CN113899748A - 一种基于机器视觉的应变计缺陷识别设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的应变计缺陷识别设备及方法，包括隔振台、XY轴运动单元、相机安装支架、AB轴相机调节机构和拍摄相机；XY轴运动单元和相机安装支架设置在隔振台上，AB轴相机调节机构设置在相机安装支架顶部，AB轴相机调节机构位于XY轴运动单元正上方，拍摄相机设置在AB轴相机调节机构上，拍摄相机镜头朝向XY轴运动单元顶部设置。提高了应变计运动过程中及拍摄相机的稳定性，提高了图像采集效果，进而提高了缺陷识别的精度。

Description

一种基于机器视觉的应变计缺陷识别设备及方法

技术领域

本发明属于电阻式应变计领域，涉及一种基于机器视觉的应变计缺陷识别设备及方法。

背景技术

电阻式应变计(以下简称应变计)是利用“电阻-应变”原理的敏感元件，是力传感器中的核心元件。应变计在生产过程中，需要经过外观检测工序。传统的外观检测方法是人眼在显微镜或者荧光灯下识别，该方法对一些规格比较大、纹理简单的应变计还能够使用，一旦产品需求量增大或者应变计尺寸缩小，人工检测就不能满足生产要求。而且人工检测成本不断上升，基于机器视觉的智能识别系统在应变计生产中的应用是一个必然趋势，在工业领域逐步取得了应用。基于机器视觉的缺陷识别系统是用光学手段获取被测物体图像并将其数字化，然后通过一些算法进行比较、分析和判断，因此按照功能可将系统分为两大部分：光学部分和图像处理部分。目前，08FG型应变计存在生产量大，错检率要求严格等特点。传统生产过程，主要通过人工缺陷检测的方式完成。存在人工成本高，劳动强度大，自动化程度低，产品次品率控制难度大等问题。因此，能否实现应变计外观缺陷检测全自动化，显得尤为重要。

目前，国内外基于机器视觉的自动化设备的种类比较多，技术水平良莠不齐，但大多都被用于识别较大物体，能够适用于应变计生产的专用检测设备并不多见，能够真正实现应变计外观缺陷识别的自动化设备，更是少之又少。单个应变计的外观尺寸较小，其长宽均只有几个毫米，其内部最细微的检测对象是敏感栅，宽度则仅有几十微米，而各种缺陷随机分布于敏感栅各处，缺陷外形、尺寸、位置均不确定，缺陷最小尺寸仅为5个微米，对机器视觉的系统性能要求较为严格。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于机器视觉的应变计缺陷识别设备及方法，提高了应变计运动过程中及拍摄相机的稳定性，提高了图像采集效果，进而提高了缺陷识别的精度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，包括隔振台、XY轴运动单元、相机安装支架、AB轴相机调节机构和拍摄相机；

XY轴运动单元和相机安装支架设置在隔振台上，AB轴相机调节机构设置在相机安装支架顶部，AB轴相机调节机构位于XY轴运动单元正上方，拍摄相机设置在AB轴相机调节机构上，拍摄相机镜头朝向XY轴运动单元顶部设置。

优选的，隔振台内部分别在水平、纵向和竖直方向上设置有多个空气弹簧。

优选的，XY轴运动单元包括驱动机构、滑轨和滑块，滑块滑动连接在滑轨上，驱动机构采用磁力驱动机构。

进一步，滑轨上设置有直线光栅尺。

优选的，AB轴相机调节机构包括依次连接的俯仰调节机构、偏摆调节机构、竖直平移调节机构和基座，拍摄相机设置在俯仰调节机构上。

进一步，俯仰调节机构采用转动机构与偏摆调节机构连接；偏摆调节机构采用翻转机构与竖直平移调节机构连接；竖直平移调节机构采用直线运动机构与基座连接，转动机构的转动轴、翻转机构的翻转轴和直线运动机构的运动方向三者相互垂直。

优选的，XY轴运动单元顶部设置有应变计定位工装，应变计定位工装包括应变计压板和应变计定位板，应变计定位工装为方形环，应变计定位工装采用销连接在应变计定位板。

进一步，应变计定位板上设置有多个负压吸附孔，负压吸附孔连接有负压装置，负压吸附孔位于应变计压板所包围区域的内部。

一种根据上述任意一项所述基于机器视觉的应变计缺陷识别设备的应变计缺陷识别方法，包括以下过程：

将应变计放置在XY轴运动单元顶部，在XY轴运动单元的驱动下，按照设定好的位置及速度进行单轴运动，当到达应变计边缘时，垂直于单轴方向的运动轴开始运动，实现应变计换行操作；

完成换行后，应变计继续单轴运动，依次类推，沿设定好的路线进行运动，直至完成整版应变计的采集工作；

在应变计运动的过程中，拍摄相机对应变计进行图像信息采集，并通过图像采集卡对图像信息进行预处理，预处理完成后将数据进行缺陷算法识别；

当拍摄相机完成整版应变计图像采集后，应变计回到坐标原点，当完成缺陷计算后，将应变计取下，完成单个应变计缺陷识别过程。

优选的，将应变计放置在XY轴运动单元顶部的过程为：应变计定位工装在XY轴运动单元的驱动下，移动至上料工位，取下应变计定位工装上方的应变计压板，同时识别好应变计的方向，并将待测应变计固定于应变计定位工装上，然后重新将应变计压板放置于应变计定位工装上，应变计压板将应变计边沿压平，启动负压装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过设置在隔振台上，提高了隔振性能，有效避免了周围设备振动对拍摄相机成像功能的影响；AB轴相机调节机构便于相机的三轴精确调节，同时大幅提高了相机的调节效率，保证了成像质量和拼图质量，能够调节相机及镜头，使得相机轴线与应变计放置平台垂直，并保证镜头与物体之间保持精确的距离。

进一步，隔振台分别在X、Y、Z三个方向上均分布有多个空气弹簧，能够有效阻隔由机架传导过来的振动。

进一步，XY轴运动单元利用磁力驱动机构来运动，使得运动更加平稳，达到精确拍照的要求。

进一步，XY轴运动单元借助直线光栅尺实现精确定位，运动精度更高，达到精确拍照的要求。

进一步，通过调节俯仰调节机构，可实现拍摄相机的俯仰位姿；通过调节偏摆调节机构，可实现拍摄相机的偏摆位姿；通过调节竖直平移调节机构，可实现拍摄相机的竖直高度；通过对AB轴相机调节机构的调节，可实现拍摄相机在空间中的两旋转一平移，共三个自由度的运动，以适应拍摄相机与应变计定位工装的相对位置，进而保证拍摄相机可拍到清晰准确的照片。

进一步，应变计定位工装采用应变计压板将应变计压紧，有效避免了应变计自然状态下产生的翘曲，避免了因应变计翘曲而发生的采集数据畸变，拍照不清晰，进而避免了因光源的反射和折射带来的图像模糊，提高了检测精度，进而提高了缺陷识别的准确性。

进一步，应变计定位工装利用负压吸附的方式，对整版应变计进行固定，实现了应变计的稳固定位，有效保证了拍照的准确性。

本发明所述方法通过拍摄相机对应变计图像进行采集，对采集到的图像进行分析，进行缺陷算法识别，实现了自动缺陷识别功能，在实现批量化、自动化作业方面具有很大的优势。与此同时，有效避免了错检、漏检情况的发生，大幅提升了应变计缺陷识别检测效率，降低了人工劳动强度。

附图说明

图1为本发明的缺陷识别设备的结构示意图；

图2为本发明的AB轴相机调节机构的结构示意图；

图3为本发明的应变计定位工装的结构示意图。

其中：1.机架，2.隔振台，3.Y轴运动单元，4.X轴运动单元，5.应变计定位工装，6.拍摄相机，7.AB轴相机调节机构，8.相机安装支架，9.俯仰调节机构，10.偏摆调节机构，11.竖直平移调节机构，12.应变计定位板，13.负压吸附孔，14.应变计压板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，包括机架1、隔振台2、XY轴运动单元、应变计定位工装5、相机安装支架8、AB轴相机调节机构7和拍摄相机6。

隔振台2下方通过螺钉与机架1连接，隔振台2可有效抑制环境振动传递到相机部件。隔振台2的上平台分别在X、Y、Z三个方向上均分布有空气弹簧，实现了工作台的高刚度，同时具备高水平的隔振性能，能够有效阻隔由机架传导过来的振动，有效避免了周围设备振动对拍摄相机6成像功能的影响。

XY轴运动单元包括Y轴运动单元3和X轴运动单元4，Y轴运动单元3与隔振台2通过螺钉连接，实现应变计定位工装5的Y向运动。X轴运动单元4与Y轴运动单元3通过螺钉连接，实现应变计定位工装5的X向运动。应变计定位工装5通过螺钉与X轴运动单元连接，通过X、Y轴运动单元的运动，实现应变计定位工装5的X、Y向运动，进而实现整版应变计的移动。

XY轴运动单元包括驱动机构、滑轨和滑块，滑块滑动连接在滑轨上，驱动机构采用磁力驱动机构，滑轨上设置有直线光栅尺，实现精确定位，使得运动更加平稳，运动精度更高，达到精确拍照的要求，同时也保证了图像采集的准确性，提升了拍摄相机6的成像效果，在此基础上，提高了拍摄效率，进而提升了整机的缺陷识别效率。

相机安装支架8通过螺钉与隔振台2连接。AB轴相机调节机构7通过连接件与相机安装支架8连接，拍摄相机6通过连接件与AB轴相机调节机构7连接，拍摄相机6镜头朝向XY轴运动单元顶部设置。

如图2所示，AB轴相机调节机构7由俯仰调节机构9、偏摆调节机构10、竖直平移调节机构11和基座组成。俯仰调节机构9采用转动机构与偏摆调节机构10连接；偏摆调节机构10采用翻转机构与竖直平移调节机构11连接；竖直平移调节机构11采用直线运动机构与基座连接，转动机构的转动轴、翻转机构的翻转轴和直线运动机构的运动方向三者相互垂直。通过调节俯仰调节机构9，可实现拍摄相机6的俯仰位姿；通过调节偏摆调节机构10，可实现拍摄相机6的偏摆位姿；通过调节竖直平移调节机构11，可实现拍摄相机6的竖直高度；通过对AB轴相机调节机构7的调节，可实现拍摄相机6在空间中的两旋转一平移，共三个自由度的运动，以适应拍摄相机6与应变计定位工装5的相对位置，进而保证拍摄相机6可拍到清晰准确的照片。

通过调节AB轴相机调节机构7，使得相机轴线与应变计放置平台垂直，并保证镜头与物体之间保持精确的距离。进而保证成像质量和拼图质量。AB轴相机调节机构7相比于传统调节机构，具有高精度、易调节的特点，通过粗调、精调的方式，实现拍摄相机6的三轴精确调节，同时大幅提高了相机的调节效率和调节精度。

XY轴运动单元顶部设置有应变计定位工装5，由于应变计自身厚度很薄，常规放置在水平面上就会发生一定的翘曲，这样采集的数据将会产生畸变，拍照不清晰，不利于图像的采集。如图3所示，应变计定位工装5包括应变计压板14和应变计定位板12，应变计定位工装5为方形环，应变计定位工装5采用销连接在应变计定位板12上。采用应变计压板14将应变计压紧，有效避免了应变计自然状态下产生的翘曲，避免了因应变计翘曲而发生的采集数据畸变，拍照不清晰，进而避免了因光源的反射和折射带来的图像模糊，提高了检测精度，进而提高了缺陷识别的准确性。

应变计定位板12上设置有多个负压吸附孔13，负压吸附孔13连接有负压装置，负压吸附孔13位于应变计压板14所包围区域的内部。利用负压吸附孔13，借助应变计压板14及定位销对整版应变计进行定位和固定，实现了应变计的精确、稳固定位，有效保证了拍照的准确性，与此同时，方便操作人员上下料。

基于机器视觉的应变计缺陷识别设备的应变计缺陷识别方法，包括以下过程：

系统开机运行时，首先上位机、机械系统及对应的电机上电。打开上位机软件后，应变计定位工装5在X、Y轴运动单元的驱动下，移动至人工上料工位。人工取下应变计定位工装5上方的应变计压板14，同时识别好应变计的方向，并将待测应变计固定于应变计定位工装5上。然后重新将应变计压板14放置于应变计定位工装5上，随即按下开始按钮，完成人工上料。

当完成上料并按下开始按钮后，放有应变计的应变计定位工装5，在X、Y轴运动单元的驱动下，按照上位机设定好的位置及速度进行单轴运动，当到达应变计边缘时，垂直方向的运动轴开始运动，实现应变计换行操作。完成换行后，应变计定位工装5继续单轴运动，依次类推，沿上位机设定好的路线进行运动，直至完成整版应变计的采集工作。与此同时，在应变计运动的过程中，拍摄相机6对应变计进行图像信息采集，并通过图像采集卡对图像信息进行预处理，预处理完成后将数据发送至上位机进行图像分析软件的缺陷算法识别。当拍摄相机6完成整版应变计图像采集后，应变计定位工装5回到坐标原点，即人工上料工位，等待图像处理及人工确认结果，对采集到的图像进行分析，将当前应变计缺陷图像与缺陷数据库中的图像进行比对，判断是否合格，根据判断结果对应变计进行标记。当上位机完成缺陷计算及人工确认计算结果后，人工将应变计取下，并等待人工装入下一版应变计，如此交替进行。由于采用上位机通讯及控制方式，因此本发明可实现与其他设备数据相互交互，互通互联，为实现应变计生产的全线自动化和智能工厂提供了良好的基础。

图像分析软件具有学习记忆功能，通过识别不同的应变计缺陷，软件会对每种不同类型的应变计缺陷进行学习记忆，不断扩充其数据库中缺陷的种类和具体特征，从而达到高效准确检测的目的。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，包括隔振台(2)、XY轴运动单元、相机安装支架(8)、AB轴相机调节机构(7)和拍摄相机(6)；

XY轴运动单元和相机安装支架(8)设置在隔振台(2)上，AB轴相机调节机构(7)设置在相机安装支架(8)顶部，AB轴相机调节机构(7)位于XY轴运动单元正上方，拍摄相机(6)设置在AB轴相机调节机构(7)上，拍摄相机(6)镜头朝向XY轴运动单元顶部设置。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，隔振台(2)内部分别在水平、纵向和竖直方向上设置有多个空气弹簧。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，XY轴运动单元包括驱动机构、滑轨和滑块，滑块滑动连接在滑轨上，驱动机构采用磁力驱动机构。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，滑轨上设置有直线光栅尺。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，AB轴相机调节机构(7)包括依次连接的俯仰调节机构(9)、偏摆调节机构(10)、竖直平移调节机构(11)和基座，拍摄相机(6)设置在俯仰调节机构(9)上。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，俯仰调节机构(9)采用转动机构与偏摆调节机构(10)连接；偏摆调节机构(10)采用翻转机构与竖直平移调节机构(11)连接；竖直平移调节机构(11)采用直线运动机构与基座连接，转动机构的转动轴、翻转机构的翻转轴和直线运动机构的运动方向三者相互垂直。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，XY轴运动单元顶部设置有应变计定位工装(5)，应变计定位工装(5)包括应变计压板(14)和应变计定位板(12)，应变计定位工装(5)为方形环，应变计定位工装(5)采用销连接在应变计定位板(12)。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别设备，其特征在于，应变计定位板(12)上设置有多个负压吸附孔(13)，负压吸附孔(13)连接有负压装置，负压吸附孔(13)位于应变计压板(14)所包围区域的内部。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述基于机器视觉的应变计缺陷识别设备的应变计缺陷识别方法，其特征在于，包括以下过程：

将应变计放置在XY轴运动单元顶部，在XY轴运动单元的驱动下，按照设定好的位置及速度进行单轴运动，当到达应变计边缘时，垂直于单轴方向的运动轴开始运动，实现应变计换行操作；

完成换行后，应变计继续单轴运动，依次类推，沿设定好的路线进行运动，直至完成整版应变计的采集工作；

在应变计运动的过程中，拍摄相机(6)对应变计进行图像信息采集，并通过图像采集卡对图像信息进行预处理，预处理完成后将数据进行缺陷算法识别；

当拍摄相机(6)完成整版应变计图像采集后，应变计回到坐标原点，当完成缺陷计算后，将应变计取下，完成单个应变计缺陷识别过程。

10.根据权利要求9所述的基于机器视觉的应变计缺陷识别方法，其特征在于，将应变计放置在XY轴运动单元顶部的过程为：应变计定位工装(5)在XY轴运动单元的驱动下，移动至上料工位，取下应变计定位工装(5)上方的应变计压板(14)，同时识别好应变计的方向，并将待测应变计固定于应变计定位工装(5)上，然后重新将应变计压板(14)放置于应变计定位工装(5)上，应变计压板(14)将应变计边沿压平，启动负压装置。

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