CN110749604A - 一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置 - Google Patents

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余桂英
王国勇
程爱玲
戴云霄
刘中祥
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Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，安装在金属桶生产线上，包括定位机构、内窥机构、定位挡板、控制台、剔除装置，所述的定位机构及内窥机构固定在在生产线正上方，定位挡板及剔除装置安装在生产线的传送导轨上(图上未标出)、控制台由计算机及PLC组成，安装在在生产线的一侧，分别于与定位机构、内窥机构、定位挡板、剔除装置电连接。本发明的内窥机构伸入桶内后与桶的几何中心线几乎重合，与桶底几乎垂直，形成较好的成像条件、成像清晰、能有效剔除缺陷产品。

Description

一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置
技术领域
本发明属于机器视觉识别和检测领域，具体涉及一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置。
背景技术
金属桶的制作工艺复杂，在生产过程中不可避免会有异物（油漆、胶粒、纤维、污物等）出现在罐体内部。这些异物一旦未被发现，在灌装过程中与食品或者原油等产品混合在一起，长时间会产生化学变化，存在安全隐患。
随着对质量和快速生产的不断增长的需求，产品质量检测的精度、速度与稳定性正变得越来越重要。传统的工厂均使用人眼观察检测，导致人眼在检测过程中会出现遗漏，存在效率低、人工成本高等问题。引入机器视觉检测方法可解放人工作业，提高生产效率。
采用机器视觉对金属桶内高反射表面进行缺陷检测，目前存在几个技术难点，一是照明方案的设计，由于金属罐的内表面为高反射面，普通的照明条件下桶底会形成高亮的不可检测区域，同时桶底自身的纹理及字符印文会增加实现照明均匀性的难度，进而难以将缺陷与背景分离。二是光源、成像装置及被测区域三者之间的位置关系，由于桶口直径小，而罐体深度大、桶底直径大，空间限制因素多，图像采集困难。
专利号为201711364780.8，名称为“一种油桶桶内异物智能检测装置”的中国专利中公开了一种装置，包括检测机构主体框架、旋转机构、定位柱、PLC、拍照主体、升降机构及计算机。其拍照主体为长方形，垂直固定在升降机构上，两个桶内壁检测相机模块固定在拍照主体的侧下部的不同位置。此拍照主体虽然可以同时对桶壁和桶底进行拍照检测，但由于机构为长方体，只能垂直升降，对同底拍摄时光轴与桶底圆心不同心，图像会产生较大畸变。此外，该拍照主体没有设计合理的照明结构，难以保证相机探入桶内后可以检测异物的有无。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测系统和方法，克服现有技术中的欠缺而提供一种光照均匀性好、成像清晰、有效获金属桶高反射表面信息的机器视觉方法。在此基础上进行异物的识别以及表面缺陷的检测，具有高效、稳定、准确等优点。配合传送带等自动零件运输方式，还能实现识别检测的自动化，提升工业制造水平。本发明提供如下技术方案：一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，安装在金属桶生产线的桶内吹气工位之后，包括定位机构、内窥机构、定位柱、剔除装置、控制台。所述控制台由计算机PLC组成（图上未标出）安装在在生产线的一侧，分别于与定位机构、内窥机构、定位挡板及剔除装置电连接。所述的定位机构固定在生产线相应工位，由支架结构、升降模块和位置校正模块组成。所述升降模块固定在支架结构的中间位置，升降模块的下方连接着位置校正模块，所述位置校正模块为一个平板，上方固定内窥机构，内窥机构的一端固定能有一个由相机及光源组成的视觉模块。其特征在于：所述的内窥机构的主体支架为G字形结构，视觉模块伸入桶内后与桶的几何中心线几乎重合，与桶底几乎垂直，形成较好的成像条件。视觉模块设计小巧、紧凑，多颗LED灯珠垂直于镜头主光轴固定在相机上以一定发散角向四周打光，底部固定一块涂有吸光材料的遮光板来避免桶底高亮光斑的形成。
本发明与现有技术相比具有以下优点：1、能最大程度检测桶底表面缺陷种类。2、能有效减弱桶内高反射表面高亮光斑的形成。3、能有效减弱桶底字符印文对图像检测的干扰。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为定位机构示意图。
图3为内窥机构示意图。
图4为视觉模块示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明安装在金属桶生产线3上，包括定位机构1、内窥机构2、定位柱5、控制台6、剔除装置4，所述的定位机构1及内窥机构2安装在生产线3正上方，定位柱5及剔除装置4安装在生产线3的传送导轨上(图上未标出)、控制台6由计算机及PLC组成(图上未标出)，安装在在生产线3的一侧，分别于与定位机构1、内窥机构2、定位柱5、剔除装置4电连接。
参见图2，定位机构2位于金属桶的正上方，由支撑结构8、升降模块9、位置校正模块11组成。所述升降模块9下方连接位置校正模块11，由气缸7提供动力进行升降。所述位置校正模块11的两端分别固定一个定位夹具10。进行检测时，在位置校正模块11降落在桶盖上后定位夹具10加紧桶口使其相对位置保持一定，实现位置校正功能。
参见图3，内窥机构2安装在位置校正模块11之上，由相机支撑臂12、电机13、导向轮支撑结构14、导向轮16及视觉模块15组成。所述相机支撑臂12呈G字形结构，所述视觉模块15固定在相机支撑臂12远离转轴的一端，在定位夹具10的正上方。相机支撑臂12可以绕轴心转动将视觉模块15平缓伸入金属桶内部，使视觉模块15的光轴与桶的几何中心线几乎重，镜头主光轴与桶底几乎垂直，获取高质量图像。
参见图4，视觉模块15由相机17、遮光板18、相机壳罩19、镜头20和光源21组成。相机17采用小型化工业相机，被光源21所包围，小型化工业相机集成度高，外形小巧适用于伸入狭小桶口进行图像采集。所述光源21是由多颗LED灯珠组成的环形光源，每颗灯珠之间成一定角度排布，在光源下方固定一块涂有吸光材料的遮光板，将直射桶底方向的光线吸收，避免桶底形成高亮光斑，光源打光的具体形式为：光线垂直于镜头20主光轴方向，根据金属桶的尺寸以一定的发散角向四周照射到金属桶内壁，经过内壁以反射与散射的形式照射到桶底实现大面积、均匀的桶底照明，清晰反应桶底表面信息。根据实际需求，在镜头20和光源21上分别可以外加一个偏振片来消除底部因反射产生的光斑。
本发明的检测方法包括以下步骤：A、经过吹气工艺之后，金属桶大桶口位置与传送方向一致，传送导轨将油桶传送至定位机构2下方，当金属桶与定位柱5接触时，说明其已到达检测位置，发送信号给控制台6。
B、此时，控制台6控制气缸7为升降模块9提供动力，升降模块9将位置校正模块11降至与桶盖贴合位置，位置校正模块11上的定位夹具10夹住桶口使其相对位置固定，完成位置校正。
C、此时，内窥机构2连接视觉模块15的一端在桶口正上方，控制台6控制电机13转动，相机支撑臂12将视觉模块15伸入桶内。
D、此时，相机15的光轴垂直于桶底表面，控制台6发送指令使光源21频闪一次，同时使相机17进行一次图像采集。
E、此时，图像被传送至控制台6进行识别检测，检测结果呈现在计算机显示器上，同时控制台6控制电机13转动，相机支撑臂12将视觉模块15从桶内移出。
F、此时，控制台6控制发送指令，气缸7为升降模块9提供动力，升降模块9将位置校正模块11抬离桶盖表面，剔除装置4向前推进将检测不通过的金属桶推出生产线，检测通过的金属桶被传送导轨传送至下一工位。
综上所述，本发明能够实现对金属桶内高反射表面缺陷进行高效率、高精度检测，提高工作效率，同时提高了产品的合格率。
尽管本发明已经示出了本发明的实施例，但其并非用以限定本发明的保护范围，比如可以在镜头及光源上增加偏正片等常用视觉辅助元件；增加光源的灯珠的数量等。对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和构思的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，安装在金属桶生产线上，包括定位机构、内窥机构、定位柱、控制台、剔除装置，所述的定位机构及内窥机构安装在生产线正上方，定位挡板及剔除装置安装在生产线的传送导轨上(图上未标出)，控制台由计算机PLC组成（图上未标出）安装在在生产线的一侧，分别于与定位机构、内窥机构、定位挡板及剔除装置电连接，其特征在于：当所述的内窥机构将组合光源和相机集成在一起，采用G字形支撑臂伸入至桶内轴心位置进行图像采集。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，其特征在于：当金属桶与定位柱接触时说明金属桶已到达检测工位，控制台命令装置开始检测，检测到不合格产品时剔除装置向前运动，将其从生产线上向外推出；检测到合格产品时定位挡板缩回至传送导轨下方，合格产品被传送至下一工位。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，其特征在于：所述的定位机构位于金属桶的正上方，由支撑结构、升降模块、位置校正模块组成，所述升降模块下方连接位置校正模块，由气缸提供动力进行升降，所述位置校正模块的两端分别固定一个定位夹具对桶口进行夹持，每次加持后检测装置与金属桶的相对位置保持一致。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，其特征在于：内窥机构安装在位置校正模块之上，由相机支撑臂、电机、导向轮支撑结构、导向轮及视觉模块组成，所述相机支撑臂呈G字形结构，所述视觉模块固定在相机支撑臂转轴的一端，在定位夹具的正上方，相机支撑臂可以绕轴心转动将视觉模块平缓伸入金属桶内的几何中心线处，镜头主光轴与桶底几乎垂直，正对桶底拍摄，可根据桶盖尺寸调节相机支撑臂尺寸确定视觉模块与桶底的距离。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，其特征在于：视觉模块体积小于桶口直径，由相机、相机壳罩、光源、遮光板和镜头组成，相机采用小型化工业相机，被光源所包围。
6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的金属桶内高反射表面缺陷检测装置，其特征在于：所述光源是由多颗LED灯珠组成的环形光源，在光源下方固定一块涂有吸光材料的遮光板，每颗灯珠之间成一定角度排布，LED灯珠的主光轴垂直于镜头主光轴方向，以一定的发散角向四周照射到金属桶内壁，经过内壁以反射与散射的形式照射到桶底，形成均匀照明 ，光源和镜头上分别预留可装持偏振片的空间。
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