CN115615998B - 一种圆形磁芯侧面缺陷检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆形磁芯侧面缺陷检测装置，包括传送带、固定组件、检测组件；传送带沿固定方向运动，待测磁芯放置在传送带上，待测磁芯由多个圆形磁芯叠加而成，且其轴线与传送带的运动方向垂直；固定组件用于对待测磁芯进行限位，使待测磁芯位于设定的检测区域内，且待测磁芯仅能在传送带的作用下绕待测磁芯的轴线旋转；检测组件用于对待测磁芯的侧面进行图像采样；传送带、固定组件、检测组件相配合，获得待测磁芯完整的侧面图像。圆形磁芯侧面缺陷检测方法使用圆形磁芯侧面缺陷检测装置，通过图像处理技术完成对圆形磁芯侧面缺陷的检测。本发明能检测圆形磁芯的完整圆周侧面，同时能完成多个圆形磁芯的缺陷检测任务。

Description

一种圆形磁芯侧面缺陷检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及质量检测领域，尤其涉及一种圆形磁芯侧面缺陷检测装置及其方法。

背景技术

工业产品的质量检测是产品质量的重要一环。在实际的生产过程中，可能会产生各种缺陷，而这些缺陷会对产品的实际使用造成影响。目前大多数生产厂商主要采用人工识别的方法。人长时间工作会出现视觉疲劳，造成误检、漏检。同时人工质检需要大量的劳动力成本，极大的增加企业的生产成本。

电子产品在日常生活中已经必不可少，而磁芯是电子产品的重要组成部分之一。在实际生产过程中的碰撞、摩擦等现象会导致产品表面出现各种缺陷，影响产品质量。目前针对磁芯侧面的检测方式，主要以人工的方式进行识别，效率低，成本高。而以非人工的方式进行识别，每次仅能检测单个磁芯，检测效率低。而以非人工的方式进行识别，现有技术中存在圆形磁芯轴心难确认、侧面图像获取困难、拍摄成像不清晰的问题，且每次仅能检测单个磁芯，检测效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出如下技术方案：

一种圆形磁芯侧面缺陷检测装置，包括传送带、固定组件、检测组件；所述传送带沿固定方向运动，待测磁芯放置在所述传送带上，所述待测磁芯为并排放置的多个圆形磁芯，且所述待测磁芯轴线与所述传送带的运动方向垂直；所述固定组件用于对所述待测磁芯进行限位，使所述待测磁芯位于设定的检测区域内，且所述待测磁芯仅能在所述传送带的作用下绕所述待测磁芯的轴线旋转；所述检测组件用于对所述待测磁芯的侧面进行图像采样；所述传送带、固定组件、检测组件相配合，获得所述待测磁芯完整的侧面图像。

进一步地，所述固定组件包括：固定支架、夹紧装置、约束装置、阻挡装置；所述固定支架安装在所述传送带的上方，所述阻挡装置安装在所述传送带上，用于阻挡所述待测磁芯跟随所述传送带运动，所述阻挡装置与所述固定支架的相对位置保持不变；所述夹紧装置从所述待测磁芯的两端将其夹紧，使所述待测磁芯不发生轴向偏移，实现轴向限位，且所述待测磁芯能绕其轴线旋转；所述约束装置一端转动连接在所述固定支架上，另一端在所述待测磁芯到达所述待测区域后压紧所述待测磁芯，避免所述待测磁芯回滚，所述约束装置和所述阻挡装置共同作用，实现对所述待测磁芯的径向限位。

进一步地，所述检测组件包括光源和相机，所述光源用于提供稳定照明；所述相机固定在所述待测磁芯的正上方，用于拍摄所述待测磁芯的侧面图像，且所述相机的拍摄不会被遮挡。

进一步地，所述夹紧装置包括弹性元件和万向轮，弹性元件的一端与所述固定支架连接，另一端与所述万向轮连接；所述万向轮从两端夹紧所述待测磁芯，使所述待测磁芯的轴向位置不发生偏移，实现轴向限位，且所述待测磁芯仍可绕其轴线进行旋转；所述弹性元件用于调节对所述待测磁芯两端的挤压力度。

进一步地，所述阻挡装置选用能在每个所述圆形磁芯对应位置单独开关的挡板结构，用于使特定的单个圆形磁芯通过阻挡装置，随传送带运动。

进一步地，所述相机的参数与所述传送带的运动速度匹配，用于拍摄到清晰的图像。

进一步地，所述相机每次拍摄的图像均传送至处理器。

一种基于所述的圆形磁芯侧面缺陷检测装置的圆形磁芯侧面缺陷检测方法，包括以下步骤：

S1：使用所述圆形磁芯侧面缺陷检测装置对所述待测磁芯的侧面进行图像采样，传送至处理器，拼接后得到完整的圆形磁芯侧面图像，记为原始图像A；

S2：对所述原始图像A进行滤波和边缘检测，最终得到图像C；

S3：将所述图像C二值化，得到所述待测磁芯中的各个圆形磁芯的边界坐标，根据边界坐标信息将所述原始图像A进行分割，得到单个圆形磁芯侧面的图像S；

S4：对所述图像S进行阈值分割，得到初始缺陷特征的图像H；

S5：对所述图像H进行形态学处理，得到图像M；

S6：遍历所述图像H的所有列，若某一列中黑白像素比小于设定阈值，则认为该列像素为两圆形磁芯边界之间的缝隙区域，将整列像素置白，最终得到圆形磁芯的缝隙图像U；将所述图像M与所述图像U的对应坐标作差，用于去除所述圆形磁芯边界之间的缝隙区域对缺陷检测的干扰，得到优化后的圆形磁芯侧面缺陷特征的图像O；

S7：计算所述图像O中各缺陷的面积、长度和宽度，并判定某一缺陷的面积、长度、宽度是否均满足对应阈值，若均满足，则判定该缺陷为真；反之，则判定该缺陷为假，舍去；

S8：对S7中得到的判定为真的缺陷进行框出标记，得到最终带有标记的图像并输出，完成所述待测磁芯侧面缺陷的检测。

进一步地，所述S7具体通过以下步骤计算所述图像O中各缺陷的面积、长度和宽度：

若某一像素点q位于以另一像素值相同的像素点p为中心、包含9个像素点的区域内，则称这两个像素是连通的，所有彼此连通的像素点构成的区域称为连通域；通过连通域，对所述图像O进行轮廓寻找，得到各缺陷的轮廓，由此计算各缺陷的面积、长度和宽度。

本发明的有益效果是：

（1）本发明装置通过固定组件使待测磁芯仅能绕其轴心旋转，解决了圆形磁芯轴心难确认、侧面图像获取困难、拍摄成像不清晰的问题。

（2）本发明装置能同时检测多个圆形磁芯的侧面，检测效率高。

（3）本发明方法采用图像处理技术对拍摄到的侧面图像进行处理，相较现有技术所需的光照条件要求较低，更易于实现。

附图说明

图1是本发明圆形磁芯侧面缺陷检测装置的立体示意图。

图2是本发明圆形磁芯侧面缺陷检测装置的左视图。

图3是本发明圆形磁芯侧面缺陷检测方法的流程图。

图4是本发明实施例一的圆形磁芯侧面缺陷检测结果，其中（a）为本发明装置拍摄得到的完整的圆形磁芯侧面图像，（b）为使用本发明方法处理（a）得到的圆形磁芯侧面缺陷检测结果图。

图中，传送带1、固定支架2、相机3、光源4、待测磁芯5、夹紧装置6、约束装置7、阻挡装置8。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，为本发明的圆形磁芯侧面缺陷检测装置，包括：传送带1、固定组件、检测组件。待测磁芯5为由多个圆形磁芯叠加成的圆柱结构。传送带1水平放置，沿固定方向运动。

固定组件用于将待测磁芯5限制在预先设定的检测区域内。固定组件包括：固定支架2、夹紧装置6、约束装置7、阻挡装置8。固定支架2安装在传送带1的上方。阻挡装置8布置在传送带1的上表面，其布置方向与传送带1运动方向相垂直，且不会随传送带1运动。阻挡装置8可选择简单的挡板等固定物体，仅用于阻挡待测磁芯5跟随传送带1的运行方向运动；也可选择具有开关控制功能的部件，在阻挡待测磁芯5运动的同时，在每一个圆形磁芯对应的位置均设置单独控制的开关，用于使特定的单个圆形磁芯通过阻挡装置8，随传送带1运动，完成筛选，便于后续操作。

夹紧装置6包括有弹性元件和万向轮，弹性元件的一端与固定支架2连接，另一端与万向轮连接；万向轮从两端夹紧待测磁芯5，使待测磁芯5的轴向位置不发生偏移，实现轴向限位，且待测磁芯5仍可绕其轴线进行旋转；弹性元件用于调节对待测磁芯5两端的挤压力度。约束装置7的一端转动连接在固定支架2上，约束装置7另一端在待测磁芯5到达检测区域后压紧在待测磁芯5上，通过约束装置7自身的重力对待测磁芯5进行约束，使待测磁芯5不会回滚；约束装置7还可通过与固定支架2弹性连接等方式，增大对待测磁芯5的力，进一步加强约束。约束装置7和阻挡装置8共同实现对待测磁芯5的径向限位。固定组件共同作用实现了待测磁芯5的轴向、径向限位，使得待测磁芯5仅能在传送带1的作用下绕其轴线旋转，配合检测组件即可检测得到待测磁芯5的完整侧面。

检测组件包括相机3和光源4。光源4固连在固定支架2上，使光源4能完全照亮待测磁芯5，且不会遮挡线阵工业相机3拍摄待测磁芯5的侧面；光源4采用明场照射。相机3固连在固定支架2上，位于待测磁芯5的正上方，其拍摄方向与传送带1的运动方向垂直；相机3选用线阵工业相机，用于进行图像采集，并将每次拍摄的图像传送至处理器，其参数需与传送带1的运动速度相匹配，使相机3能拍摄到清晰的图像。

本发明装置可实现待测磁芯5侧面缺陷的流水线测量，适用于工厂流水线操作，效率高，安装简单，具有较高的实用价值。

如图3所示，为本发明的圆形磁芯侧面缺陷检测方法的流程图，具体包括以下步骤：

S1：获取完整的圆形磁芯侧面图像作为原始图像A。

利用圆形磁芯侧面缺陷检测装置进行图像采样，传送至处理器，拼接得到完整的圆形磁芯侧面图像，将其记作原始图像A。

：将原始图像A进行滤波和边缘检测。

（1）利用高斯滤波去除噪声。对原始图像A进行卷积计算，得到高斯滤波后的图像B：

式中，卷积核G为3×3的卷积核，通过高斯函数计算得到，表达式如下：

式中，σ表示高斯分布的标准差，（x,y）表示卷积核G上对应的坐标，具体如下：

（2）利用Sobel算子增强边缘信息。图像B通过图像卷积得到边缘检测后的图像C：

式中，G_y为3×3的Sobel算子，其具体形式如下：

S3：按照待测磁芯5中的圆形磁芯数目对原始图像A进行分割，得到图像S。

（1）固定阈值分割。进行二值化处理，将灰度图片转换成黑白图片，具体表达式如下：

式中， a表示图像C中当前像素点的像素值，T表示人为设定的阈值。

（2）通过比较像素值的大小，区分图像的前景与背景，得到待测磁芯5最外侧的X轴坐标信息( x ₀, x ₁)，其中X轴为待测磁芯5的轴线方向， x ₀表示待测磁芯5最左端的坐标， x ₁表示待测磁芯5最右端的坐标。通过坐标信息，将原始图像A分割成多张单个圆形磁芯侧面的图像S。第 i个圆形磁芯侧面的边界坐标 x _il 、 x _ir 如下：

式中，N表示一共有N个圆形磁芯， x _il 表示第 i个圆形磁芯最左端的坐标， x _ir 表示第 i个圆形磁芯最右端的坐标。

：对图像S进行自适应阈值分割，得到初始缺陷特征图像H。

针对单个圆形磁芯侧面的图像S，通过图像S像素值的均值进行阈值分割，得到初始缺陷特征图像H，具体表达式如下：

其中s表示图像S中当前像素点的像素值，T_mean表示图像S像素值的均值。

：对图像H进行形态学处理，得到图像M。

采用膨胀腐蚀操作，将S4得到的初始缺陷特征图像H进行形态学处理，去除噪点，得到形态学处理后的图像M。膨胀腐蚀操作的定义如下，存在一个任意形状的内核D，内核中有一个可自定义的锚点，膨胀操作时，将内核D划过图像，将内核D覆盖区域中的最大像素值，代替锚点位置的像素值，其具体表达式如下式（8）所示；腐蚀操作时，将内核D覆盖区域中的最小像素值，代替锚点位置的像素值，其具体表达式如下式（9）所示。

：去除边界干扰，得到优化后的圆形磁芯侧面缺陷特征图像O。

由于相邻两圆形磁芯之间存在缝隙，导致边界干扰，在进行缺陷检测时易发生误判，将缝隙判定为磁芯缺陷，去除边界干扰可通过以下操作进行：

通过对S4得到的初始缺陷特征图像H进行列方向上的统计，若某一列中黑白像素比小于一定比例，则认为该列像素为磁芯之间的缝隙区域，将整列像素置白。遍历整张图像的所有列，即可得到所有圆形磁芯之间的缝隙图像U。

其中， x _k 表示图像H中第k列白色像素点的个数， u表示图像H的高度。

将S5得到的形态学处理后的图像M与圆形磁芯之间的缝隙图像U做差，即可去除圆形磁芯的边界对缺陷检测的干扰，得到优化后的圆形磁芯侧面缺陷特征图像O，其表达式如下：

当图像M的某一个像素点为黑时，其在缝隙图像U中对应的像素点无论为黑或白，最终得到的图像O中对应的像素点均为黑。当图像M的某一个像素点为白时，若其在缝隙图像U中对应的像素点为白，则最终得到的图像O中对应的像素点为黑，即消去了误判为缺陷的磁芯间缝隙；若其在缝隙图像U中对应的像素点为黑，则最终得到的图像O中对应的像素点为白，即不发生改变。

：计算缺陷大小并标记。

通过连通域，对S6得到的图像O进行轮廓寻找，得到各缺陷的轮廓。其中连通域的定义为，对于像素值相同的像素点p和q，如果q在集合N₈（p）中，即像素点q位于以像素点p为中心、3个像素点为边长的矩形区域内，则称这两个像素是连通的，所有彼此连通的像素点构成的区域称为连通域。

根据各缺陷的轮廓计算其面积和长宽，并判断缺陷的真伪，表达式如下：

式中，Label为对缺陷的判定标签，area为缺陷的面积，L为缺陷的长度，W为缺陷的宽度，此处的长度方向为圆形磁芯的轴向长度，宽度方向为圆形磁芯的周向长度；TH1为缺陷最小面积的阈值，TH2为连通域长度和宽度的阈值，TH1和TH2均需人为设定；定义图像O的长度方向为x轴，宽度方向为y轴， x _max表示连通域内缺陷在x轴上的最大值， x _min表示连通域内缺陷在x轴上的最小值； y _max表示连通域内缺陷在y轴上的最大值， y _min表示连通域内缺陷在y轴上的最小值。

当某一处缺陷同时满足缺陷面积大于TH1、长度L大于TH2、宽度W大于TH2时，判定该缺陷为真；否则判定该缺陷为假，将其舍弃。

：输出缺陷信息。

绘制最小外接矩形，对S7中判定为真的缺陷进行标记，最终的缺陷检测结果以图片形式进行展示，完成圆形磁性侧面缺陷检测。若阻挡装置8选用具有开关控制功能的部件，处理器根据缺陷信息判断该圆形磁芯是否合格，发送开关指令到阻挡装置8，对待测磁芯5进行分筛。

下面结合具体实施例进一步证明本发明的检测效果。

实施例一

采用如图1所示装置拍摄得到的原始图像A如图4中的（a）所示，将其进行图像处理，其中进行二值化处理时，选取阈值T为70；进行缺陷的真伪判定时，选取阈值TH1为110，TH2为10；得到最终的缺陷检测结果如图4中的（b）所示。由图可知，本发明的圆形磁芯侧面缺陷检测效果好，检测结果准确。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种圆形磁芯侧面缺陷检测装置，其特征在于，包括传送带、固定组件、检测组件；所述传送带沿固定方向运动，待测磁芯放置在所述传送带上，所述待测磁芯为并排放置的多个圆形磁芯，且所述待测磁芯轴线与所述传送带的运动方向垂直；所述固定组件用于对所述待测磁芯进行限位，使所述待测磁芯位于设定的检测区域内，且所述待测磁芯仅能在所述传送带的作用下绕所述待测磁芯的轴线旋转；所述检测组件用于对所述待测磁芯的侧面进行图像采样；所述传送带、固定组件、检测组件相配合，获得所述待测磁芯完整的侧面图像；

所述固定组件包括：固定支架、夹紧装置、约束装置、阻挡装置；所述固定支架安装在所述传送带的上方，所述阻挡装置安装在所述传送带上，用于阻挡所述待测磁芯跟随所述传送带运动，所述阻挡装置与所述固定支架的相对位置保持不变；所述夹紧装置从所述待测磁芯的两端将其夹紧，使所述待测磁芯不发生轴向偏移，实现轴向限位，且所述待测磁芯能绕其轴线旋转；所述约束装置一端转动连接在所述固定支架上，另一端在所述待测磁芯到达所述待测区域后压紧所述待测磁芯，避免所述待测磁芯回滚，所述约束装置和所述阻挡装置共同作用，实现对所述待测磁芯的径向限位；

所述检测组件包括光源和相机，所述光源用于提供稳定照明；所述相机固定在所述待测磁芯的正上方，用于拍摄所述待测磁芯的侧面图像，且所述相机的拍摄不会被遮挡；所述相机选用线阵工业相机，用于进行图像采集。

2.根据权利要求1所述的圆形磁芯侧面缺陷检测装置，其特征在于，所述夹紧装置包括弹性元件和万向轮，弹性元件的一端与所述固定支架连接，另一端与所述万向轮连接；所述万向轮从两端夹紧所述待测磁芯，使所述待测磁芯的轴向位置不发生偏移，实现轴向限位，且所述待测磁芯仍可绕其轴线进行旋转；所述弹性元件用于调节对所述待测磁芯两端的挤压力度。

3.根据权利要求1所述的圆形磁芯侧面缺陷检测装置，其特征在于，所述阻挡装置选用能在每个所述圆形磁芯对应位置单独开关的挡板结构，用于使特定的单个圆形磁芯通过阻挡装置，随传送带运动。

4.根据权利要求1所述的圆形磁芯侧面缺陷检测装置，其特征在于，所述相机的参数与所述传送带的运动速度匹配，用于拍摄到清晰的图像。

5.根据权利要求1所述的圆形磁芯侧面缺陷检测装置，其特征在于，所述相机每次拍摄的图像均传送至处理器。

6.一种基于权利要求1-5任一所述的圆形磁芯侧面缺陷检测装置的圆形磁芯侧面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：使用所述圆形磁芯侧面缺陷检测装置对所述待测磁芯的侧面进行图像采样，传送至处理器，拼接后得到完整的圆形磁芯侧面图像，记为原始图像A；

S2：对所述原始图像A进行滤波和边缘检测，最终得到图像C；

S3：将所述图像C二值化，得到所述待测磁芯中的各个圆形磁芯的边界坐标，根据边界坐标信息将所述原始图像A进行分割，得到单个圆形磁芯侧面的图像S；

S4：对所述图像S进行阈值分割，得到初始缺陷特征的图像H；

S5：对所述图像H进行形态学处理，得到图像M；

S6：遍历所述图像H的所有列，若某一列中黑白像素比小于设定阈值，则认为该列像素为两圆形磁芯边界之间的缝隙区域，将整列像素置白，最终得到圆形磁芯的缝隙图像U；将所述图像M与所述图像U的对应坐标作差，用于去除所述圆形磁芯边界之间的缝隙区域对缺陷检测的干扰，得到优化后的圆形磁芯侧面缺陷特征的图像O；

S7：计算所述图像O中各缺陷的面积、长度和宽度，并判定某一缺陷的面积、长度、宽度是否均满足对应阈值，若均满足，则判定该缺陷为真；反之，则判定该缺陷为假，舍去；

S8：对S7中得到的判定为真的缺陷进行框出标记，得到最终带有标记的图像并输出，完成所述待测磁芯侧面缺陷的检测。

7.根据权利要求6所述的圆形磁芯侧面缺陷检测方法，其特征在于，所述S7具体通过以下步骤计算所述图像O中各缺陷的面积、长度和宽度：

若某一像素点q位于以另一像素值相同的像素点p为中心、包含9个像素点的区域内，则称这两个像素是连通的，所有彼此连通的像素点构成的区域称为连通域；通过连通域，对所述图像O进行轮廓寻找，得到各缺陷的轮廓，由此计算各缺陷的面积、长度和宽度。

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