CN112903693A - 基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端 - Google Patents

基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端 Download PDF

Info

Publication number
CN112903693A
CN112903693A CN202110062297.4A CN202110062297A CN112903693A CN 112903693 A CN112903693 A CN 112903693A CN 202110062297 A CN202110062297 A CN 202110062297A CN 112903693 A CN112903693 A CN 112903693A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gear shaft
tooth surface
shooting
unit
polishing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110062297.4A
Other languages
English (en)
Inventor
胡江洪
王敏雪
袁帅鹏
郑君辉
周学博
刘杨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fitow Tianjin Detection Technology Co Ltd
Original Assignee
Fitow Tianjin Detection Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fitow Tianjin Detection Technology Co Ltd filed Critical Fitow Tianjin Detection Technology Co Ltd
Priority to CN202110062297.4A priority Critical patent/CN112903693A/zh
Publication of CN112903693A publication Critical patent/CN112903693A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9515—Objects of complex shape, e.g. examined with use of a surface follower device

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

本发明公开是关于基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端，涉及齿轮轴产品缺陷检测和视觉光学设计技术领域。设置有拍摄工位，齿轮轴上下端面与上下齿面各使用一套单独的拍摄单元，分别用于检测齿轮轴上下端面和上下齿面表面缺陷；端面拍摄单元，拍摄上下端面的拍摄单元沿齿面互为镜像，各拍摄齿轮上下端面区域；齿面拍摄单元，拍摄上下齿面的拍摄单元沿齿轮轴心互为镜像，各拍摄上下齿面区域。本发明的光学设计系统有效采集齿轮轴的各个表面的图片信息，减少了相机及光源数量，便于机械运动方案设计，减少了潜在风险和设备维护成本。光学设计系统在实施时，无需打断原有齿轮轴生产线，只需在原有生产线上挡停即可完成拍摄。

Description

基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端
技术领域
本发明公开涉及齿轮轴产品缺陷检测和视觉光学设计技术领域，尤其涉及一种基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端。
背景技术
汽车变速箱齿轮材料不仅要有良好的强度、韧性、耐磨性，而且还要求变形小、加工精度高。在齿轮的热处理加工工艺中，除了一般的淬火、回火外，还采用渗碳淬火、氮化处理、高频淬火等多种表面硬化工艺。对齿轮材料技术要求有：
1)足够的芯部淬透性、表面硬度和深层，并确保齿轮渗碳淬火时渗碳层和芯部不出现过冷奥氏体分解物；
2)齿轮渗碳淬火后尺寸变形小且均匀，便于后续的精加工，如果齿面产生磕碰会引起凹坑，从而隐藏裂纹；热处理渗碳后齿面出现黑皮，进而产生裂纹。
在磨齿机运行正常且砂轮修整无异常情况下，齿轮磨削齿面黑皮主要是由零件相对机床各轴的偏心(中心不重合)引起的。
随着生产力水平的提高，工厂对各种工件生产的质量要求也有了大幅提升。齿轮作为一种重要的传动件，其生产质量将直接影响机械整体的运行情况。但在齿轮的生产过程中，时常由于各种因素使其端面出现划痕、氧化、黑皮、磕碰等缺陷，从而导致该齿轮工件质量不达标。工件质量不达标影响企业产出效率，齿轮轴使用寿命较低甚至难以使用。
齿轮轴表面缺陷包括如下检测项：
缺陷类型 位置
黑皮 齿面两侧
磕碰 齿顶端面，上下端面
划伤 上下端面，齿顶端面
目前，为了控制齿轮出厂质量，工厂需要雇佣专门的质检员对工件进行人工质检，现阶段针对齿轮轴表面缺陷检测主要依靠人工目检方式。人工目检的方式缺点有：
1)检测成本高、效率低：检查过程需要检测员全程参与，费时费力；
2)稳定性差，漏检多：存在漏检及个体判断不一致等问题；
3)溯源难：人眼检查完毕后，没有保存的数据，不利于日后检查和统计；
4)半自动化检测方式不利于提高检测效率和确保检测准确率。
因此，人工质检方法已经不能满足当下的工厂发展需求，亟需一种可自动化检测齿轮轴表面缺陷的光学设计系统，以降低劳动强度、维护成本和潜在风险；提高拍摄精度和检测速度，对被检测表面不会造成损伤。基于机器视觉的检测技术是目前世界范围内的热门研究方向之一，这种技术可以利用计算机对工件表面图像进行处理及识别，从而替代过去的人工质检，实现对工件表面的自动化检测过程。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足，以光学成像原理为基础，通过齿轮轴图像采集来提取齿轮缺陷相关的特征指标，提供一种能够有效拍摄所有检测项的光学设计系统，从而降低劳动强度、维护成本和潜在风险；提高拍摄精度和检测速度。为了实现上述目的，本发明提供了一种用于检测齿轮轴表面缺陷的光学设计系统，本发明的技术方案如下：
该基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统设置有拍摄工位，齿轮轴上下端面与上下齿面各使用一套单独的拍摄单元，分别用于检测齿轮轴上下端面和上下齿面表面缺陷；
端面拍摄单元，拍摄上下端面的拍摄单元沿齿面互为镜像，各拍摄齿轮上下端面区域；
齿面拍摄单元，拍摄上下齿面的拍摄单元沿齿轮轴心互为镜像，各拍摄上下齿面区域。
在一个实施例中，所述拍摄工位包括：第一打光单元、第一拍摄单元、第二打光单元、第二拍摄单元、第三打光单元、第三拍摄单元、第四打光单元、第四拍摄单元和控制单元；其中，
第一打光单元用于打亮齿轮轴上端面与上齿面倒角部位；第一拍摄单元用于拍摄齿轮轴上端面的磕碰和划伤；
第二打光单元用于打亮齿轮上齿面部分；第二拍摄单元用于拍摄齿轮轴上齿面黑皮、磕碰和划伤；
第三打光单元用于打亮齿轮轴下齿面部分；第三拍摄单元用于拍摄齿轮轴下齿面黑皮、磕碰和划伤；
第四打光单元用于打亮齿轮轴的下端面和齿面下齿面倒角部分；第四拍摄单元用于拍摄齿轮轴下端面的磕碰和划伤；
所述控制单元用于控制第一打光单元、第二打光单元第三打光单元和第四打光单元。
在一个实施例中，所述第一打光单元为一个高亮线形光源，光源长度依齿轮轴尺寸确定，长度范围为100mm-400mm；
所述第一拍摄单元根据相机成像原理，确定所要达到的视野FOV和工作距离WD，根据二者计算得出工业镜头的焦距f,计算公式如下：
焦距f＝WD×靶面尺寸h/FOV(H or V)，
视野范围HF＝WD×靶面尺寸(h)/焦距f，
视场FOV(H or V)＝靶面尺寸(h)/光学倍率，
工作距离WD＝f(焦距)×靶面尺寸(h)/FOV(H or V)，
光学倍率＝靶面尺寸(h)/FOV(H or V)。
在一个实施例中，所述第二打光单元采用高亮线形光源打亮齿轮轴上齿面部分，第一打光单元配合打亮上齿面倒角部分，第二打光单元居中于齿面中心；
所述第二拍摄单元采用线阵相机进行齿轮轴上齿面的拍摄，拍摄时齿轮轴样件进行自转来采集图像，调整好角度获取上齿面图像，高度居中于齿轮轴样件齿面中间，线阵相机拍摄图像齿面边线好提取，齿面区域便于划分；
线阵相机的横向扫描精度Rh与视野中齿轮轴齿面的宽幅Wo以及传感器尺寸，图片中每行的像素个数NC有关，线阵相机的采样频率HC和齿轮轴的转动速度VO影响纵向扫描精度Rv，横向扫描精度和纵向扫描精度相等，线阵相机的选型计算公式如下：
Rh＝Wo/Nc
Rv＝Vo/Hc
Rh＝Rv。
在一个实施例中，所述第三打光单元与第二打光单元沿齿轮轴轴心及齿面中心镜像，第三打光单元采用高亮线形光源，同时通过第四打光单元打亮下齿面倒角部分，高度居中于齿轮轴样件齿面；使用线阵相机专用高亮线形光源；
所述第三拍摄单元拍摄齿轮轴样件下齿面，与第二拍摄单元沿齿轮轴轴心及齿面中心镜像；所述第三拍摄单元采用线阵相机进行拍摄，拍摄时配合齿轮轴样件自转采集图像，调整好相机角度获取下齿面图像，高度与齿轮轴样件齿面居中，选用4k线阵相机配合50mm大景深镜头拍摄齿轮轴下齿面缺陷。
在一个实施例中，所述第四打光单元与第一打光单元沿齿面中心镜像，布置在齿轮轴样件下端面下方倾斜角度向上打亮下端面，所述第四打光单元选用线阵相机高亮线形光源；
所述第四拍摄单元拍摄齿轮轴的下端面磕碰与划伤缺陷，与第一拍摄单元沿齿轮轴齿面中心镜像；所述第四拍摄单元选择500万工业面阵相机配合 25mm镜头使用。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统的采集方法，该基于齿轮轴视觉检测的图像方法包括以下步骤：
步骤一、通过四个光源与相机进行拍摄，齿轮轴的上下端面与上下齿面都有对应的光源与相机进行打光和图像采集，上端面和上齿面倒角部分共用一个高亮线形光源布置；
步骤二、通过第一打光单元打亮齿轮轴上端面与上齿面倒角部位，第一拍摄单元拍摄齿轮轴上端面的磕碰和划伤；通过第二打光单元打亮齿轮轴上齿面，第二拍摄单元拍摄齿轮轴上齿面黑皮、磕碰和划伤；通过第三打光单元打亮齿轮轴下齿面，第三拍摄单元拍摄齿轮轴下齿面黑皮、磕碰和划伤；通过第四打光单元打亮齿轮轴的下端面和下齿面倒角部位，第四拍摄单元拍摄齿轮轴下端面的磕碰和划伤；并通过控制单元用于控制各打光单元；
步骤三、当齿轮轴运动到拍摄位置后，四个打光单元同时开启，运用三爪卡盘使齿轮轴样件自转，同时四个拍摄单元同时开启。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
(1)本发明的光学设计系统可有效采集齿轮轴各个表面的图片信息。如图1中(b)为齿轮轴上端面图像，图2中(b)为齿轮轴上齿面图像，图3中(b) 为齿轮轴下齿面图像，图4中(b)为齿轮轴下端面图像，图像清晰度较高，图像质量较高能较优反映表面信息。图2中(b)与图3中(b)图中画红框区域即为齿面黑皮的表现形式，黑皮处图像灰度值相较于周围背景较大，齿面黑皮可明显被算法检测出来。
(2)相比于其他方案，本发明减少了相机及光源数量，便于机械运动方案设计及空间排布，从而减少了潜在风险和设备维护成本。如图7所示，原有方案为两个大尺寸远心镜头与面光源相配合检测表面缺陷，因远心光源尺寸较大且环光不好排布，故现有方案节约空间较为便利。
(3)本发明光学设计系统在实施时，无需打断原有齿轮轴生产线，只需在原有生产线上挡停即可完成拍摄。如图6所示，齿轮轴经加工设备加工后，机械旋转至检测设备上进行表面缺陷检测，且整体检测节拍与生产节拍匹配，不影响生产节拍，节省空间占地，效率较高。
(4)采用线阵相机配合线阵光源采集齿面图像，便于后期准确提取出齿面区域；节省视觉检测所需算例。如图8所示，画框区域即为齿面待检测区域，可准确提取齿面区域。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明提供的第一打光工位的设计图；
其中，(a)为第一打光工位与第一拍摄工位所用的相机及光源；(b)为上端面图像；(c)为第一打光单元与第一拍摄单元拍摄上端面的一个光路设计图；(d)为第一打光单元与第一拍摄单元拍摄上端面的一个光路设计图。
图2是本发明提供的第二打光工位的设计图；
其中，(a)为第二打光工位与第二拍摄工位所用的相机及光源；(b)为上齿面图像；(c)为面阵相机拍摄上齿面图像；(d)为第二打光单元与第二拍摄单元拍摄上齿面的一个光路设计图；(e)为第二打光单元与第二拍摄单元拍摄上齿面的一个光路设计图；(f)为第二打光单元与第二拍摄单元拍摄上齿面的一个光路设计图。
图3是本发明提供的第三打光工位的设计图；
其中，(a)为第三打光工位与第三拍摄工位所用的相机及光源；(b)为下齿面图像；(c)为面阵相机拍摄下齿面图像；(d)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的一个光路设计图；(e)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的一个光路设计图；(f)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的一个光路设计图。
图4是本发明提供的第四打光工位的设计图；
其中，(a)为第四打光工位与第四拍摄工位所用的相机及光源；(b)为下端面图像；(c)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的一个光路设计图；(d)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的一个光路设计图； (e)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的一个光路设计图。
图5是本发明提供的拍摄齿轮轴样件整体图；
其中，(a)为拍摄齿轮轴样件整体光学环境的设计图；(b)为整体光学光路设计图。
图6是本发明提供的整体机械排布图；
图7是初级版光学环境排布图，光学环境空间不好排布。
图8是齿面区域划线提取图，框选区域为待检测齿面区域。
图9是本发明提供的基于齿轮轴视觉检测的图像方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本发明所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的图像采集系统为一个拍摄工位，齿轮轴上下端面与上下齿面各使用一套单独的拍摄单元，分别用于检测齿轮轴上下端面和上下齿面表面缺陷；拍摄上下端面的拍摄单元沿齿面互为镜像，各拍摄齿轮上下端面区域；拍摄上下齿面的拍摄单元沿齿轮轴心互为镜像，各拍摄上下齿面区域。
拍摄工位包括：第一打光单元、第一拍摄单元、第二打光单元、第二拍摄单元、第三打光单元、第三拍摄单元、第四打光单元、第四拍摄单元和控制单元。
其中所述第一打光单元用于打亮齿轮轴上端面与上齿面倒角部位；第一拍摄单元用于拍摄齿轮轴上端面的磕碰和划伤；第二打光单元用于打亮齿轮上齿面部分；第二拍摄单元用于拍摄齿轮轴上齿面黑皮、磕碰和划伤；第三打光单元用于打亮齿轮轴下齿面部分；第三拍摄单元用于拍摄齿轮轴下齿面黑皮、磕碰和划伤；第四打光单元用于打亮齿轮轴的下端面和齿面下齿面倒角部分；第四拍摄单元用于拍摄齿轮轴下端面的磕碰和划伤；所述控制单元用于控制各打光单元。
一种实现所述基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统的采集方法，该基于齿轮轴视觉检测的图像方法包括以下步骤：
S101、通过四个光源与相机进行拍摄，齿轮轴的上下端面与上下齿面都有对应的光源与相机进行打光和图像采集，上端面和上齿面倒角部分共用一个高亮线形光源布置；
S102、通过第一打光单元打亮齿轮轴上端面与上齿面倒角部位，第一拍摄单元拍摄齿轮轴上端面的磕碰和划伤；通过第二打光单元打亮齿轮轴上齿面，第二拍摄单元拍摄齿轮轴上齿面黑皮、磕碰和划伤；通过第三打光单元打亮齿轮轴下齿面，第三拍摄单元拍摄齿轮轴下齿面黑皮、磕碰和划伤；通过第四打光单元打亮齿轮轴的下端面和下齿面倒角部位，第四拍摄单元拍摄齿轮轴下端面的磕碰和划伤；并通过控制单元用于控制各打光单元；
S103、当齿轮轴运动到拍摄位置后，四个打光单元同时开启，运用三爪卡盘使齿轮轴样件自转，同时四个拍摄单元同时开启。
(1)第一打光单元：
由于面阵相机拍摄齿轮轴上端面，需要对上端面部分打光进而进行拍摄，且在齿轮轴样件自转下完成，齿轮轴下方需要使用三抓卡盘带动样件自转，竖直向下布置光源时会出现如下问题：1)齿轮轴样件要在自转下完成，且自转同轴度要求较高，故设计上下顶针顶住齿轮轴进行自转，故光源仅能选择倾斜排布；且光源近距离打亮影响工位设计，且光学环境设计较为复杂，故光源选择远距离拍摄；2)条形光源亮度较低，齿轮轴因热处理工序上端面发黑，故条形光源无法远距离倾斜打亮；环形光源倾斜拍摄时亮度不均匀，故无法打亮；3)综上所述，选择超高亮线形光源打亮上端面，光源最高亮度可达190万lux,光斑发散角度小，能适用于不同工作距离，远距离高亮度在线检测，能兼容高亮高均匀，配合零件自转超高速在线检测。所以第一打光单元为一个超高亮线形光源，光源长度依齿轮轴尺寸确定，长度可在 100mm-400mm。
(2)第一拍摄单元：
根据相机成像原理：确定所要达到的视野(FOV)和工作距离(WD)，根据二者计算得出工业镜头的焦距(f),计算公式如下：
焦距f＝WD×靶面尺寸h/FOV(H or V)
视野范围HF＝WD×靶面尺寸(h)/焦距f
视场FOV(H or V)＝靶面尺寸(h)/光学倍率
工作距离WD＝f(焦距)×靶面尺寸(h)/FOV(H or V)
光学倍率＝靶面尺寸(h)/FOV(H or V)
用高亮线形光源打亮齿轮轴上端面与齿面倒角部位，根据齿轮轴上端面待检测区域面积及工作距离参数选择500万面阵相机配合25mmFA镜头检测上端面缺陷；相机倾斜时需考虑景深问题，25mm镜头景深在面阵相机一定倾斜角度取图时固定范围视野景深满足检测要求。
(3)第二打光单元：
齿轮轴齿面区域存在复合角，且相邻齿面间距较小；常用面光源、环形光源及条形光源无法打亮齿面，齿面光线均被相邻齿面遮挡；故采用高亮线形光源，高亮线形光源高指向性照射，光斑发散角度小，能够减少发散现象提高检测效果，能够兼容高反光零件表面缺陷检测；所以采用高亮线形光源打亮齿轮轴上齿面部分，因齿轮轴上齿面是倾斜状态；且齿面上倒角部分复合角与正常齿面不同，故需要第一打光单元配合打亮上齿面倒角部分，第二打光单元居中于齿面中心。
(4)第二拍摄单元：
选择齿面检测相机时，尝试过面阵相机和线阵相机两种方式进行选择。图2中(c)与图2中(d)是利用500万工业面阵相机+远心镜头对齿面进行拍摄，单张图像检测3个齿面，检测检测效率低，且齿面边缘不好提取，齿面区域不好划分，且图像效果没有线阵相机拍摄的图像质量清晰，图2中(b)是利用线阵相机进行拍摄，线阵相机靶面视野为长条状，线阵相机对大幅面、高精度、圆柱状物体的检测有很好地应用；线阵相机由于其采样频率高，高图像分辨率，高扫描精度等特点，通常应用在工业检测中。为精确拍摄齿轮轴上齿面，采用线阵相机进行拍摄，拍摄时需要齿轮轴样件进行自转来采集图像，需要调整好角度来获取上齿面图像，高度居中于齿轮轴样件齿面中间。线阵相机拍摄图像齿面边线好提取，齿面区域便于划分。
线阵相机的横向扫描精度Rh(mm)与视野中齿轮轴齿面的宽幅Wo(mm)以及传感器尺寸(图片中每行的像素个数NC有关，线阵相机的采样频率HC和齿轮轴的转动速度VO影响纵向扫描精度Rv。为了保证图像没有畸变和拉伸现象，必须让横向扫描精度和纵向扫描精度相等。线M阵相机的选型计算公式如下：
Rh＝Wo/Nc
Rv＝Vo/Hc
Rh＝Rv
经计算可得，选择4k线阵相机配合50mm大景深镜头进行拍摄。
(5)第三打光单元：
第三打光单元与第二打光单元沿齿轮轴轴心及齿面中心镜像，光源选型与第二打光单元相同，目的打亮齿轮轴样件下齿面部分，同时需要第四打光单元来打亮下齿面倒角部分，高度居中于齿轮轴样件齿面；使用线阵相机专用高亮线形光源。
(6)第三拍摄单元：
使用面阵拍摄下齿面的时候图像效果如图3中(c)所示，单张图像检测2 个齿面，检测效率低，且齿面边缘不好提取，图像效果没有线阵相机拍摄的图像质量清晰，第三拍摄单元拍摄齿轮轴样件下齿面，与第二拍摄单元沿齿轮轴轴心及齿面中心镜像；采用线阵相机进行拍摄，拍摄时需要配合齿轮轴样件自转采集图像，调整好相机角度获取下齿面图像，高度与齿轮轴样件齿面居中。选用4k线阵相机配合50mm大景深镜头拍摄齿轮轴下齿面缺陷。
(7)第四打光单元：
第四打光单元与第一打光单元沿齿面中心镜像，光源选型与第一打光单元相同，目的是打亮齿轮轴样件的下端面及下齿面倒角区域；所以布置在齿轮轴样件下端面下方倾斜角度向上打亮下端面。选用线阵相机专用高亮线形光源。
(8)第四拍摄单元：
第四拍摄单元拍摄齿轮轴的下端面磕碰与划伤缺陷，与第一拍摄单元沿齿轮轴齿面中心镜像；选择500万工业面阵相机配合25mm镜头。
1)如图1中(a)所示为检测齿轮轴上端面缺陷的第一打光单元与第一拍摄单元的打光和拍摄示意图,图1中(c)和图1中(d)为第一打光单元与第一拍摄单元光路设计图。
(2)如图1(a)所示，在本发明的一个示例性实施例中，用第一打光单元来打亮上端面与上齿面倒角处，面阵相机拍摄齿轮轴上端面，在对这部分进行拍摄，第一打光单元与第一拍摄单元倾斜布置，利用高亮线形光源进行打亮，光源照射在齿轮轴上端面与上齿面倒角处，相机倾斜向下拍摄，且需要在齿轮轴样件自转下拍摄，所以需要齿轮轴下方用三抓卡盘固定，使样件自转一到两圈完成拍摄。如图1中(c)所示，线形光源发射的光线到齿轮轴上端面处，部分光线反射至镜头成像。上端面图像如图1中(b)所示。
(3)如图2中(a)所示为检测齿轮轴上齿面的第二打光单元与第二拍摄单元的打光和拍摄示意图,图2中(d)、图2中(e)与图2中(f)为第二打光单元与第二拍摄单元拍摄上齿面的光路设计图。
(4)如图2中(a)所示，检测齿轮轴样件上齿面用线阵相机来对图像进行采集，在检测齿轮轴上齿面时需要第一打光单元与第二打光单元同时开启才可以把一个齿面完全打亮，由于需要用线阵相机来采集图像，线阵相机行频与齿轮轴转速需匹配工作，在齿轮轴样件齿面中存在一些对景深的要求，需要找到合适的相机与镜头以及相对合适的拍摄角度来进行拍摄。如图2中 (d)所示，线形光源发射的光线到齿轮轴上端面处，部分光线反射至镜头成像。上齿面图像如图2中(b)所示。
(5)如图3中(a)所示为检测齿轮轴的下齿面的第三打光单元与第三拍摄单元的打光和拍摄示意图,图3中(d)、图3中(e)与图3中(f)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的光路设计图。
(6)如图3中(a)所示，检测齿轮轴样件下齿面用线阵相机来拍摄，第三打光单元与第四打光单元同时开启进行拍摄，与第二拍摄单元沿齿轮轴轴心镜像，线阵相机的行频与齿轮轴转速需配合来保证图像无拉伸压缩现象，同时第三打光单元与第四打光单元配合第三拍摄单元来进行拍摄图像，下齿面图像如图3中(b)所示。
(7)如图4中(a)示出了根据本发明的用于检测齿轮轴的图像采集系统的第四打光单元与第四拍摄单元的打光和拍摄示意图，图4中(c)、图4中(d) 与图4中(e)为第三打光单元与第三拍摄单元拍摄下齿面的光路设计图；用第四打光单元打亮齿轮轴的下端面反射到第四拍摄单元来进行拍摄。
(8)如图4所示，齿轮轴的下端面由面阵相机拍摄，要第四打光单元与第四拍摄单元倾斜布置，光源照射在齿轮轴的下端面上，相机倾斜向上拍摄，下端面图像如图4中(b)所示。
(9)如图5所示，本发明所述图像采集系统的整体光学环境包括四个光源与相机进行拍摄，齿轮轴的上下端面与上下齿面都有对应的光源与相机进行打光和图像采集，上端面和上齿面倒角部分共用一个高亮线形光源布置可以节省工装；第一打光单元用于打亮齿轮轴上端面与上齿面倒角部位；第一拍摄单元用于拍摄齿轮轴上端面的磕碰和划伤；第二打光单元用于打亮齿轮轴上齿面；第二拍摄单元用于拍摄齿轮轴上齿面黑皮、磕碰和划伤；第三打光单元用于打亮齿轮轴下齿面；第三拍摄单元用于拍摄齿轮轴下齿面黑皮、磕碰和划伤；第四打光单元用于打亮齿轮轴的下端面和下齿面倒角部位；第四拍摄单元用于拍摄齿轮轴下端面的磕碰和划伤；所述控制单元用于控制各打光单元。当齿轮轴运动到拍摄位置后，四个打光单元同时开启，运用三爪卡盘使齿轮轴样件自转，同时四个拍摄单元同时开启。
(10)如图5中(b)所示，本发明所述的整体光学环境光路设计图。
如图6所示，机械手将齿轮放置检测机构后发送放置完成信号给指定 PLC，待PLC接收到该信号后执行相关夹紧工件等工艺流程后发送确认信号给上位机，上位机收到确认信号后执行检查程序并回复确认，PLC收到回复以后齿轮开始旋转工件进行检测；编码器触发线阵相机，当线阵相机采集行数达到指定要求后图像停止采集；同时上位机控制面阵相机采集图像；图像采集完毕后进行图像处理流程；图像处理完毕后反馈检测信号OK/NG；上位机发送给PLC进行剔除动作。至此检测完成。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统，其特征在于，该基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统设置有：
拍摄工位，齿轮轴上下端面与上下齿面各使用一套单独的拍摄单元，分别用于拍摄检测齿轮轴上下端面和上下齿面表面缺陷；
端面拍摄单元，拍摄上下端面的拍摄单元沿齿面互为镜像，各拍摄齿轮上下端面区域；
齿面拍摄单元，拍摄上下齿面的拍摄单元沿齿轮轴心互为镜像，各拍摄上下齿面区域。
2.根据权利要求1所述的基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统，其特征在于，所述拍摄工位设置有：
第一打光单元和第一拍摄单元，第一打光单元用于打亮齿轮轴上端面与上齿面倒角部位；第一拍摄单元用于拍摄齿轮轴上端面的磕碰和划伤；
第二打光单元和第二拍摄单元，第二打光单元用于打亮齿轮上齿面部分；第二拍摄单元用于拍摄齿轮轴上齿面黑皮、磕碰和划伤；
第三打光单元和第三拍摄单元，第三打光单元用于打亮齿轮轴下齿面部分；第三拍摄单元用于拍摄齿轮轴下齿面黑皮、磕碰和划伤；
第四打光单元和第四拍摄单元，第四打光单元用于打亮齿轮轴的下端面和齿面下齿面倒角部分；第四拍摄单元用于拍摄齿轮轴下端面的磕碰和划伤；
控制单元，分别与第一打光单元、第二打光单元第三打光单元和第四打光单元相连接，用于控制第一打光单元、第二打光单元第三打光单元和第四打光单元。
3.根据权利要求2所述的基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统，其特征在于，所述第一打光单元为一个高亮线形光源，光源长度范围为100mm-400mm；
所述第一拍摄单元根据相机成像原理，确定所要达到的视野FOV和工作距离WD，根据二者计算得出工业镜头的焦距f,计算公式如下：
焦距f＝WD×靶面尺寸h/FOV(H or V)，
视野范围HF＝WD×靶面尺寸(h)/焦距f，
视场FOV(H or V)＝靶面尺寸(h)/光学倍率，
工作距离WD＝f(焦距)×靶面尺寸(h)/FOV(H or V)，
光学倍率＝靶面尺寸(h)/FOV(H or V)。
4.根据权利要求2所述的基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统，其特征在于，所述第二打光单元采用高亮线形光源打亮齿轮轴上齿面部分，第一打光单元打亮上齿面倒角部分，第二打光单元居中于齿面中心；
所述第二拍摄单元采用线阵相机进行齿轮轴上齿面的拍摄，拍摄时齿轮轴样件进行自转采集图像，调整角度获取上齿面图像，高度居中于齿轮轴样件齿面中间；
线阵相机的横向扫描精度Rh与视野中齿轮轴齿面的宽幅Wo以及传感器尺寸，图片中每行的像素个数Nc有关，线阵相机的采样频率Hc和齿轮轴的转动速度Vo影响纵向扫描精度Rv，横向扫描精度和纵向扫描精度相等，线阵相机的选型计算公式如下：
Rh＝Wo/Nc
Rv＝Vo/Hc
Rh＝Rv。
5.根据权利要求2所述的基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统，其特征在于，所述第三打光单元与第二打光单元沿齿轮轴轴心及齿面中心镜像，第三打光单元采用高亮线形光源，同时通过第四打光单元打亮下齿面倒角部分，高度居中于齿轮轴样件齿面；使用线阵相机专用高亮线形光源；
所述第三拍摄单元拍摄齿轮轴样件下齿面，与第二拍摄单元沿齿轮轴轴心及齿面中心镜像；所述第三拍摄单元采用线阵相机进行拍摄，拍摄时配合齿轮轴样件自转采集图像，调整相机角度获取下齿面图像，高度与齿轮轴样件齿面居中，选用4k线阵相机配合50mm大景深镜头拍摄齿轮轴下齿面缺陷。
6.根据权利要求2所述的基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统，其特征在于，所述第四打光单元与第一打光单元沿齿面中心镜像，布置在齿轮轴样件下端面下方倾斜角度向上打亮下端面，所述第四打光单元选用线阵相机高亮线形光源；
所述第四拍摄单元拍摄齿轮轴的下端面磕碰与划伤缺陷，与第一拍摄单元沿齿轮轴齿面中心镜像；所述第四拍摄单元选择500万工业面阵相机配合25mm镜头使用。
7.一种实现如权利要求1-6任意一项所述基于齿轮轴视觉检测的图像采集系统的采集方法，其特征在于，该基于齿轮轴视觉检测的图像方法包括以下步骤：
步骤一、通过四个光源与相机进行拍摄，齿轮轴的上下端面与上下齿面都有对应的光源与相机进行打光和图像采集，上端面和上齿面倒角部分共用一个高亮线形光源布置；
步骤二、通过第一打光单元打亮齿轮轴上端面与上齿面倒角部位，第一拍摄单元拍摄齿轮轴上端面的磕碰和划伤；通过第二打光单元打亮齿轮轴上齿面，第二拍摄单元拍摄齿轮轴上齿面黑皮、磕碰和划伤；通过第三打光单元打亮齿轮轴下齿面，第三拍摄单元拍摄齿轮轴下齿面黑皮、磕碰和划伤；通过第四打光单元打亮齿轮轴的下端面和下齿面倒角部位，第四拍摄单元拍摄齿轮轴下端面的磕碰和划伤；并通过控制单元用于控制各打光单元；
步骤三、当齿轮轴运动到拍摄位置后，四个打光单元同时开启，运用三爪卡盘使齿轮轴样件自转，同时四个拍摄单元同时开启。
8.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，其特征在于，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求7所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的基于齿轮轴视觉检测的图像方法。
CN202110062297.4A 2021-01-18 2021-01-18 基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端 Pending CN112903693A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110062297.4A CN112903693A (zh) 2021-01-18 2021-01-18 基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110062297.4A CN112903693A (zh) 2021-01-18 2021-01-18 基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112903693A true CN112903693A (zh) 2021-06-04

Family

ID=76114907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110062297.4A Pending CN112903693A (zh) 2021-01-18 2021-01-18 基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112903693A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405530A (zh) * 2021-07-02 2021-09-17 菲特（天津）检测技术有限公司 冲压工艺板料偏移视觉测量系统、方法、设备、生产线、终端
CN115334227A (zh) * 2022-10-18 2022-11-11 菲特（天津）检测技术有限公司 齿轮图像获取装置、方法及齿轮图像获取方法、电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014115222A (ja) * 2012-12-11 2014-06-26 Kubota Corp 検査装置および検査方法
CN204154661U (zh) * 2014-10-16 2015-02-11 浙江丰立机电有限公司 小模数锥齿轮外观缺陷自动检测装置
JP2018036172A (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 富士フイルム株式会社 検査装置及び方法
CN109754442A (zh) * 2019-01-10 2019-05-14 重庆大学 一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统
JP6605772B1 (ja) * 2019-01-31 2019-11-13 株式会社野毛電気工業 欠陥検査装置および欠陥検査方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014115222A (ja) * 2012-12-11 2014-06-26 Kubota Corp 検査装置および検査方法
CN204154661U (zh) * 2014-10-16 2015-02-11 浙江丰立机电有限公司 小模数锥齿轮外观缺陷自动检测装置
JP2018036172A (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 富士フイルム株式会社 検査装置及び方法
CN109754442A (zh) * 2019-01-10 2019-05-14 重庆大学 一种基于机器视觉的齿轮点蚀检测系统
JP6605772B1 (ja) * 2019-01-31 2019-11-13 株式会社野毛電気工業 欠陥検査装置および欠陥検査方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
崔吉, 上海交通大学出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405530A (zh) * 2021-07-02 2021-09-17 菲特（天津）检测技术有限公司 冲压工艺板料偏移视觉测量系统、方法、设备、生产线、终端
CN115334227A (zh) * 2022-10-18 2022-11-11 菲特（天津）检测技术有限公司 齿轮图像获取装置、方法及齿轮图像获取方法、电子设备
CN115334227B (zh) * 2022-10-18 2024-01-19 菲特（天津）检测技术有限公司 齿轮图像获取装置、方法及齿轮图像获取方法、电子设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110596131B (zh) 一种基于图像采集的片状玻璃边缘瑕疵检测方法
CN109030498B (zh) 一种叶片刀纹及表面缺陷的视觉检测装置及方法
CN102590218B (zh) 基于机器视觉的金属零件光洁表面微缺陷检测装置及方法
CN1096915C (zh) 工件检验与传送
CN112903693A (zh) 基于齿轮轴视觉检测图像采集系统、方法、产品、设备、终端
CN108489986A (zh) 一种增材制造在线检测及修复方法
CN113269762B (zh) 屏幕不良检测方法、系统及计算机存储介质
CN112858332A (zh) 基于机器视觉的同步器齿毂表面缺陷检测方法、系统、终端
CN107703154B (zh) 外观检查装置及外观检查方法
CN116223519A (zh) 晶圆检测设备、检测方法、系统及可读存储介质
CN112824881A (zh) 一种基于光场相机的透明或半透明介质缺陷检测系统及方法
CN108422321B (zh) 化学机械研磨的抛光垫图像检测系统及方法
CN115979183A (zh) 3d打印工件激光抛光表面粗糙度在机检测方法
CN109345500B (zh) 一种基于机器视觉的机床刀具刀尖点位置计算方法
CN208514344U (zh) 化学机械研磨的抛光垫图像检测系统
KR102000907B1 (ko) 페라이트 외관 비전 검사방법
CN114113116A (zh) 一种大口径元件表面微缺陷精确检测工艺方法
CN111103309A (zh) 用于检测透明材质物体瑕疵的方法
JP4295664B2 (ja) 熱間円筒形ワークの形状計測装置及びこれを用いた円筒体の熱間鍛造方法
CN114755236A (zh) 一种回转曲面电镀件表面缺陷的检测系统及方法
JPS61137050A (ja) ウエハ検査装置
CN113125466A (zh) 缸孔内表面的检查方法以及检查装置
CN114286078A (zh) 摄像头模组镜片外观检查方法及设备
JP5604967B2 (ja) 欠陥検出方法および欠陥検出装置
CN114034706B (zh) 一种碳纤维零件表面缺陷检测装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210604