CN112934745B - 一种机器视觉瑕疵检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器视觉瑕疵检测装置，包括搬运装置(1)和检测装置(2)，所述检测装置(2)设置于所述搬运装置(1)一侧，所述检测装置(2)功能区可环绕所述搬运装置(1)夹持的工件表面和内壁360度相对运动。本发明整体机构紧凑，效率大幅提升，准确率很高；单元柔性化程度高，便于调试；机械机构既避开了机械干涉，又能快速到达检测位置；可拓展性强，如果需要增加品种，不用做太大动作修改；模块化，对于新增的检测部位，可以直接调用原有算法，修改部分参数即可；灵敏度可调整，当灵敏度太高，会出现过检情况，灵敏度过低，又有可能漏检，所以将算法参数开放，使用者可根据需要自行调节灵敏度。

Description

一种机器视觉瑕疵检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及检测装置领域，具体涉及一种机器视觉瑕疵检测装置。

背景技术

随着计算机技术的不断发展，计算机视觉逐步融入到人们日常的生活和工业生产当中。计算机视觉是使用计算机模拟人类视觉的过程，该技术融合了图像处理、人工智能与模式识别等技术，可以代替传统的人工检测，实现生产线上零部件的自动化检测。

现有专利CN201410756951.1公开了一种瑕疵检测方法及其装置。该瑕疵检测方法包含:依据待测工件的结构，对待测工件表面的至少一个待测区域，决定至少一个入射路径与至少一个反射路径，此待测区域、入射路径与反射路径均一一对应；对此些待测区域中每一个待测区域，以光源依据对应的入射路径照射此待测区域；对此些待测区域中每一个待测区域，依据对应的反射路径，使光源照射于此待测区域的反射光成像至屏幕以得到反射图像，此反射图像与此待测区域一一对应；以及分析此反射图像以判断待测工件的表面是否有瑕疵。

使用该方法一次只能检测一个特定的表面，并且容易受到光源不稳定带来的干扰。

现需一种整体机构紧凑，效率和准确率高的机器视觉瑕疵检测装置。

发明内容

本发明为了解决现有技术中一次只能检测一个特定的表面，并且容易受到光源不稳定带来的干扰的问题，提供了一种机器视觉瑕疵检测装置，通过平面、鱼眼和大孔拍照装置集成，解决了上述问题。

本发明提供了一种机器视觉瑕疵检测装置，包括搬运装置和检测装置，检测装置设置于搬运装置一侧，检测装置功能区可环绕搬运装置夹持的工件表面和内壁360度相对运动。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置，作为一种优选方式，搬运装置包括架体、输送装置、自动门和抬升手爪机构，输送装置设置于架体底部一侧，架体为门式结构，自动门设置于架体中部，输送装置入口端连接自动门，输送装置上表面可水平180度旋转，抬升手爪机构设置于输送装置正上方、竖向活动安装在架体侧面，输送装置为双工位结构，工位对称设置于输送装置旋转轴两侧，输送装置方向与架体垂直时，输送装置一工位设置在自动门外侧。输送装置两端用于放置工件。抬升手爪机构用于抓取输送装置两端的工件。抬升机构一个手爪可兼容3种缓速器壳体和盖子的工件，可混线生产，手爪夹持稳定不掉件，力度合适不会夹伤工件；同时预留了快换接口，后期可增加快换手爪，方便快捷。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置，作为一种优选方式，检测装置包括照相装置、关节机器人和龙门固定底座，关节机器人一端设置于龙门固定底座顶部，另一端连接照相装置顶部，照相装置与关节机器人之间具有水平方向的旋转自由度。

本设备放置在密封的房子里面，外部取料口设置自动门，两工位旋转输送机构可180度旋转，将外部待测工件送入检测单元同时，检测完毕的工件也送出单元；机器人倒挂在固定龙门底座上，可以对托盘上工件5个面检测；抬升手爪可将工件提起，露出底面，此时机器人可对底面检测。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置，作为一种优选方式，照相装置包括连接法兰、平面拍照照相装置、平面光源、照相装置主体、屋顶光源、鱼眼拍照照相装置、条状光源和大孔拍照照相装置，照相装置主体为柱状结构，连接法兰设置于照相装置主体顶端，平面光源设置于照相装置主体一侧，平面光源为板状光源，平面光源中部设置有通孔，平面拍照照相装置末端连接照相装置主体，平面拍照照相装置镜头端设置于平面光源通孔内，屋顶光源设置于照相装置主体侧表面，屋顶光源为环状光源，鱼眼拍照照相装置末端设置于照相装置主体侧面，鱼眼拍照照相装置镜头端设置于屋顶光源内径内部，条状光源活动设置于照相装置主体底部，条状光源具有竖向平面上向下180度旋转自由度，大孔拍照照相装置活动设置于照相装置主体底部，大孔拍照照相装置具有竖向平面上向下180度旋转自由度。

对于平面位置，采用平面开孔背光照射，平面拍照照相装置从光源孔内伸出，通过拍照可清晰显示出工件划痕、沙眼、缺损等瑕疵特征；

对于工件深孔内壁位置，采用屋顶光源照射，可覆盖到内壁各位置，同时将鱼眼镜头安装在照相装置上，伸入孔内，拍照，可清晰显示360度壁面区域上的瑕疵特征；

对于工件火山口内壁位置，鱼眼拍照照相装置将无法兼容这么大直径的内壁，需要采用平面拍照照相装置拍照，通过条状光源打光，照亮壁面，然后平面拍照照相装置呈一定角度拍照，由于照相装置回转中心与工件火山口同轴，机器人只需转动第6轴，即可实现快速旋转拍照。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置，作为一种优选方式，鱼眼拍照照相装置所在平面与平面拍照照相装置所在平面相互垂直。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置，作为一种优选方式，搬运装置和检测装置之间两侧面设置有密封隔板，密封隔板上设置有视窗。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置，作为一种优选方式，关节机器人为六轴机械手。

当外部有一个工件需要检测时，两工位旋转输送机构旋转180度，外部工件送入检测单元中，同时自动门关闭；机器人带拍照机构对工件5个面拍照检测完毕，机器人调整姿态，将六轴朝下，旋转六轴，大孔拍照照相装置绕内壁旋转360度，然后抬升手爪机构将工件提起，机器人再次带拍照机构检测工件底面，然后机器人调整姿态，将鱼眼拍照照相装置插入底面各深孔内检测；检测完毕后，抬升手爪机构将工件落回至托盘。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、进行检测准备；

S2、输送装置上料；

S3、关节机器人带动照相装置对工件5个面拍照检测；

S4、关节机器人调整姿态，将六轴朝下；

S5、旋转六轴，大孔拍照照相装置绕内壁旋转360度拍照检测；

S6、抬升手爪机构将工件提起；

S7、关节机器人带动照相装置检测工件底面；

S8、关节机器人调整姿态，将鱼眼拍照照相装置插入底面各深孔内检测；

S9、抬升手爪机构将工件落回至托盘；

S10、根据检测结果将工件下料，若工件合格，则传送至合格品区；若工件不合格，则传送至不合格品区；

S11、判断是否还有待检测工件，若还有待检测工件，重复步骤S2~S11；否则进行步骤S12；

S12、检测完毕。

定位补偿算法：由于机械制造误差、机器人重复定位误差、热胀冷缩等造成的影响，工件每次拍照的空间位置都不一样，通过视觉模板匹配算法，找到工件中心，将标准查找区域补偿至现有查找区域，降低了工件特征出界带来的误判率；

斑点查找算法：当光滑的工件上有脏污时，就会在图像中产生一个黑点，图像会对每个像素点周围9个位置进行迭代运算，当图像中有黑点时，该像素点的迭代值就会超出阈值，软件将会判定该位置存在脏污；

平滑度检测算法：当工件外围存在毛刺时，工件周边就会变得“毛毛草草”，显得非常不平滑，我们在标准工件上设定外围路径，将图像二值化后，对各段路径与像素点的距离进行迭代运算，当某一段路径上的毛刺较多时，该迭代值就会超出阈值，这样判定该位置存在毛刺。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法，作为一种优选方式，步骤S1具体包括：

S101、确定检测工件的型号、属性、兼容件和检测部位；

S102、对每个检测部位进行视觉检测，确定各部位的照相装置拍照距离、技术要求、光源型号和镜头型号；

S103、通过定位补偿算法、斑点查找算法和平滑度检测算法对视觉检测进行深度学习；

S104、统计所有检测位置的可靠性，剔除不符合要求的部位；

S105、核对检测所需节拍、成本和量化标准，确定最终检测方案。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法，作为一种优选方式，步骤S2具体包括：

S201、输送装置与架体垂直，输送装置一侧工位位于自动门外侧连接上料方向；

S202、输送装置位于自动门外侧工位上料；

S203、自动门开启，输送装置旋转180度；

S204、关闭自动门。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法，作为一种优选方式，当步骤S3中对工件5个面拍照检测时，具体为采用平面光源进行平面开孔背光照射，平面拍照照相装置拍照检测。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法，作为一种优选方式，当步骤S3对火山口内壁拍照检测时，具体为通过条状光源打光，照亮壁面，照相装置回转中心与工件火山口同轴，关节机器人转动第6轴，采用平面拍照照相装置拍照。

本发明所述的一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法，作为一种优选方式，步骤S8插入底面各深孔内检测具体为采用屋顶光源照射，将鱼眼拍照照相装置镜头伸入孔内拍照。

本发明有益效果如下：

（1）整体机构紧凑，效率大幅提升，准确率很高；

（2）单元柔性化程度高，便于调试；

（3）机械机构既避开了机械干涉，又能快速到达检测位置；

（4）可拓展性强，如果需要增加品种，不用做太大动作修改；

（5）模块化，对于新增的检测部位，可以直接调用原有算法，修改部分参数即可；

（6）灵敏度可调整，当灵敏度太高，会出现过检情况，灵敏度过低，又有可能漏检，所以将算法参数开放，使用者可根据需要自行调节灵敏度。

附图说明

图1为一种机器视觉瑕疵检测装置示意图；

图2为一种机器视觉瑕疵检测装置搬运装置示意图；

图3为一种机器视觉瑕疵检测装置检测装置示意图；

图4为一种机器视觉瑕疵检测装置照相装置示意图；

图5为一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法流程图。

附图标记：

1、搬运装置；11、架体；12、输送装置；13、自动门；14、抬升手爪机构；2、检测装置；21、照相装置；211、连接法兰；212、平面拍照照相装置；213、平面光源；214、照相装置主体；215、屋顶光源；216、鱼眼拍照照相装置；217、条状光源；218、大孔拍照照相装置；22、关节机器人；23、龙门固定底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种机器视觉瑕疵检测装置，包括搬运装置1和检测装置2，检测装置2设置于搬运装置1一侧，检测装置2功能区可环绕搬运装置1夹持的工件表面和内壁360度相对运动。搬运装置1和检测装置2之间两侧面设置有密封隔板，密封隔板上设置有视窗。

为减少外界干扰光进入检测空间内，同时又能提供可观察的窗口，在外部窗口布置了棕色亚克力板；为便于房屋的安装和搬运，整个房屋采用钣金模块化连接；房屋设计了自动门，当机器人将工件拿到屋内时，机器人触发关门请求信号，房屋关闭；外面还设计了大门，方便调试人员进入。

如图2所示，搬运装置1包括架体11、输送装置12、自动门13和抬升手爪机构14，输送装置12设置于架体11底部一侧，架体11为门式结构，自动门13设置于架体11中部，输送装置12入口端连接自动门13，输送装置12上表面可水平180度旋转，抬升手爪机构14设置于输送装置12正上方、竖向活动安装在架体11侧面。输送装置12两端用于放置工件。抬升手爪机构14用于抓取输送装置12两端的工件。抬升机构一个手爪可兼容3种缓速器壳体和盖子的工件，可混线生产，手爪夹持稳定不掉件，力度合适不会夹伤工件；同时预留了快换接口，后期可增加快换手爪，方便快捷。

如图3所示，检测装置2包括照相装置21、关节机器人22和龙门固定底座23，关节机器人22一端设置于龙门固定底座23顶部，另一端连接照相装置21顶部，照相装置21与关节机器人22之间具有水平方向的旋转自由度。关节机器人22为六轴机械手。

如图4所示，照相装置21包括连接法兰211、平面拍照照相装置212、平面光源213、照相装置主体214、屋顶光源215、鱼眼拍照照相装置216、条状光源217和大孔拍照照相装置218，照相装置主体214为柱状结构，连接法兰211设置于照相装置主体214顶端，平面光源213设置于照相装置主体214一侧，平面光源213为板状光源，平面光源213中部设置有通孔，平面拍照照相装置212末端连接照相装置主体214，平面拍照照相装置212镜头端设置于平面光源213通孔内，屋顶光源215设置于照相装置主体214侧表面，屋顶光源215为环状光源，鱼眼拍照照相装置216末端设置于照相装置主体214侧面，鱼眼拍照照相装置216镜头端设置于屋顶光源215内径内部，条状光源217活动设置于照相装置主体214底部，条状光源具有竖向平面上向下180度旋转自由度，大孔拍照照相装置218活动设置于照相装置主体214底部，大孔拍照照相装置218具有竖向平面上向下180度旋转自由度。鱼眼拍照照相装置216所在平面与平面拍照照相装置212所在平面相互垂直。

如图5所示，一种机器视觉瑕疵检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1、确定检测工件的型号、属性、兼容件和检测部位；

S2、对每个检测部位进行视觉检测，确定各部位的照相装置21拍照距离、技术要求、光源型号和镜头型号；

S3、通过定位补偿算法、斑点查找算法和平滑度检测算法对视觉检测进行深度学习；

S4、统计所有检测位置的可靠性，剔除不符合要求的部位；

S5、核对检测所需节拍、成本和量化标准，确定最终检测方案；

S6、输送装置12与架体11垂直，输送装置12一侧工位位于自动门13外侧连接上料方向；

S7、输送装置12位于自动门13外侧工位上料；

S8、自动门13开启，输送装置12旋转180度；

S9、关闭自动门13；

S10、关节机器人22带动照相装置21对工件5个面拍照检测；

S11、关节机器人22调整姿态，将六轴朝下；

S12、旋转六轴，大孔拍照照相装置218绕内壁旋转360度拍照检测；

S13、抬升手爪机构14将工件提起；

S14、关节机器人22带动照相装置21检测工件底面；

S15、关节机器人22调整姿态，将鱼眼拍照照相装置216插入底面各深孔内检测；

S16、抬升手爪机构14将工件落回至托盘；

S17、根据检测结果将工件下料，若工件合格，则传送至合格品区；若工件不合格，则传送至不合格品区；

S18、判断是否还有待检测工件，若还有待检测工件，重复步骤S6~S19；否则进行步骤S19；

S19、检测完毕。

步骤S3对工件5个面拍照检测时，具体为采用平面光源213进行平面开孔背光照射，平面拍照照相装置212拍照检测。步骤S3对火山口内壁拍照检测时，具体为通过条状光源打光，照亮壁面，照相装置21回转中心与工件火山口同轴，关节机器人22转动第6轴，采用平面拍照照相装置212拍照。步骤S8插入底面各深孔内检测具体为采用屋顶光源215照射，将鱼眼拍照照相装置216镜头伸入孔内拍照。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器视觉瑕疵检测装置，其特征在于：包括搬运装置（1）和检测装置（2），所述检测装置（2）设置于所述搬运装置（1）一侧，所述检测装置（2）功能区可环绕所述搬运装置（1）夹持的工件表面和内壁360度相对运动；

所述检测装置（2）包括照相装置（21）、关节机器人（22）和龙门固定底座（23），所述关节机器人（22）一端设置于所述龙门固定底座（23）顶部，另一端连接所述照相装置（21）顶部，所述照相装置（21）与所述关节机器人（22）之间具有水平方向的旋转自由度；

所述照相装置（21）包括连接法兰（211）、平面拍照照相装置（212）、平面光源（213）、照相装置主体（214）、屋顶光源（215）、鱼眼拍照照相装置（216）、条状光源（217）和大孔拍照照相装置（218），所述照相装置主体（214）为柱状结构，所述连接法兰（211）设置于所述照相装置主体（214）顶端，所述平面光源（213）设置于所述照相装置主体（214）一侧，所述平面光源（213）为板状光源，所述平面光源（213）中部设置有通孔，所述平面拍照照相装置（212）末端连接所述照相装置主体（214），所述平面拍照照相装置（212）镜头端设置于所述平面光源（213）通孔内，所述屋顶光源（215）设置于所述照相装置主体（214）侧表面，所述屋顶光源（215）为环状光源，所述鱼眼拍照照相装置（216）末端设置于所述照相装置主体（214）侧面，所述鱼眼拍照照相装置（216）镜头端设置于所述屋顶光源（215）内径内部，所述条状光源（217）活动设置于所述照相装置主体（214）底部，所述条状光源（217）具有竖向平面上向下180度旋转自由度，所述大孔拍照照相装置（218）活动设置于所述照相装置主体（214）底部，所述大孔拍照照相装置（218）具有竖向平面上向下180度旋转自由度。

2.根据权利要求1所述的一种机器视觉瑕疵检测装置，其特征在于：所述搬运装置（1）包括架体（11）、输送装置（12）、自动门（13）和抬升手爪机构（14），所述输送装置（12）设置于所述架体（11）底部一侧，所述架体（11）为门式结构，所述自动门（13）设置于所述架体（11）中部，所述输送装置（12）入口端连接所述自动门（13），所述输送装置（12）可水平旋转，所述抬升手爪机构（14）设置于所述输送装置（12）正上方、竖向活动安装在所述架体（11）侧面，所述输送装置（12）为双工位结构，所述工位对称设置于所述输送装置（12）旋转轴两侧，所述输送装置（12）方向与所述架体（11）垂直时，所述输送装置（12）一工位设置在所述自动门（13）外侧。

3.根据权利要求2所述的一种机械视觉瑕疵检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、进行检测准备；

S2、所述输送装置（12）上料；

S3、所述关节机器人（22）带动所述照相装置（21）对工件5个面拍照检测；

S4、所述关节机器人（22）调整姿态，将六轴朝下；

S5、旋转所述六轴，所述大孔拍照照相装置（218）绕内壁旋转360度对所述工件拍照检测；

S6、所述抬升手爪机构（14）将所述工件提起；

S7、所述关节机器人（22）带动所述照相装置（21）检测所述工件的底面；

S8、所述关节机器人（22）调整姿态，将鱼眼拍照照相装置（216）插入所述底面各深孔内检测；

S9、抬升手爪机构（14）将所述工件落回至托盘；

S10、根据检测结果将所述工件下料，若所述工件合格，则传送至合格品区；若所述工件不合格，则传送至不合格品区；

S11、判断是否还有待检测工件，若判断为是则返回步骤S2；若判断为否则进行步骤S12；

S12、检测完毕。

4.根据权利要求3所述的一种机械视觉瑕疵检测装置的检测方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：

S101、确定检测工件的型号、属性、兼容件和检测部位；

S102、对每个检测部位进行视觉检测，确定各部位的照相装置（21）拍照距离、技术要求、光源型号和镜头型号；

S103、通过定位补偿算法、斑点查找算法和平滑度检测算法对视觉检测进行深度学习；

S104、统计所有检测位置的可靠性，剔除不符合要求的部位；

S105、核对检测所需节拍、成本和量化标准，确定最终检测方案。

5.根据权利要求3所述的一种机械视觉瑕疵检测装置的检测方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：

S201、所述输送装置（12）与所述架体（11）垂直，所述输送装置（12）一侧工位位于所述自动门（13）外侧连接上料方向；

S202、所述输送装置（12）位于所述自动门（13）外侧工位上料；

S203、所述自动门（13）开启，所述输送装置（12）旋转180度；

S204、关闭所述自动门（13）。

6.根据权利要求3所述的一种机械视觉瑕疵检测装置的检测方法，其特征在于：当所述步骤S3中对工件5个面拍照检测时，平面光源（213）进行平面开孔背光照射，所述平面拍照照相装置（212）拍照检测。

7.根据权利要求3所述的一种机械视觉瑕疵检测装置的检测方法，其特征在于：当所述步骤S3中对火山口内壁拍照检测时，通过所述条状光源打光照亮壁面，所述照相装置（21）回转中心与工件火山口同轴，所述关节机器人（22）转动第6轴，采用所述平面拍照照相装置（212）拍照。

8.根据权利要求3所述的一种机械视觉瑕疵检测装置的检测方法，其特征在于：步骤S8插入所述底面各深孔内检测具体为采用所述屋顶光源（215）照射，将所述鱼眼拍照照相装置（216）镜头伸入孔内拍照。