CN202284949U

CN202284949U - 一种基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统

Info

Publication number: CN202284949U
Application number: CN2011203773713U
Authority: CN
Inventors: 谢云; 刘家晓; 蔡浩聪; 王成群; 林奇鸿
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2021-09-30

Abstract

本实用新型是一种基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统。包括有光学成像子系统、数字图像处理子系统、运动控制子系统、音膜剔除子系统、图像采集卡、运动控制卡，其中光学成像子系统的信号通过接口送到图像采集卡，图像采集卡采集到一帧音膜灰度图像数据送出到数字图像处理子系统进行处理和判断，数字图像处理子系统的信号输出端与运动控制卡的信号输入端连接，运动控制卡的信号端口分别与运动控制子系统、音膜剔除子系统连接，运动控制子系统与音膜剔除子系统由运动控制卡集中控制。本实用新型通过运动控制卡控制步进电机、伺服电机、传感器、剔除装置等实现音膜的精确定位与不合格音膜的剔除；从而实现音膜的高精度在线实时检测。

Description

一种基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统

技术领域

本实用新型是一种基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，属于基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统的新技术。

背景技术

作为全球电声器件生产加工中心和出口大国，我国已经成为能自行研制和掌握电声器件部件到成品的全部生产技术，形成了电声器件生产工业体系和完善的产业链。近年电声器件需求不断增长的同时，其性能也不断优化，新型电声器件(NXT、数字式、硅集成等)产品层出不穷。微型化、薄型化、高保真化、片式化、低功耗、高功率、多功能、组件化成为电声器件新的发展趋势，同时产品的安全性、绿色化也是影响其发展前途和市场的重要因素。特别是小型扬声器在消费类电子产品、通信、计算机、汽车电子等的需求量大增，还有各种小型的音响设备，如随身听、智能手机、平板电脑等产品设备的需求不断增加，市场广阔，需求量大。因此，其产品的生产加工及其检测就成为了市场竞争中的一大因素。

扬声器作为电声整机设备的核心部件，其工作频率、低频共振点、失真等性能指标是决定整机质量的关键，并且一旦形成，无法通过其他元件进行调整。但扬声器的生产和装配，仍然主要以手工、半自动化操作为主。目前国内尚无成熟的音膜音质视觉检测系统，仍使用人工视觉与机械光学仪器相结合的方法，尤其是尚未有生产线上在线检测的设备。各个扬声器生产厂家基本采用影像测试仪来提取音膜的振膜和音圈的内外圆边缘，进行同心度的间接测量。这种在静止状态下进行的单个测试的检测方法，无法满足对生产线上每片音膜进行逐一检测的要求。所以，扬声器生产厂家现行的检测办法是分批次抽样检测，或者只对模具进行检测。这种检测方式成本高、效率低、劳动强度大。人工劳动的方式严重影响了音膜检测的工作效率，不但浪费了劳动力资源，增加了检测成本，而且不能从根本上保证音膜的检测质量。

机器视觉是一门多学科交叉在一起的综合技术，其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光学工程、传感器技术、计算机软件技术等。作为现代工业的基础技术之一，检测技术是保证产品质量的关键。在现代流水线生产过程中，每个产品都要经过各种各样内容不同的检测，只有合格的产品才能投放到市场。

实用新型内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种实现音膜同心度的自动化在线检测，可显著提高生产效率和提高产品质量的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统。本实用新型具有非接触性、实时性、高效率等诸多优势。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，包括有光学成像子系统、数字图像处理子系统、运动控制子系统、音膜剔除子系统、图像采集卡、运动控制卡，其中光学成像子系统的信号通过接口送到图像采集卡，图像采集卡采集到一帧音膜灰度图像数据送出到数字图像处理子系统进行处理和判断，数字图像处理子系统的信号输出端与运动控制卡的信号输入端连接，运动控制卡的信号端口分别与运动控制子系统、音膜剔除子系统连接，运动控制子系统与音膜剔除子系统由运动控制卡集中控制。

上述光学成像子系统包括有高分辨率CCD摄像机、镜头、LED光源，其中LED光源照射在音膜上，镜头装设在CCD摄像机上，CCD摄像机装设在能拍摄到音膜边缘与振膜特征的位置上。

上述CCD摄像机采用具有中高分辨率的百万像素级带IEEE1394b接口的高速相机，LED光源采用蓝色LED光源，并采用白色作为背景。

上述运动控制子系统包括有步进电机、伺服电机、传感器，其中传感器的信号输出端与运动控制卡的信号输入端连接，运动控制卡的信号输出端分别与驱动CCD摄像机实现前后上下位置移动的步进电机连接及与驱动传输带转动的伺服电机连接。

上述音膜剔除子系统为喷气剔除装置，包括有压缩机、电磁阀，压缩机的出口通过管道与能吹除流水线上不合格产品的喷嘴连接，电磁阀装设在压缩机与喷嘴连接的管道上，运动控制卡的信号输出端与控制管道能否通气的电磁阀连接。

上述音膜剔除子系统中的压缩机的出口压力为0.6MPa，电磁阀的开启时间为200ms。

上述压缩机与电磁阀连接的管道上还装设有空气过滤器。

本实用新型由于采用CCD摄像机、镜头、LED光源等构造了一个能够有效反映音膜内外圆边缘的机器视觉光学成像子系统；并通过数字图像处理子系统能够精确求取微型音膜同心度；通过运动控制卡控制步进电机、伺服电机、传感器、剔除装置等实现音膜的精确定位与不合格音膜的剔除；最后整合视觉子系统图像采集和机电传动子系统的控制功能，对整个音膜同心度检测系统实现音膜的高精度在线检测，根据同心度自动判断微型音膜是否合格，启动剔除子系统剔除不合格产品。本实用新型利用光学技术、高分辨率的摄像技术和图像处理技术等机器视觉技术实现音膜同心度的自动化在线检测，具有非接触性、实时性、高效率等诸多优势，本实用新型用这种方法代替了传统的人工方法以提高生产效率和产品质量，解决了人工方法效率低、速度慢、以及受检测人员主观性制约等不确定因素带来的误检及漏检，也实现更好的100％产品在线检测。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型机器视觉光学成像子系统的原理框图；

图3为本实用新型数字图像处理子系统的处理流程图；

图4为本实用新型运动控制子系统的原理框图；

图5为本实用新型音膜剔除子系统的原理图。

具体实施方式

实施例：

本实用新型的原理框图如图1所示，本实用新型的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，包括有光学成像子系统1、数字图像处理子系统2、运动控制子系统3、音膜剔除子系统4、图像采集卡5、运动控制卡6，其中光学成像子系统1的信号通过接口送到图像采集卡5，图像采集卡5采集到一帧音膜灰度图像数据送出到数字图像处理子系统2进行处理和判断，数字图像处理子系统2的信号输出端与运动控制卡6的信号输入端连接，运动控制卡6的信号端口分别与运动控制子系统3、音膜剔除子系统4连接，运动控制子系统3及音膜剔除子系统4由运动控制卡6集中控制。

上述光学成像子系统1包括有高分辨率CCD摄像机11、镜头12、LED光源13，其中LED光源13照射在音膜上，镜头12装设在CCD摄像机11上，CCD摄像机11装设在能拍摄到置于传输带中的音膜边缘与振膜特征的位置上。

上述CCD摄像机11采用具有中高分辨率的百万像素级带IEEE1394b接口的高速相机，LED光源13采用蓝色LED光源，并采用白色作为背景。上述光学成像子系统11的主要目的是采集清晰的高质量的音膜图片，以方便后面的图像处理。

上述数字图像处理子系统2采用了一套精确快速的求取音膜的内外圆圆心和半径参数的数字图像处理算法，并准确计算出音膜的同心度参数。该数字图像处理算法的软件流程图如图3所示。

上述运动控制子系统3包括有步进电机31、伺服电机32、传感器33，其中传感器33的信号输出端与运动控制卡6的信号输入端连接，运动控制卡6的信号输出端分别与驱动CCD摄像机11实现前后上下位置移动的步进电机31连接及与驱动传输带转动的伺服电机32连接。上述运动控制子系统3通过运动控制卡6对步进电机31和伺服电机32进行速度调节和启停操作，伺服电机32带动传输带转动，当运动控制卡6检测到传感器33传来音膜到位信号时，伺服电机32停止带动传输带的转动，以实现音膜位置的精确控制；运动控制卡6控制步进电机31实现相机前后上下位置的移动，保证相机、光源和微型音膜的同轴性。

在工作平台上，到位检测传感器33的安装位置相对固定，由于系统相机采用软件触发方式进行拍照，传感器33检测到音膜与相机拍照之间有个短延时，延时时间的长短跟传感器33与相机之间的位置有关，这就要求相机能前后灵活移动。另外，由于各个系列的音膜的大小不一样，故音膜与镜头之间的距离也会有所变化，这就要求相机能上下移动以改变拍摄的物距。为了实现对相机进行精确定位，系统采用运动控制卡6控制两个步进电机实现相机前后上下位置的移动。

上述音膜剔除子系统4为喷气剔除装置，包括有压缩机41、电磁阀43，压缩机41的出口通过管道与能吹除流水线上不合格产品的喷嘴连接，电磁阀43装设在压缩机41与喷嘴连接的管道上，运动控制卡6的信号输出端与控制管道能否通气的电磁阀43连接。上述压缩机41与电磁阀43连接的管道上还装设有空气过滤器42。空气压缩机41、电磁阀43、空气过滤器42和其它一些辅助元件构成音膜的气动控制系统，并通过运动控制卡6的通用输出口控制整个气动控制系统的启停。此外，气动控制系统还包括有气压泵、气罐、气源调节装置及截止阀等，气动控制系统的工作步骤如下：气压泵产生高压气体存储在气罐内，截止阀负责控制整个气路的开关。打开截止阀，气压通过气源调节装置把气压降低到6个大气压左右，然后经过空气过滤器42，把气体的灰尘水分等杂质过滤掉，并且把雾化油注入空气流，对电磁阀43进行润滑作用，以提高电磁阀43的寿命。电磁阀43一端连接消声器，以消除高音噪声。电磁阀43通过的通用输出口进行控制，当运动控制卡6发出剔除音膜信号时，电磁阀43得电，将阀门打开，从而使压缩空气从喷嘴里快速喷出去，达到剔除不合格音膜的效果。由于音膜非常薄而且重量轻，故并不需要太大压力的压缩空气和过长的喷气时间，就可以把音膜剔除。

上述音膜剔除子系统4中的压缩机41的出口压力为0.6MPa，电磁阀43的开启时间为200ms。

本实用新型的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统的检测方法，其包括如下步骤：

1)机器视觉光学成像子系统1根据配置好机相的参数并把相机复位到固定点，当传感器检测到音膜到时进行图像采集；

2)数字图像处理子系统2对采到图像进行处理，分别提取出音膜的内外圆边缘并进行内外圆的拟合，得到内外圆的半径和圆心坐标，根据得到的参数计算出音膜同心度；

3)运动控制子系统3控制传输带的启停；

4)音膜剔除子系统4根据数字图像处理子系统2运算得到的同心度进行判断，启动剔除装置剔除不合格产品。

上述机器视觉光学成像子系统1图像采集的步聚如下：

第1步：对相机进行标定，使音膜与相机光轴垂直；

第2步：对相机的参数如图像格式、分辨率、帧频等进行设定，初始化相机，并把相机复位到固定点；

第3步：在Visual C++6.0平台下编程实现音膜图像的采集；

上述数字图像处理子系统2的音膜内外圆提取与同心度的计算方法是针对音膜内外圆的特点，采用分步提取内外圆参数，最后计算出音膜同心度参数的方法，具体步骤如下：

1、外圆的提取

第1步：对音膜灰度图进阈值分割，得到二值化图像；

第2步：对音膜二值图像进行中值滤波，并进行轮廓跟踪，得到音膜的外圆轮廓；

第3步：采用改进的随机Hough变换对轮廓跟踪后的图像进行外圆检测，得到音膜的外圆轮廓；

第4步：采用最小二乘法算法对Hough变换检测出的外圆边缘数据进行拟合，从而得到精确的外圆的圆心坐标与半径。

2、内圆的提取

第1步：确定内圆局部区域。设音膜外圆半径和内圆半径的理论值分别为R₀，r₀，外圆的实际半径为R₁，圆心为(A₁，B₁)，同心度参数为Δr。首先根据R₀和r₀求出音膜内圆与外圆半径比率t＝r₀/R₀，然后由外圆的实际半径R₁和t估算出内圆的估算半径为r′＝R₁*t，由此来确定内圆的范围，必定在以(A₁，B₁)为圆心，外径为r′+Δr，内径为r′-Δr的圆环上。切割以(A₁，B₁)为中心，半径为r′+Δr+δ的圆和以(A₁，B₁)为中心，半径为r′-Δr-δ的圆之间的区域作为内圆局部区域。

第2步：采用Canny算子对确定的内圆局部区域进行边缘检测。

第3步：在半径约束的条件下，采用改进的随机Hough变换进行内圆检测，得到的音膜内圆轮廓；

第4步：采用最小二乘法算法对Hough变换检测出的内圆边缘数据进行拟合，从而得到精确的内圆的圆心坐标与半径。

3、音膜同心度的计算

音膜同心度的计算公式为：

Φ = | {oo}^{'} | / r = \frac{\sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} + {(y_{1} - y_{2})}^{2}}}{r}

其中r为内圆半径，(x₁，y₁)为外圆圆心坐标，(x₂，y₂)为内圆圆心坐标。

本实用新型用于具体检测实施例如下：

企业提供的型号为R1020H的音膜分为合格与不合格两种，规格直径为26.9mm，每种随机抽取10个进行测试，其结果如表1、表2所示，其中X、Y、R分别是外圆圆心的横坐标、纵坐标和外圆半径，x、y、r分别是内圆圆心的横坐标、纵坐标和内圆半径。

1、检测速度

检测速度为1个/秒，在进行抽样检测过程中，对人工检测为合格与不合格的音膜进行检测，从表1与表2的数据可以看出，检测时间均少于1秒。

2、检测精度

检测精度为0.01mm，图像检测精度与相机的分辨率与采用的图像处理算法有关。系统采用高分辨率的CCD相机，并在图像处理过程中，采用最小二乘法亚像素算法进行圆的拟合，其精度可达0.1-0.2个像素，从而使测量精度大大提高，可达到的0.01mm的测量精度。

表1合格音膜检测数据表

Table 1 Measure Data Table of Qualified Voice Diaphragm

表2不合格音膜检测数据表

Table 2 Measure Data Table of Unqual ified Voice Diaphragm

Claims

1.一种基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，包括有光学成像子系统(1)、数字图像处理子系统(2)、运动控制子系统(3)、音膜剔除子系统(4)、图像采集卡(5)、运动控制卡(6)，其中光学成像子系统(1)的信号通过接口送到图像采集卡(5)，图像采集卡(5)采集到一帧音膜灰度图像数据送出到数字图像处理子系统(2)进行处理和判断，数字图像处理子系统(2)的信号输出端与运动控制卡(6)的信号输入端连接，运动控制卡(6)的信号端口分别与运动控制子系统(3)、音膜剔除子系统(4)连接，运动控制子系统(3)及音膜剔除子系统(4)由运动控制卡(6)集中控制。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，其特征在于上述光学成像子系统(1)包括有高分辨率CCD摄像机(11)、镜头(12)、LED光源(13)，其中LED光源(13)照射在音膜上，镜头(12)装设在CCD摄像机(11)上，CCD摄像机(11)装设在能拍摄到置于传输带中的音膜边缘与振膜特征的位置上。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，其特征在于上述CCD摄像机(11)采用具有中高分辨率的百万像素级带IEEE1394b接口的高速相机，LED光源(13)采用蓝色LED光源，并采用白色作为背景。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，其特征在于上述运动控制子系统(3)包括有步进电机(31)、伺服电机(32)、传感器(33)，其中传感器(33)的信号输出端与运动控制卡(6)的信号输入端连接，运动控制卡(6)的信号输出端分别与驱动CCD摄像机(11)实现前后上下位置移动的步进电机(31)连接及与驱动传输带转动的伺服电机(32)连接。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，其特征在于上述音膜剔除子系统(4)为喷气剔除装置，包括有压缩机(41)、电磁阀(43)，压缩机(41)的出口通过管道与能吹除流水线上不合格产品的喷嘴连接，电磁阀(43)装设在压缩机(41)与喷嘴连接的管道上，运动控制卡(6)的信号输出端与控制管道能否通气的电磁阀(43)连接。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，其特征在于上述音膜剔除子系统(4)中的压缩机(41)的出口压力为0.6MPa，电磁阀(43)的开启时间为200ms。

7.根据权利要求5所述的基于机器视觉的微型音膜同心度在线检测系统，其特征在于上述压缩机(41)与电磁阀(43)连接的管道上还装设有空气过滤器(42)。