CN115629081A - 一种基于机器视觉的电极帽检测机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于机器视觉的电极帽检测机，包括外壳、相机、光源以及电极帽定位件和光学组件，光学组件安装于外壳内底部，光学组件包括两个单面反光镜以及一个双面反光镜，双面反光镜设置于两个电极帽中间位置，两个单面反光镜对称设置于双面反光镜两侧，两个单面反光镜、双面反光镜布置方向与两个电极帽布置方向垂直。本检测机在实现准确的视觉检测的同时，对生产现场机械臂的工作距离进行一个较好的兼容，同时做到防水、防尘，尽量排除生产环境下其他因素对视觉检测的干扰。

Description

一种基于机器视觉的电极帽检测机

技术领域

本发明主要涉及电极帽缺陷检测相关技术领域，具体是一种基于机器视觉的电极帽检测机。

背景技术

电极帽属于焊接电极的一种，用于电阻焊接设备的焊接。在汽车行业加工制造中，用于焊接工艺的焊接电极帽需要进行切削打磨等加工，在加工后需要对电极帽端面质量进行检测，以及时发现具有端面缺陷的电极帽。

在现有技术中，本申请的申请人之前申请的一种基于机器视觉的电极帽表面缺陷检测装置（公开号CN113155863A），提出了一种用于电极帽机器视觉检测的实现方式。主要是将电极帽放在检测位置，电极帽端面由三棱镜反射，再通过一个斜放置的镜面反射，最终在顶部的工业相机成像拍摄，由机器视觉系统识别缺陷。此种方式中，可以实现对一对电极帽的检测，但是实际使用过程中，由于加工电极帽的机械臂一般带有C型钳或者X型钳，而且前序以及后续工艺中，一对电极帽的工作位置是彼此距离很近的（小于20mm）。在上述现有技术实现方式中，受限于其结构设计和布局以及检测方式，一对电极帽的距离过远，导致C型钳或者X型钳放置电极帽时可能会发生偏置，从而使电极帽不是正面对准检测位置，最终影响视觉检测结果；另外上述结构相对来说比较开放，防水防尘效果较差，难以有效排除生产环境下其他因素对视觉检测的干扰。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种基于机器视觉的电极帽检测机，在实现准确的视觉检测的同时，对生产现场机械臂的工作距离进行一个较好的兼容，同时做到防水、防尘，尽量排除生产环境下其他因素对视觉检测的干扰。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于机器视觉的电极帽检测机，包括外壳，在所述外壳内顶部设置相机以及光源，所述光源用于垂直向下打光，所述相机用于对电极帽端面图像进行采集，该基于机器视觉的电极帽检测机还包括：

电极帽定位件，两个电极帽定位件分别安装在外壳两侧下方开口处，用于将电极帽的端面限定在外侧检测位置，电极帽定位件上对应电极帽端面设置透光孔，

光学组件，安装于外壳内底部，光学组件包括两个单面反光镜以及一个双面反光镜，双面反光镜设置于两个电极帽中间位置，两个单面反光镜对称设置于双面反光镜两侧，两个单面反光镜、双面反光镜的镜面中心连线方向与两个电极帽的中轴线连线方向垂直，两个单面反光镜用于将光源照射光线分别反射到双面反光镜正反面，再由双面反光镜正反面分别反射到两侧的电极帽端面，双面反光镜用于将两侧的电极帽端面图像由正反面分别反射到两个单面反光镜，再由单面反光镜反射后垂直向上经相机采集。将相机和光源集合设置在上壳体内，为光学组件的最小化设计提供了前提条件，实现了两个电极帽之间轻薄化的设计可能性。

进一步，两个单面反光镜沿单面反光镜、双面反光镜布置方向呈45°倾斜设置，双面反光镜沿两个电极帽布置方向呈45°倾斜设置。

进一步，所述光学组件还包括镜片安装架，所述镜片安装架中间设置双面镜片安装槽、两侧设置单面镜片安装槽，双面反光镜安装于双面镜片安装槽内，单面反光镜安装于单面镜片安装槽内，在镜片安装架上设有多个开孔，用于使光线进入单面反光镜以及双面反光镜。

进一步，所述镜片安装架上的开孔包括两个单面镜片光线孔以及两个双面镜片光线孔，两个单面镜片光线孔对应两个单面反光镜设置，用于使光线进入单面反光镜，两个双面镜片光线孔对应双面反光镜正反面设置，用于电极帽端面图像采集。

进一步，所述镜片安装架整体呈立方体结构，所述的单面镜片安装槽、双面镜片安装槽是与单面反光镜、双面反光镜形状相适应的矩形槽，单面反光镜由镜片安装架外表面对应插装在矩形的单面镜片安装槽内，双面反光镜由镜片安装架外表面插装在矩形的双面镜片安装槽内，在外壳的底部设置安装限位槽，用于镜片安装架的安装。

进一步，所述外壳用于安装电极帽定位件的两侧呈向内凹陷的扁平状，两侧呈向内凹陷的扁平状彼此距离小于20mm，用于保证现场机械臂卡钳带动电极帽能水平进入检测位置。

进一步，所述电极帽定位件中间的透光孔呈向内凹陷的锥形，电极帽定位件通过螺钉紧固固定在所述外壳的侧壁上。

进一步，所述电极帽定位件内侧对应透光孔位置，设有用于防水防尘的光学玻璃圆片，所述光学玻璃圆片嵌入在外壳侧壁设置的圆形安装槽内，光学玻璃圆片夹持固定在外壳与电极帽定位件之间。

进一步，所述外壳包括上壳体、下壳体以及两个侧壳体，所述光源、相机安装于所述上壳体内，所述光学组件安装于所述下壳体内，两个侧壳体用于封闭上壳体两侧以及下壳体两侧，上壳体、下壳体、侧壳体之间通过螺钉连接，上壳体、下壳体、侧壳体之间的连接缝隙开设密封沟槽，密封沟槽内填充硅胶密封圆条。

进一步，该基于机器视觉的电极帽检测机还包括：

防尘盖，两个防尘盖分别设置在外壳两侧的电极帽检测位置，两个防尘盖连接有气动手指，所述气动手指用于控制防尘盖翻转使检测位置打开或封闭。

进一步，所述外壳顶部一侧设置出线口，出线口处连接波纹管接头。

本发明的有益效果：

1、本发明所提供的电极帽检测机，用于电极帽端面缺陷的检测，其优化的结构及检测方式，使得装置厚度轻薄化、整体结构设计更加紧凑，在实现准确的视觉检测的同时，对机械臂的工作距离进行一个较好的兼容，在不需要对现场已有机械臂进行改装的情况下，以便电极帽能水平进入装置检测位置。

2、本发明所提供的电极帽检测机，采用一个双面反光镜、两个单面反光镜的光学反射方式，结构更加简单，反光镜集成安装在安装架内，并将外壳设置为组装式结构，便于检测机的生产组装和调试、维护。

3、本发明中，通过设置可自动开闭的防尘盖，仅在检测时才将检测位置打开，进一步保证了防水防尘效果，同时内部设置的光学玻璃圆片也起到了防水防尘作用，并且更换十分方便。

附图说明

图1是本发明检测机整机结构示意图，图示为防尘盖闭合状态。

图2是本发明检测机整机结构示意图，图示为防尘盖打开检测状态。

图3是本发明检测机内部侧视结构示意图。

图4是本发明检测机内部结构立体示意图。

图5是图4中去除光学组件后的内部结构示意图。

图6是电极帽定位件结构示意图。

图7是下壳体处光学玻璃圆片位置示意图。

图8是图7中去除光学玻璃圆片后结构示意图。

图9是光学组件整体结构示意图。

图10是镜片安装架结构示意图。

图11是镜片布置方式结构示意图。

图12是缓冲螺栓缓冲方式示意图。

图中：1、外壳；2、气动手指；3、防尘盖；4、出线口；5、电极帽定位件；6、电极帽；7、相机；8、光源；9、光学组件；10、上壳体；11、侧壳体；12、下壳体；13、安装限位槽；14、透光孔；15、光学玻璃圆片；16、圆形安装槽；17、镜片安装架；18、双面反光镜；19、单面反光镜；20、双面镜片安装槽；21、单面镜片安装槽；22、开孔；23、单面镜片光线孔；24、双面镜片光线孔；25、缓冲螺栓。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

如图1-图12所示，为本发明实施例提供的一种基于机器视觉的电极帽检测机相关结构示意图。

本实施例的检测机主要是一种对汽车行业加工制造中一种焊接工艺的焊接电极帽在切削、打磨之后的视觉检测，该检测机的结构起到搭载视觉检测光学元件，与电极帽加工所用机械臂对接，同时起到防尘的作用。进一步的，本检测机能够实现两个电极帽端面缺陷的同步检测，通过光源配合光学元件对电极帽端面打光，以保证能够获取清晰的检测图像，通过相机配合光学元件对电极帽端面的图像进行采集，进而可将端面图像送入机器视觉系统进行算法识别，判断电极帽端面是否存在缺陷。

在电极帽加工现场，需要使用机械臂，机械臂一般带有C型钳或者X型钳，并且在前序以及后续工艺中，为了方便电极帽的加工，两个电极帽的工作位置彼此的距离一般小于20mm，而在传统的检测装置结构中，受限于结构内部光学方案、光学结构等的布局，装置的厚度很难做到小于20mm，为此，本实施例通过对结构的改进，能够使得装置厚度轻薄化，满足机械臂夹钳对装置厚度的要求，使得检测机结构设计更加紧凑合理。

参考图1-图5，本实施例的检测机主要包括有外壳1，外壳1内顶部设有光源8以及相机7，相机7居中架设在装置顶部位置，光源8安装在相机7的下方。外壳1下方两侧设有电极帽定位件5，外壳1内底部设有相应的光学组件9。光源8垂直向下打光，光线通过光学组件9的反射进入到两侧的电极帽6端面，电极帽6端面的图像通过光学组件9反射后垂直向上被相机7采集，相机7采集的图像送入检测算法中进行缺陷识别。将光源方向和相机设置在一个方向上，集中设置在上壳体内，提高了检测机的紧凑性，采用一个光源实现了对两个电极帽的光线照射；且仅设置一个相机，同时能够采集两个电极帽图像，在照片上左右成像，提高了检测效率。

参考图4、图5，在本实施例中，将外壳1设置为组合式结构，它包括一个上壳体10、一个下壳体12以及两个侧壳体11，相互之间通过螺钉连接于一体。在上壳体10内部开槽用于安装相机7以及光源8，在下壳体12内部开槽用于安装光学组件9。采用螺钉连接组装的外壳1结构能够方便内部元器件的安装，在外壳1彼此连接的缝隙都开设有密封沟槽，填充硅胶密封圆条后，整体设备可以达到IP65防护等级。为了使检测机的结构满足焊钳带动电极帽6水平进入检测位置的需求，使外壳1的底部两侧安装电极帽定位件5位置向内凹陷呈扁平状，如此可降低底部两侧的厚度，做到厚度小于20mm（如图5所示，两侧扁平状的厚度h小于20mm），同时该厚度也能满足本实施例改进的光学组件9的安装需求。

在电极帽6的检测过程中，需要同时对两侧的一对电极帽6进行图像采集，本实施例通过对光学组件9结构的合理设计，使得该装置在电极帽6的检测位置能够实现轻薄化，能够满足光学路径需求。具体的，参考图9-图11，在本实施例中，光学组件9主要通过两个单面反光镜19以及一个双面反光镜18实现。双面反光镜18布置在一对电极帽6的中间位置，呈45°倾斜放置，两个单面反光镜19分别对称布置在双面反光镜18的两侧，呈45°倾斜放置。且两个单面反光镜19、一个双面反光镜18的布置方向与一对电极帽6布置方向是垂直的。（一对电极帽6布置方向指一对电极帽6的中轴线连线方向，两个单面反光镜19、一个双面反光镜18的布置方向指双面反光镜18、两个单面反光镜19镜面中心连线方向），如此，反光镜的布置在厚度方向（一对电极帽6中轴线连线方向）上占用的空间很小，因此能够实现电极帽6所在检测位置的轻薄化，单面反光镜19、双面反光镜18为具有较小厚度的方形结构。

在由一个双面反光镜18、两个单面反光镜19组成的光学组件9结构中，光源8垂直向下打光，光线直接打在两个单面反光镜19上，两个单面反光镜19均呈45°放置，从而可以将光线水平反射到中间的双面反光镜18的正、反两个面上，双面反光镜18也是45°放置，从而将光线水平反射到两侧的电极帽6的端面上，电极帽6的端面区域为圆形平面，材质反射特性接近镜面，故将光线原路返回，反射到双面反光镜18上，两侧的电极帽6分别对应反射双面反光镜18的一个面，双面反光镜再将光线反射到两侧的单面反光镜19上，经过两侧的单面反光镜19的反射，光线方向垂直向上从而进入到相机7的视野。故，通过该结构可以实现一台相机7的单次拍照对两个电极帽端面进行成像，以便后期算法对两个电极帽进行检测，同时通过合理布置的反光镜，将反光镜放置在检测区域内，将相机7、光源8放置在装置顶部位置，可以实现装置检测区域厚度轻薄化的需求。本技术方案中采用的光学组件无论单面反光镜还是双面反光镜，相对于现有技术中采用的其它镜面，对于光线照射强度的损耗，相对是最低的，一定程度上降低了能源消耗，且反光镜对于图像的传递更加真实可靠，相当于对电极帽端面的直接拍照，提高了电极帽端面采集图像的精准度，进而为下一步的图像分析打下了良好的基础。

参考图9、图10，镜片安装架17的设置能够方便单面反光镜19、双面反光镜18的安装。镜片安装架17整体呈长方体结构，内部中空。参考图5，在下壳体12内设置有一个安装限位槽13，该安装限位槽13两侧贯穿下壳体12，呈矩形槽式结构，在打开侧壳体11后，镜片安装架17可由任一侧插入到安装限位槽13内，两侧的侧壳体11安装后可以对镜片安装架17进行定位。

在镜片安装架17的表面中间位置设置一个倾斜45°的双面镜片安装槽20，双面镜片安装槽20向下贯穿镜片安装架17，镜片安装架17侧面两侧位置设置两个倾斜45°的单面镜片安装槽21，单面镜片安装槽21向另一侧贯穿镜片安装架17，单面镜片安装槽21、双面镜片安装槽20均是矩形开槽。在安装两个单面反光镜19以及一个双面反光镜18时，只需将镜片插入在对应的槽内即可。同时，在本实施例所提供的镜片安装架17结构中，设置有相应的开孔22用于光线通过。具体的，开孔22至少包括两个单面镜片光线孔23以及两个双面镜片光线孔24，两个单面镜片光线孔23对应两个单面反光镜19设置，用于使光线进入单面反光镜19，两个双面镜片光线孔24对应双面反光镜18正反面设置，用于电极帽6端面图像采集。还需要说明的是上壳体的内部开槽与下壳体的内部开槽是相互连通的，构成了光线通道，光源通过光线通道以及多个开孔，直接照射到电极帽端面上，光线传输过程中不因经过镜面的透射而损失，提高了光源光线照射强度的利用率。

本实施例中，两个单面镜片光线孔为圆形孔，与电极帽的圆形端面一致，且两个圆形孔是不连通的，中间设置了双面镜片安装槽，两个电极帽端面通过了两个圆形孔在一张照片上成像，两个电极帽端面图像位于照片的圆形孔内，这样的设计为下一步的图像识别提供了便利。

本实施例的检测机用于电极帽6端面缺陷的检测，在外壳1两侧设置的电极帽定位件5用于对一对电极帽6进行限位。参考图6，电极帽定位件5通过螺钉固定在外壳1上，在电极帽定位件5的中间位置设置一个透光孔14，光线能够通过该透光孔14在电极帽6端面以及双面反光镜18之间进行反射。进一步的，所述的透光孔14呈向内凹陷的锥形结构，以实现对电极帽6的灵活精确定位。在生产现场，由机械臂连接的C型钳（或X型钳）将一对电极帽6放置在检测位置，由电极帽定位件5将电极帽6定位，使电极帽6在检测位置卡住，电极帽6端面对应贴合在锥形的透光孔14位置。

因采用机器视觉配合光学元件进行缺陷检测的方式，需要尽可能的保证检测机的防水防尘效果，以免影响检测效果。参考图7、图8，在外壳1两侧的开口处设置有光学玻璃圆片15，通过光学玻璃圆片15能够将检测机内部元器件完全封装在外壳1内，在外壳1的开口处侧壁上设置有圆形安装槽16，光学玻璃圆片15嵌入在所述的圆形安装槽16内，在光学玻璃圆片15外侧安装一个辅助压环，再将电极帽定位件5内侧压紧在辅助压环上，从而使光学玻璃圆片15被夹持固定在外壳1与电极帽定位件5之间。上述结构使得光学玻璃圆片15能够方便的更换，在更换拆装时，仅需拆下电极帽定位件5即可。

电极帽定位件5在下壳体12的沉槽中安装，沉槽采用CNC铣削加工，具有较高的精度，可以保证定位件的位置偏移量很小，从而使定位件的开孔位置也就是电极帽的成像位置不受安装的影响。沉槽内开有一圈环形槽，内部填充O型密封圈，可以防止水从光学玻璃圆片15的缝隙进入设备内部。

电极帽定位件5采用淬火处理，表面化学镀镍，可以极大提升定位件的硬度和耐磨性，与铜制电极帽多次接触时防止磨损。由于现场环境湿度较高，此种处理也能起到防止该件锈蚀的效果。

参考图1、图2，为了进一步保证设备的防尘效果，本检测机还设置有防尘盖3，两个防尘盖3分别设置在外壳1两侧的电极帽检测位置，两个防尘盖3连接有气动手指2，气动手指2能够带动两个防尘盖3进行翻转，从而实现检测位置的打开或封闭，当检测结束后机械臂撤走，将防尘盖3关闭，防止生产环境其它异物对检测设备的影响。参考图12，在两个防尘盖3之间增加缓冲螺栓25，缓冲螺栓25固定在任意一个防尘盖3内侧，缓冲螺栓25的自由端上设置缓冲垫，当防尘盖3关闭时，缓冲螺栓25的自由端与另一防尘盖3内侧相抵触，由于在缓冲螺栓25上设置了缓冲垫，因此可以减轻气动手指2开合时的冲击。且缓冲螺栓25安装在气动手指2的一侧，缓冲螺栓25限定了防尘盖3的闭合位置，使得防尘盖3不会与安装有镜片安装架17的下壳体12发生碰撞。

参考图1，整个设备的出线口4设置在外壳1上部一侧，出线口4外部连接波纹管接头，波纹管接头带有密封圈，可以实现IP67防水，为线缆提供保护以及起到防水防尘的需求。

本实施例所提供的检测机克服了已有设备较宽，导致电极帽偏置的缺点，整体设计更紧凑，增加了防水防尘的功能，在实现准确的视觉检测的同时，对机械臂的工作距离进行一个较好的兼容，同时做到防水、防尘，尽量排除生产环境下其他因素对视觉检测的干扰。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的电极帽检测机，包括外壳，其特征在于，在所述外壳内顶部设置相机以及光源，所述光源用于垂直向下打光，所述相机用于对电极帽端面图像进行采集，该基于机器视觉的电极帽检测机还包括：

电极帽定位件，两个电极帽定位件分别安装在外壳两侧下方开口处，用于将电极帽的端面限定在外侧检测位置，电极帽定位件上对应电极帽端面设置透光孔，

光学组件，安装于外壳内底部，光学组件包括两个单面反光镜以及一个双面反光镜，双面反光镜设置于两个电极帽中间位置，两个单面反光镜对称设置于双面反光镜两侧，两个单面反光镜、双面反光镜的镜面中心连线方向与两个电极帽的中轴线连线方向垂直，两个单面反光镜用于将光源照射光线分别反射到双面反光镜正反面，再由双面反光镜正反面分别反射到两侧的电极帽端面，双面反光镜用于将两侧的电极帽端面图像由正反面分别反射到两个单面反光镜，再由单面反光镜反射后垂直向上经相机采集。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，两个单面反光镜沿单面反光镜、双面反光镜布置方向呈45°倾斜设置，双面反光镜沿两个电极帽布置方向呈45°倾斜设置。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，所述光学组件还包括镜片安装架，所述镜片安装架中间设置双面镜片安装槽、两侧设置单面镜片安装槽，双面反光镜安装于双面镜片安装槽内，单面反光镜安装于单面镜片安装槽内，在镜片安装架上设有多个开孔，用于使光线进入单面反光镜以及双面反光镜，最终投射到电极帽端面上。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，所述镜片安装架上的开孔包括两个单面镜片光线孔以及两个双面镜片光线孔，两个单面镜片光线孔对应两个单面反光镜设置，用于使光线进入单面反光镜，两个双面镜片光线孔对应双面反光镜正反面设置，用于电极帽端面图像采集。

5.根据权利要求3所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，所述镜片安装架整体呈立方体结构，所述的单面镜片安装槽、双面镜片安装槽是与单面反光镜、双面反光镜形状相适应的矩形槽，单面反光镜由镜片安装架外表面对应插装在矩形的单面镜片安装槽内，双面反光镜由镜片安装架外表面插装在矩形的双面镜片安装槽内，在外壳的底部设置安装限位槽，用于镜片安装架的安装。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，所述外壳用于安装电极帽定位件的两侧呈向内凹陷的扁平状，两侧呈向内凹陷的扁平状彼此距离小于20mm，用于保证现场机械臂卡钳带动电极帽能水平进入检测位置。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，所述电极帽定位件中间的透光孔呈向内凹陷的锥形，电极帽定位件通过螺钉紧固固定在所述外壳的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，所述电极帽定位件内侧对应透光孔位置，设有用于防水防尘的光学玻璃圆片，所述光学玻璃圆片嵌入在外壳侧壁设置的圆形安装槽内，光学玻璃圆片夹持固定在外壳与电极帽定位件之间。

9.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，所述外壳包括上壳体、下壳体以及两个侧壳体，所述光源、相机安装于所述上壳体内，所述光学组件安装于所述下壳体内，两个侧壳体用于封闭上壳体两侧以及下壳体两侧，上壳体、下壳体、侧壳体之间通过螺钉连接，上壳体、下壳体、侧壳体之间的连接缝隙开设密封沟槽，密封沟槽内填充硅胶密封圆条。

10.根据权利要求1所述的基于机器视觉的电极帽检测机，其特征在于，该基于机器视觉的电极帽检测机还包括：

防尘盖，两个防尘盖分别设置在外壳两侧的电极帽检测位置，两个防尘盖连接有气动手指，所述气动手指用于控制防尘盖翻转使检测位置打开或封闭。

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