为：位于相机D正上方的光源G，上述光源G为固定的回形面光源；位于光源G正上方的光源E，上述光源E为低角度环形光源，位于光源G上表面的光源F，上述光源F为高角度环形光源；

用于夹持金属密封端盖并实现金属密封端盖在三个视觉检测工位之间搬运的机器人装置；

以及图像处理系统，四个CCD黑白工业相机和一个线扫描工业相机的信号输出端子分别与图像处理系统的信号输入端子进行数据交互。

进一步，上述视觉检测工位一还包括带动光源B运动的运动机构A，该运动机构A包括直线导轨A、与直线导轨A配合的滑块A，固定于滑块A上的光源B安装支架。

进一步，上述回转机构包括伺服电机，该伺服电机的电机轴竖直向上，在所述电机轴的上端面固定有回转台，在上述回转台上固定安装有夹爪。

进一步，上述视觉检测工位三还包括带动光源G运动的运动机构G，所述运动机构G包括直线导轨G、与直线导轨G配合的滑块G，固定于滑块G上的光源G安装支架。

更进一步，上述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括上料机构，所述上料机构包括入料输送线和直角上料机构；其中：上述直角上料机构包括水平方向设置的丝杠，在所述丝杠的螺母上固定安装有丝杠滑块，在该丝杠滑块上固定安装有气缸A，该气缸A的活塞杆竖直向上，在该活塞杆的上表面固定有升降板，在上述升降板的下表面固定安装有气缸B，该气缸B的活塞杆竖直向下，在上述气缸B的活塞杆下端面固定安装有抓取金属密封端盖的夹具。

更进一步，上述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括出料输送机构，所述出料输送机构包括合格品出料输送线和非合格品存放台；所述非合格品存放台包括底板、安装于底板上表面的导轨、沿着导轨运动的托盘、位于导轨一端的存放工位、位于导轨另一端的移除工位；所述托盘包括一矩形的置物板，在该置物板的上表面竖直设有四根定位杆，定位杆的下端面与置物板固定连接，四根定位杆成矩形分布，人工拉手与置物板或定位杆固定连接。

更进一步，所述机器人装置包括四轴工业机器人和夹具。

更进一步，所述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括铝型材制成的外罩。

更进一步，所述入料输送线包括皮带和电机，在该皮带的下方设置有清洁用的海绵。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，机器人装置可以将金属密封端盖在三个视觉检测工位之间进行自动化搬运，在不同的视觉检测工位，通过光源和相机采集相应位置的图像，最后通过图像处理系统对采集到的图像进行智能分析，进而得出金属密封端盖是否合格；同时，本发明采用了上料机构和出料输送机构，进而能够实现自动化上料作业和下料作业；显然，本发明能够实现自动检测的全过程，满足合格品自动下料，缺陷件按缺陷种类分类存放，最重要的是，该检测系统通过多工位、多角度的相机和光源组合，可实现被检测工件所有表面的缺陷项检测，无需人工干预，能够适用于各种零件表面缺陷检测技术领域的需求。

附图说明

图1为金属密封端盖的结构图；

图2为本发明优选实施例的结构示意图；

图3为本发明优选实施例整体的第一视角结构图；

图4为本发明优选实施例整体的第二视角结构图；

图5为本发明优选实施例中非合格件的存放台结构图；

图6为图5中非合格件的存放工位结构图；

图7为本发明优选实施例中直角上料机构的结构图；

图8为本发明优选实施例中视觉检测工位一的结构图；

图9为本发明优选实施例中视觉检测工位二的结构图；

图10为本发明优选实施例中视觉检测工位三的结构图；

图11为本发明优选实施例中机器人装置的结构图；

图12为本发明优选实施例的工作流程图；

图13为本发明优选实施例中视觉检测工位一的工作流程图；

图14为本发明优选实施例中视觉检测工位二的工作流程图；

图15为本发明优选实施例中视觉检测工位三的工作流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示，本发明的技术方案为：

一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，用于对圆环结构的金属密封端盖表面进行质检；所述金属密封端盖表面包括上表面、侧面和下表面；所述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统包括：

用于对金属密封端盖的上表面和上边线进行质检的视觉检测工位一3，所述视觉检测工位一包括三个CCD黑白工业相机、四个光源、承载金属密封端盖的透明亚克力板3-1，其中：四个光源分别为：置于透明亚克力板上表面的光源C3-2，所述光源C为固定的低角度环形光源，位于光源C上方的光源B3-3，所述光源B为环形光源，位于透明亚克力板下表面的光源D3-4，所述光源D为固定的背景回形面光源；位于光源B上方的光源A3-5，所述光源A为固定的回形面光源；三个CCD黑白工业相机分别为相机A3-6、相机B3-7和相机C3-8；所述相机A位于光源A的中心位置，所述相机B和相机C位于透明亚克力板的上方，且相机B和相机C的光轴与金属密封端盖上表面的角度为α；α不为0；

用于对金属密封端盖的侧面进行质检的视觉检测工位二6，所述视觉检测工位二包括一个线扫描工业相机6-1、一个线光源6-2、带动金属密封端盖旋转的回转机构；所述线扫描工业相机的光轴和线光源的光线均与回转机构的回转轴相垂直；

用于对金属密封端盖的下表面和下边线进行质检的视觉检测工位三9，所述视觉检测工位三包括一个相机D9-1和三个光源，该相机D为CCD黑白工业相机，其中：三个光源分别为：位于相机D正上方的光源G9-2，上述光源G为固定的回形面光源；位于光源G正上方的光源E9-3，上述光源E为低角度环形光源，位于光源G上表面的光源F9-4，上述光源F为高角度环形光源；

用于夹持金属密封端盖并实现金属密封端盖在三个视觉检测工位之间搬运的机器人装置4；机器人装置包括四轴工业机器人4-1和夹具4-2；

以及图像处理系统，四个CCD黑白工业相机和一个线扫描工业相机的信号输出端子分别与图像处理系统的信号输入端子进行数据交互。。

作为优选，请参阅图8，上述视觉检测工位一还包括带动光源B运动的运动机构A，该运动机构A包括直线导轨A、与直线导轨A配合的滑块A，固定于滑块A上的光源B安装支架。

作为优选，请参阅图9，上述回转机构包括伺服电机6-3，该伺服电机的电机轴竖直向上，在所述电机轴的上端面固定有回转台6-4，在上述回转台上固定安装有夹爪6-5。

作为优选，请参阅图10，上述视觉检测工位三还包括带动光源G运动的运动机构G，所述运动机构G包括直线导轨G9-5、与直线导轨G配合的滑块G9-6，固定于滑块G上的光源G安装支架9-7。

作为优选，请参阅图7，上述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括上料机构，所述上料机构包括入料输送线1和直角上料机构2；其中：上述直角上料机构包括水平方向设置的丝杠2-1，在所述丝杠的螺母上固定安装有丝杠滑块2-2，在该丝杠滑块上固定安装有气缸A2-3，该气缸A的活塞杆竖直向上，在该活塞杆的上表面固定有升降板2-4，在上述升降板的下表面固定安装有气缸B2-5，该气缸B的活塞杆竖直向下，在上述气缸B的活塞杆下端面固定安装有抓取金属密封端盖的夹具2-6。

作为优选，请参阅图5和图6，上述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括出料输送机构，所述出料输送机构包括合格品出料输送线5和非合格品存放台7；所述非合格品存放台包括底板7-1、安装于底板上表面的导轨7-2、沿着导轨运动的托盘7-3、位于导轨一端的存放工位7-4、位于导轨另一端的移除工位7-5；所述托盘包括一矩形的置物板7-6，在该置物板的上表面竖直设有四根定位杆7-7，定位杆的下端面与置物板固定连接，四根定位杆成矩形分布，人工拉手7-8与置物板或定位杆固定连接。

请参阅图2至图4，上述优选实施例主要包括外罩、入料输送线、合格品出料输送线、缺陷件分类存放台、直角上料机构、视觉检测工位一、视觉检测工位二、视觉检测工位三、机器人及夹具系统、电控柜。

入料输送线用于将被检测工件输送到平台内部，输送线由电机驱动，输送线的长度可根据需要缓存的工件数量设计。

合格品出料输送线用于将检测完成后的合格工件输送到平台外部，输送线由电机驱动，长度可根据需要缓存的工件数量设计。

缺陷件分类存放台用于存放平台内部检测过程中存在缺陷的工件，分为多个工位，工位的数量可根据缺陷分类要求设计，可根据缺陷的不同类别分别存放。

视觉检测工位一用于检测工件的上表面、上边线、通孔及螺纹孔内缺陷；检测初始时，光源B移动至直线导轨A的一端，移出相机A、相机B和相机C的视野范围外；被检测工件被放置在透明板上后开始进行视觉检测工位一的检测流程：通过相机A和光源A的组合可实现上表面的生锈、磕碰、凹坑等缺陷，通过相机A和光源3的组合可实现上表面的划痕及表面磕碰等缺陷，通过相机B、相机C和光源3的组合可实现上边线的磕碰等缺陷，通过相机A和光源4的组合可实现螺纹孔螺牙缺失等缺陷；上述检测完成后，光源B移动至被检测工件的正上方，通过相机A和光源B的组合可实现外圆凸起和外圆磕碰等缺陷的检测，检测完成后，光源B仍移出至直线导轨一端，方便工件的抓取。

视觉检测工位二用于检测工件的环形侧面的缺陷。被检测工件被放置在闭合的夹爪上，夹爪张开可完成工件的定位及夹紧，线扫描相机垂直于工件的环形侧面，同时线光源照射到线扫描相机采集的部位，夹爪安装在回转台上，回转台通过伺服电机驱动带动工件旋转一周，同时线扫描相机完成整个环形侧面的缺陷检测，可实现环形侧面上的磕碰、凹坑等缺陷。上述检测过程完成后，夹爪闭合，工件可被抓取离开视觉检测工位二。

视觉检测工位三用于检测工件的下表面和下边线缺陷；检测初始时，光源F移动至导轨的一端，移出相机D的视野范围外；被检测工件被移动至图10所示位置，置于光源E内；通过相机D和光源E的组合可实现表面划痕及表面磕碰等缺陷，通过相机D和光源G的组合可实现表面生锈、表面磕碰、内外圆磕碰以及表面凹坑等缺陷；上述检测完成后，光源F移动至工件正下方，通过相机D和光源F的组合可实现外圆凸起及外圆磕碰等缺陷，检测完成后，光源F仍移出至导轨一端。

在上述实施例中，机器人采用四轴SCARA工业机器人，如图11所示，夹具为三爪气动夹爪，用于抓取工件，机器人及夹具系统通过连接板5实现与地面的连接。

电控柜8用于整个设备的电气控制及人机操作界面，由plc系统、触摸屏及相关电气元件组成，并计算机通讯实现电气控制系统与视觉系统之间的交互。

计算机通过图像采集卡与所有相机相连接，用于进行视觉图像处理；

图像处理系统包括划痕检测模块、凹坑检测模块、凸起检测模块、磕碰检测模块、生锈检测模块、螺纹检测模块；开发好的各项检测模块存于计算机中，每次检测调用不同的检测模块或多种模块组合应用即可。

直角上料机构用于实现工件从入料输送线至视觉检测工位一之间的转运，当工件经由入料输送线输送至平台内并经过对中定位后，直角上料机构夹具由伺服电机驱动至工件处定点抓取工件，再移动至视觉检测工位一的对接平台上。

机器人及夹具系统用于实现视觉检测工位一、视觉检测工位二、缺陷件分类存放台、视觉检测工位三、合格品出料输送线5个装置之间工件的转运。

请参阅图12至图15，工作过程为：工件(由人工或自动)送入入料输送线，由入料输送线将待检测件送入外罩内部上料点位，该位置具有定位对中机构可对工件进行定位，由直角上料机构将工件从入料输送线上定点抓取并送入视觉检测工位一装置上，待视觉检测工位一完成检测流程后，如工件无缺陷，则由机器人及夹具系统从视觉检测工位一中抓取并送入视觉检测工位二装置上，待视觉检测工位二完成检测流程后，如工件无缺陷，则由机器人及夹具系统从视觉检测工位二中抓取并送入视觉检测工位三装置上，待视觉检测工位三完成检测流程后，如工件无缺陷，再由机器人及夹具系统从视觉检测工位三中抓取并送入合格品出料输送线，由其将无缺陷工件送出平台；若经某一视觉检测工位检测出工件有缺陷，则由机器人及夹具系统从该视觉检测工位中抓取并按照缺陷类别送入缺陷件分类存放台中的相应位置；当缺陷件分类存放台中任意工位装满后，系统进行报警，可由人工将盛满的工位拉出至平台外侧进行缺陷件的转移。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，用于对圆环结构的金属密封端盖表面进行质检；所述金属密封端盖表面包括上表面、侧面和下表面；其特征在于，所述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统至少包括：

用于对金属密封端盖的上表面和上边线进行质检的视觉检测工位一，所述视觉检测工位一包括三个CCD黑白工业相机、四个光源、承载金属密封端盖的透明亚克力板，其中：四个光源分别为：置于透明亚克力板上表面的光源C，所述光源C为固定的低角度环形光源，位于光源C上方的光源B，所述光源B为环形光源，位于透明亚克力板下表面的光源D，所述光源D为固定的背景回形面光源；位于光源B上方的光源A，所述光源A为固定的回形面光源；三个CCD黑白工业相机分别为相机A、相机B和相机C；所述相机A位于光源A的中心位置，所述相机B和相机C位于透明亚克力板的上方，且相机B和相机C的光轴与金属密封端盖上表面的角度为α；

用于对金属密封端盖的侧面进行质检的视觉检测工位二，所述视觉检测工位二包括一个线扫描工业相机、一个线光源、带动金属密封端盖旋转的回转机构；所述线扫描工业相机的光轴和线光源的光线均与回转机构的回转轴相垂直；

用于对金属密封端盖的下表面和下边线进行质检的视觉检测工位三，所述视觉检测工位三包括一个相机D和三个光源，该相机D为CCD黑白工业相机，其中：三个光源分别为：位于相机D正上方的光源G，上述光源G为固定的回形面光源；位于光源G正上方的光源E，上述光源E为低角度环形光源，位于光源G上表面的光源F，上述光源F为高角度环形光源；

用于夹持金属密封端盖并实现金属密封端盖在三个视觉检测工位之间搬运的机器人装置；

以及图像处理系统，四个CCD黑白工业相机和一个线扫描工业相机的信号输出端子分别与图像处理系统的信号输入端子进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，上述视觉检测工位一还包括带动光源B运动的运动机构A，该运动机构A包括直线导轨A、与直线导轨A配合的滑块A，固定于滑块A上的光源B安装支架。

3.根据权利要求1所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，上述回转机构包括伺服电机，该伺服电机的电机轴竖直向上，在所述电机轴的上端面固定有回转台，在上述回转台上固定安装有夹爪。

4.根据权利要求1所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，上述视觉检测工位三还包括带动光源G运动的运动机构G，所述运动机构G包括直线导轨G、与直线导轨G配合的滑块G，固定于滑块G上的光源G安装支架。

5.根据权利要求1-4任一项所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，上述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括上料机构，所述上料机构包括入料输送线和直角上料机构；其中：上述直角上料机构包括水平方向设置的丝杠，在所述丝杠的螺母上固定安装有丝杠滑块，在该丝杠滑块上固定安装有气缸A，该气缸A的活塞杆竖直向上，在该活塞杆的上表面固定有升降板，在上述升降板的下表面固定安装有气缸B，该气缸B的活塞杆竖直向下，在上述气缸B的活塞杆下端面固定安装有抓取金属密封端盖的夹具。

6.根据权利要求5所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，上述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括出料输送机构，所述出料输送机构包括合格品出料输送线和非合格品存放台；所述非合格品存放台包括底板、安装于底板上表面的导轨、沿着导轨运动的托盘、位于导轨一端的存放工位、位于导轨另一端的移除工位；所述托盘包括一矩形的置物板，在该置物板的上表面竖直设有四根定位杆，定位杆的下端面与置物板固定连接，四根定位杆成矩形分布，人工拉手与置物板或定位杆固定连接。

7.根据权利要求5所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，所述机器人装置包括四轴工业机器人和夹具。

8.根据权利要求5所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，所述多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统还包括铝型材制成的外罩。

9.根据权利要求5所述的多工位、多角度视觉表面缺陷检测系统，其特征在于，所述入料输送线包括皮带和电机，在该皮带的下方设置有清洁用的海绵。