CN116818780B - 纽扣电池壳体激光焊接后视觉2d和3d检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，包括：机械臂模块将待检测的纽扣电池壳体从震动盘上取下，并放置在检测位置上；2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像并进行视觉检测，得到2D图像检测结果；激光扫描模块激光生成3D点云数据；3D视觉检测模块根据3D点云数据进行处理和分析，得到3D图像检测结果；报警模块；控制模块根据2D图像检测结果及3D图像检测结果判断纽扣电池壳体的U形刻痕是否合格，在确定合格时，控制机械臂模块将纽扣电池壳体移入下一检测工位；在确定不合格时，控制报警模块发出报警提示并抛料到抛料盒。对纽扣电池的U形刻痕进行自动化检测，提高了检测效率及检测准确性。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉检测技术领域，特别涉及一种纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统。
背景技术
目前，纽扣电池应用越来越普及，纽扣电池是一种小型的锂离子电池，主要运用用于TWS蓝牙耳机。随着移动互联网技术和VR技术的发展，移动设备厂家纷纷推出了自己的TWS蓝牙耳机，新的耳机对电池的安全性提出了更高的要求，即在电池出现鼓胀时能够在特定压力下泄压，从而避免纽扣电池因为内部压力过高而发生爆炸。电池完成泄压功能的结构业内称之为防爆阀，纽扣电池壳体防爆阀是利用高能量激光光束照射到被刻蚀工件表面，使钢壳表面气化形成的U形刻痕。
目前纽扣电池的U形刻痕质量检测主要是由人工取料，放置到OGP影像测量仪上进行抽检，检测不准确，费时费力，检测效率低。
发明内容
本发明旨在至少一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，对纽扣电池的U形刻痕进行自动化检测，提高了检测效率及检测准确性。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，包括：
机械臂模块，用于将待检测的纽扣电池壳体从震动盘上取下，并放置在检测位置上；
2D视觉检测模块，用于获取纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像并进行视觉检测，得到2D图像检测结果；
激光扫描模块，用于激光扫描纽扣电池壳体蚀刻后的表面，生成3D点云数据；
3D视觉检测模块，用于根据3D点云数据进行处理和分析，得到3D图像检测结果；
报警模块；
控制模块，分别与机械臂模块、2D视觉检测模块、激光扫描模块、3D视觉检测模块及报警模块连接，用于根据2D图像检测结果及3D图像检测结果判断纽扣电池壳体的U形刻痕是否合格，在确定合格时，控制机械臂模块将纽扣电池壳体移入下一检测工位；在确定不合格时，控制报警模块发出报警提示并抛料到抛料盒。
根据本发明的一些实施例，所述2D视觉检测模块，包括：
照明模块，用于为获取模块的拍摄提供照明；
获取模块，用于拍摄纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像；
图像处理模块，用于对所述2D图像进行视觉检测，得到2D图像检测结果。
根据本发明的一些实施例，所述2D视觉检测模块，还包括：
预处理模块，用于在图像处理模块对所述2D图像进行视觉检测前，通过直方图归一化和高反差算法对2D图像进行预处理，去除2D图像中干扰的背景信息，得到预处理后的2D图像。
根据本发明的一些实施例，图像处理模块，包括：
边缘检测模块，用于对所述2D图像进行视觉检测，确定U形刻痕的边缘信息；
第一确定模块，用于根据所述边缘信息确定第一曲线、第二曲线、第一直线段及第二直线段；
第二确定模块，用于：
在第一曲线上选取若干个采样点，并确定若干个采样点在第二曲线上的对应点，确定若干个采样点的第一曲率信息及对应点的第二曲率信息，判断采样点的第一曲率信息与对应的对应点的第二曲率信息是否一致，确定第一判断结果；
判断第一直线段的长度与第二直线段的长度是否一致，确定第二判断结果；
根据第一判断结果及第二判断结果，得到2D图像检测结果。
根据本发明的一些实施例，所述边缘检测模块，包括：
计算模块，用于基于一阶偏导的有限差分计算2D图像的梯度和方向，得到梯度图像，将Roberts算子作为边缘检测算子；
第三确定模块，用于：
对梯度图像中的梯度幅值进行非极大值抑制，只保留局部最大值点，确定梯度图像的边缘区域的离散点；
设定阈值，筛选出梯度值大于阈值的离散点作为边缘点；
根据所述边缘点进行描线，得到边缘图像，将边缘图像作为U形刻痕的边缘信息。
根据本发明的一些实施例，所述3D视觉检测模块，包括：
形成模块，用于根据3D点云数据形成3D图像；
提取模块，用于从3D图像中提取深度图和亮度图；
第四确定模块，用于：
在亮度图中确定亮度差异区域；
基于所述深度图对所述亮度差异区域进行切片处理，得到亮度差异区域的高度信息，并进行比较，判断是否一致，得到第三判断结果；
根据所述第三判断结果，得到3D图像检测结果。
根据本发明的一些实施例，所述2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像的方法，包括：
确定在第一亮度下获取的第一2D图像；
确定在第二亮度下获取的第二2D图像；
将第一2D图像基于Haar小波的小波变换，得到第一低频图像及第一高频图像；
将第二2D图像基于Haar小波的小波变换，得到第二低频图像及第二高频图像；
将第一低频图像和第二低频图像进行图像配准，配准完成后进行第一次图像融合处理，得到第一融合图像；
将第一高频图像和第二高频图像进行图像配准，配准完成后进行第二次图像融合处理，得到第二融合图像；
根据所述第一融合图像及第二融合图像进行小波逆变换，得到最终融合图像，作为纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像。
根据本发明的一些实施例，所述3D视觉检测模块，还包括：
增强模块，用于在提取模块从3D图像中提取深度图和亮度图前，对所述3D图像进行对比度增强处理。
根据本发明的一些实施例，所述控制模块根据2D图像检测结果及3D图像检测结果判断纽扣电池壳体的U形刻痕是否合格的方法，包括：
在确定2D图像检测结果合格且3D图像检测结果合格，表示纽扣电池壳体的U形刻痕合格。
根据本发明的一些实施例，还包括：
检测模块，用于在2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像并进行视觉检测前，检测纽扣电池壳体在检测位置的平坦度，判断平坦度是否在预设阈值范围内，在确定平坦度不在预设阈值范围内时，发出报警提示。
本发明提出了一种纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，可实现所有产品全部检测，实现自动取料、自动检测、自动下料等全自动功能，提升检测效率。可以大大提高生产效率和产品质量，与传统的手工检测方法相比，这种自动化检测系统可以快速准确地检测出电池壳体表面的各种缺陷，避免了人为误判和漏检，提高了产品的一致性和可靠性。对纽扣电池的U形刻痕进行自动化检测，提高了检测效率及检测准确性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统的框图；
图2是根据本发明一个实施例的纽扣电池壳体的示意图。
附图标记：
纽扣电池壳体1、U形刻痕2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-2所示，本发明实施例提出了一种纽扣电池壳体1激光焊接后视觉2D和3D检测系统，包括：
机械臂模块，用于将待检测的纽扣电池壳体1从震动盘上取下，并放置在检测位置上；
2D视觉检测模块，用于获取纽扣电池壳体1的U形刻痕2的2D图像并进行视觉检测，得到2D图像检测结果；
激光扫描模块，用于激光扫描纽扣电池壳体1蚀刻后的表面，生成3D点云数据；
3D视觉检测模块，用于根据3D点云数据进行处理和分析，得到3D图像检测结果；
报警模块；
控制模块，分别与机械臂模块、2D视觉检测模块、激光扫描模块、3D视觉检测模块及报警模块连接，用于根据2D图像检测结果及3D图像检测结果判断纽扣电池壳体1的U形刻痕2是否合格，在确定合格时，控制机械臂模块将纽扣电池壳体1移入下一检测工位；在确定不合格时，控制报警模块发出报警提示并抛料到抛料盒。
上述技术方案的工作原理：该实施例中，2D图像检测结果主要用于检测U形刻痕2的宽度及形状是否合格。
该实施例中，3D图像检测结果主要用于检测U形刻痕2的深度是否合格。
该实施例中，2D视觉检测系统：通过高分辨率相机和图像处理算法，对纽扣电池壳体1蚀刻后的表面进行2D图像检测和分析，以确定蚀刻质量是否符合要求。
该实施例中，3D视觉检测系统：通过对激光扫描生成的3D点云数据进行处理和分析，可以检测出纽扣电池壳体1表面的微小凸起、凹陷、裂缝等缺陷。
该实施例中，控制模块用于对整个系统进行控制，包括机械臂模块、2D视觉检测模块、激光扫描模块、3D视觉检测模块及报警模块。
上述技术方案的有益效果：可实现所有产品全部检测，实现自动取料、自动检测、自动下料等全自动功能，提升检测效率。可以大大提高生产效率和产品质量，与传统的手工检测方法相比，这种自动化检测系统可以快速准确地检测出电池壳体表面的各种缺陷，避免了人为误判和漏检，提高了产品的一致性和可靠性。对纽扣电池的U形刻痕2进行自动化检测，提高了检测效率及检测准确性。
根据本发明的一些实施例，所述2D视觉检测模块，包括：
照明模块，用于为获取模块的拍摄提供照明；
获取模块，用于拍摄纽扣电池壳体1的U形刻痕2的2D图像；
图像处理模块，用于对所述2D图像进行视觉检测，得到2D图像检测结果。
上述技术方案的工作原理及有益效果：基于照明模块提供合适的光源，通过获取模块，拍摄纽扣电池壳体1的U形刻痕2的2D图像；获取模块可以为相机。基于图像处理模块，对所述2D图像进行视觉检测，得到2D图像检测结果，便于准确确定2D图像检测结果。
根据本发明的一些实施例，所述2D视觉检测模块，还包括：
预处理模块，用于在图像处理模块对所述2D图像进行视觉检测前，通过直方图归一化和高反差算法对2D图像进行预处理，去除2D图像中干扰的背景信息，得到预处理后的2D图像。
上述技术方案的工作原理及有益效果：便于去除2D图像中干扰的背景信息，得到预处理后的2D图像，图像处理模块基于预处理后的2D图像进行视觉检测，提高了视觉检测的准确性。
根据本发明的一些实施例，图像处理模块，包括：
边缘检测模块，用于对所述2D图像进行视觉检测，确定U形刻痕2的边缘信息；
第一确定模块，用于根据所述边缘信息确定第一曲线、第二曲线、第一直线段及第二直线段；
第二确定模块，用于：
在第一曲线上选取若干个采样点，并确定若干个采样点在第二曲线上的对应点，确定若干个采样点的第一曲率信息及对应点的第二曲率信息，判断采样点的第一曲率信息与对应的对应点的第二曲率信息是否一致，确定第一判断结果；
判断第一直线段的长度与第二直线段的长度是否一致，确定第二判断结果；
根据第一判断结果及第二判断结果，得到2D图像检测结果。
上述技术方案的工作原理：该实施例中，边缘信息为U形刻痕2的边缘图像。
该实施例中，第一曲线为边缘图像中长度较大的曲线，第二曲线为边缘图像中长度较小的曲线，第一直线段及第二直线段为连接第一曲线和第二曲线的直线段。
该实施例中，对应点为第二曲线上与第一曲线上正对的点。
该实施例中，采样点可以在第一曲线上均匀设置，采样点越多，得到的数据越准确。
上述技术方案的有益效果：判断采样点的第一曲率信息与对应的对应点的第二曲率信息是否一致，确定第一判断结果；判断第一直线段的长度与第二直线段的长度是否一致，确定第二判断结果；根据第一判断结果及第二判断结果，得到2D图像检测结果。便于准确判断U形刻痕2的宽度及形状是否准确。
根据本发明的一些实施例，所述边缘检测模块，包括：
计算模块，用于基于一阶偏导的有限差分计算2D图像的梯度和方向，得到梯度图像，将Roberts算子作为边缘检测算子；
第三确定模块，用于：
对梯度图像中的梯度幅值进行非极大值抑制，只保留局部最大值点，确定梯度图像的边缘区域的离散点；
设定阈值，筛选出梯度值大于阈值的离散点作为边缘点；
根据所述边缘点进行描线，得到边缘图像，将边缘图像作为U形刻痕2的边缘信息。
上述技术方案的工作原理及有益效果：边缘检测模块，包括：计算模块，用于基于一阶偏导的有限差分计算2D图像的梯度和方向，到梯度图像，将Roberts算子作为边缘检测算子；第三确定模块，用于：对梯度图像中的梯度幅值进行非极大值抑制，只保留局部最大值点，确定梯度图像的边缘区域的离散点；设定阈值，筛选出梯度值大于阈值的离散点作为边缘点；根据所述边缘点进行描线，得到边缘图像，将边缘图像作为U形刻痕2的边缘信息。便于准确确定U形刻痕2的边缘信息。
根据本发明的一些实施例，所述3D视觉检测模块，包括：
形成模块，用于根据3D点云数据形成3D图像；
提取模块，用于从3D图像中提取深度图和亮度图；
第四确定模块，用于：
在亮度图中确定亮度差异区域；
基于所述深度图对所述亮度差异区域进行切片处理，得到亮度差异区域的高度信息，并进行比较，判断是否一致，得到第三判断结果；
根据所述第三判断结果，得到3D图像检测结果。
上述技术方案的工作原理及有益效果：形成模块，用于根据3D点云数据形成3D图像；提取模块，用于从3D图像中提取深度图和亮度图；第四确定模块，用于：在亮度图中确定亮度差异区域；基于所述深度图对所述亮度差异区域进行切片处理，得到亮度差异区域的高度信息，并进行比较，判断是否一致，得到第三判断结果；根据所述第三判断结果，得到3D图像检测结果。在焊接正常无缺陷时，亮度差异区域的高度信息应该是一致的，如果出现漏焊、断焊的情况，会导致高度不一致，基于所述第三判断结果，得到3D图像检测结果，提高了判断U形刻痕2的深度是否满足要求的准确性。
根据本发明的一些实施例，所述2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体1的U形刻痕2的2D图像的方法，包括：
确定在第一亮度下获取的第一2D图像；
确定在第二亮度下获取的第二2D图像；
将第一2D图像基于Haar小波的小波变换，得到第一低频图像及第一高频图像；
将第二2D图像基于Haar小波的小波变换，得到第二低频图像及第二高频图像；
将第一低频图像和第二低频图像进行图像配准，配准完成后进行第一次图像融合处理，得到第一融合图像；
将第一高频图像和第二高频图像进行图像配准，配准完成后进行第二次图像融合处理，得到第二融合图像；
根据所述第一融合图像及第二融合图像进行小波逆变换，得到最终融合图像，作为纽扣电池壳体1的U形刻痕2的2D图像。
上述技术方案的工作原理：该实施例中，第一亮度与第二亮度的差异值在预设范围内。
上述技术方案的有益效果：将不同亮度获取的第一2D图像、第二2D图像分别进行Haar小波的小波变换，得到第一低频图像及第一高频图像、第二低频图像及第二高频图像；基于两次图像配准，将低频图像与高频图像分别进行融合，便于保留第一2D图像和第二2D图像中的细节特征，提高了得到U形刻痕2的2D图像的准确性，进而有利于提高进行视觉检测的准确性。
根据本发明的一些实施例，所述3D视觉检测模块，还包括：
增强模块，用于在提取模块从3D图像中提取深度图和亮度图前，对所述3D图像进行对比度增强处理。
上述技术方案的有益效果：提高了3D图像的对比度，有利于提高得到的3D视觉检测结果的准确性。
根据本发明的一些实施例，所述控制模块根据2D图像检测结果及3D图像检测结果判断纽扣电池壳体1的U形刻痕2是否合格的方法，包括：
在确定2D图像检测结果合格且3D图像检测结果合格，表示纽扣电池壳体1的U形刻痕2合格。
根据本发明的一些实施例，还包括：
检测模块，用于在2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体1的U形刻痕2的2D图像并进行视觉检测前，检测纽扣电池壳体1在检测位置的平坦度，判断平坦度是否在预设阈值范围内，在确定平坦度不在预设阈值范围内时，发出报警提示。
上述技术方案的工作原理及有益效果：检测模块，用于在2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体1的U形刻痕2的2D图像并进行视觉检测前，检测纽扣电池壳体1在检测位置的平坦度，判断平坦度是否在预设阈值范围内，在确定平坦度不在预设阈值范围内时，发出报警提示。便于保证将纽扣电池壳体1准确的放置在检测位置，保证放置的平坦度，提高得到的2D图像及3D图像的准确性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，包括：
机械臂模块，用于将待检测的纽扣电池壳体从震动盘上取下，并放置在检测位置上；
2D视觉检测模块，用于获取纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像并进行视觉检测，得到2D图像检测结果；
激光扫描模块，用于激光扫描纽扣电池壳体蚀刻后的表面，生成3D点云数据；
3D视觉检测模块，用于根据3D点云数据进行处理和分析，得到3D图像检测结果；
报警模块；
控制模块，分别与机械臂模块、2D视觉检测模块、激光扫描模块、3D视觉检测模块及报警模块连接，用于根据2D图像检测结果及3D图像检测结果判断纽扣电池壳体的U形刻痕是否合格，在确定合格时，控制机械臂模块将纽扣电池壳体移入下一检测工位；在确定不合格时，控制报警模块发出报警提示并抛料到抛料盒；
所述3D视觉检测模块，包括：
形成模块，用于根据3D点云数据形成3D图像；
提取模块，用于从3D图像中提取深度图和亮度图；
第四确定模块，用于：
在亮度图中确定亮度差异区域；
基于所述深度图对所述亮度差异区域进行切片处理，得到亮度差异区域的高度信息，并进行比较，判断是否一致，得到第三判断结果；
根据所述第三判断结果，得到3D图像检测结果。
2.如权利要求1所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，所述2D视觉检测模块，包括：
照明模块，用于为获取模块的拍摄提供照明；
获取模块，用于拍摄纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像；
图像处理模块，用于对所述2D图像进行视觉检测，得到2D图像检测结果。
3.如权利要求2所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，所述2D视觉检测模块，还包括：
预处理模块，用于在图像处理模块对所述2D图像进行视觉检测前，通过直方图归一化和高反差算法对2D图像进行预处理，去除2D图像中干扰的背景信息，得到预处理后的2D图像。
4.如权利要求2所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，图像处理模块，包括：
边缘检测模块，用于对所述2D图像进行视觉检测，确定U形刻痕的边缘信息；
第一确定模块，用于根据所述边缘信息确定第一曲线、第二曲线、第一直线段及第二直线段；
第二确定模块，用于：
在第一曲线上选取若干个采样点，并确定若干个采样点在第二曲线上的对应点，确定若干个采样点的第一曲率信息及对应点的第二曲率信息，判断采样点的第一曲率信息与对应的对应点的第二曲率信息是否一致，确定第一判断结果；
判断第一直线段的长度与第二直线段的长度是否一致，确定第二判断结果；
根据第一判断结果及第二判断结果，得到2D图像检测结果。
5.如权利要求4所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，所述边缘检测模块，包括：
计算模块，用于基于一阶偏导的有限差分计算2D图像的梯度和方向，得到梯度图像，将Roberts算子作为边缘检测算子；
第三确定模块，用于：
对梯度图像中的梯度幅值进行非极大值抑制，只保留局部最大值点，确定梯度图像的边缘区域的离散点；
设定阈值，筛选出梯度值大于阈值的离散点作为边缘点；
根据所述边缘点进行描线，得到边缘图像，将边缘图像作为U形刻痕的边缘信息。
6.如权利要求1所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，所述2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像的方法，包括：
确定在第一亮度下获取的第一2D图像；
确定在第二亮度下获取的第二2D图像；
将第一2D图像基于Haar小波的小波变换，得到第一低频图像及第一高频图像；
将第二2D图像基于Haar小波的小波变换，得到第二低频图像及第二高频图像；
将第一低频图像和第二低频图像进行图像配准，配准完成后进行第一次图像融合处理，得到第一融合图像；
将第一高频图像和第二高频图像进行图像配准，配准完成后进行第二次图像融合处理，得到第二融合图像；
根据所述第一融合图像及第二融合图像进行小波逆变换，得到最终融合图像，作为纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像。
7.如权利要求1所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，所述3D视觉检测模块，还包括：
增强模块，用于在提取模块从3D图像中提取深度图和亮度图前，对所述3D图像进行对比度增强处理。
8.如权利要求1所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，所述控制模块根据2D图像检测结果及3D图像检测结果判断纽扣电池壳体的U形刻痕是否合格的方法，包括：
在确定2D图像检测结果合格且3D图像检测结果合格，表示纽扣电池壳体的U形刻痕合格。
9.如权利要求1所述的纽扣电池壳体激光焊接后视觉2D和3D检测系统，其特征在于，还包括：
检测模块，用于在2D视觉检测模块获取纽扣电池壳体的U形刻痕的2D图像并进行视觉检测前，检测纽扣电池壳体在检测位置的平坦度，判断平坦度是否在预设阈值范围内，在确定平坦度不在预设阈值范围内时，发出报警提示。
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