CN203643356U - 片状零件表面质量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种片状零件表面质量检测装置，包括用于定位片状零件的工艺设备、相应于工艺设备的定位位置设置的光源、对定位位置上的片状零件进行图像采集的图像采集设备和连接该图像采集设备而进行图像处理的控制逻辑单元，所述光源在片状零件法向配置有一对，构成近端光源和远端光源，进而配有控制近端光源亮度的近端控制电路和控制远端光源亮度的远端控制电路。依据本实用新型且具有良好检测性能。

Description

片状零件表面质量检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种片装零件表面质量检测装置。

背景技术

片状零件是一种常用的工业用零件，可用于车辆、设备、电气等领域。其材质可以是各种金属、塑料、高分子材料等。在某些应用中，出于装配的要求，片状零件上还带有微小的弧度。

片状零件的质量检测中很重要的一项指标是表面质量。通常片状零件的表面质量缺陷包括划痕、杂质和花斑三类。划痕是指细长型的缺陷；杂质是指点状缺陷；花斑是指片状的缺陷。

传统片状零件表面质量检测是人工来完成的，但是人工检测有许多缺点，如人工成本高、检测标准不统一所以一致性差、人眼检测能力有限、检测效率低等。而采用基于机器视觉技术的自动检测技术，则可以克服上述缺点。

检测的基本原理是通过相机拍照，然后处理器上对所得的图像进行处理，来自动判断零件是否有缺陷。在人工成本大幅增加、生产装配精度要求提高以及生产效率需要提高的情况下，自动化质量检测设备正逐步代替人工操作。

在生产过程中，会碰到多种尺寸零件的情况。这里所说的多种尺寸包括多种内径或者多种外径的零件。这种情况也需要在自动质量中得到解决。

中国专利文献CN202678288U公开了一种晶硅抛光片表面缺陷检测设备，它采用激光系统对晶硅抛光片表面进行扫描，然后通过图形检测系统对扫描的图像进行处理。该检测设备的激光系统需要配置激光发生器，对激光发生器所产生激光进行整形的透镜组，并配置控制激光进行扫描的设备，整体结构非常复杂，并且由于扫描方式仅能提供一种形式的光学照明，由于不同缺陷对光的响应性不同，如在不同亮度条件下所获得图像中缺陷与正常部位的对比度会有很大差异，因此，这类检测设备不能适应多种缺陷的检测。

基于上述内容，本领域的技术人员的一种解决方法是变换光源的亮度来适应不同对象的检测，但对于同一片状零件上不同的缺陷并没有针对性解决方案，并且单纯的亮度变化往往获得良好的检测图像。

进而，如中国专利文献CN202406192U，公开了一种视觉图像检测装置，它通过在CCD相机的下方设置穹形灯照明源，并在穹形灯照明源的厢房设置偏光装置，利用偏光装置来消除检测对象表面反光的影响，进而保证视觉检测系统能够获得高质量的图像。然而，该方案仍然欠缺对多种缺陷检测的手段，且其复杂的结构设计也仅仅是用于消除反光对检测质量的影响，代价相对较大。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于提供一种结构配置成本低，且具有良好检测性能的片状零件表面质量检测装置。

本实用新型采用以下技术方案：

依据较佳的实施里，一方面，一种片状零件表面质量检测装置，包括用于定位片状零件的工艺设备、相应于工艺设备的定位位置设置的光源、对定位位置上的片状零件进行图像采集的图像采集设备和连接该图像采集设备而进行图像处理的控制逻辑单元，所述光源在片状零件法向配置有一对，构成近端光源和远端光源，进而配有控制近端光源亮度的近端控制电路和控制远端光源亮度的远端控制电路。

从上述方案可以看出，依据本实用新型，采用双光源远近配合的手段，通过不同的远近光照强度配合使不同的缺陷能够凸显，能够保证良好的检测性能，并在一个工位上适应对片状零件上多种缺陷的检测，整体效率大大提高。加之所以来的光学设备相对简单，整体的结构配置成本较低。

再进一步改进的结构中，上述片状零件表面质量检测装置，所述近端控制电路和远端控制电路连接于所述控制逻辑单元，通过控制逻辑单元控制近端控制电路和远端控制电路的输出功率逻辑的变化，方便自动快速的进行片状零件上缺陷的识别。

优选地，所述近端光源距离定位位置的距离小于片状零件上最大两点距离，而远端光源距离定位位置的距离大于片状零件上最大两点距离，这种状态下，容易使两光源产生更好的相互影响。

为了提高对片状零件上却显得识别效率，所述光源和所述图像采集设备构成一个工位单元，该工位单元有两套，相应地，所述工艺设备也配有两套，一套为片状零件拾取设备，拾取片状零件后，由一套工位单元对片状零件一面进行照明和拍照，拾取设备把片状零件放置于另一工艺设备后，由另一套工位单元对片状零件的另一面进行照明和拍照。

在一些实施例中，另一工艺设备为转台，在该转台的上表面周向设有多个定位部或定位部件，这样可以减小上下料对其他结构的影响，避免上下料设备与如照明设备的抵触。

进而，所述定位部或定位部件为偶数个，从而转台的一侧为上料侧，与上料侧相对的一侧为图像采集侧。

在成本控制相对较好的情况下，为了提高照明效果，所述光源为环形光源，且环形光源的内径大于片状零件上两点距离最大值，并小于1.5倍的片状零件上两点距离最大值。

附图说明

图1为一种图像处理的总体流程图。

图2为一种花斑检测流程图。

图3为一种划痕检测流程图。

图4为一种杂质检测流程图。

图5为依据本实用新型的一个实施例的片状零件表面质量检测装置的结构框图。

图6为另一个实施例的片状零件表面质量检测装置的结构框图。

图7为转台的俯视结构示意图。

图8为片状环形零件表面缺陷类型示意图。

图9为反面检测示意图。

图10为正面检测示意图。

图11为检测流程图。

图中：1、划痕，2、杂质，3、花斑；4、片状零件，5、真空吸嘴，6、环形光源，7、环形光源，8、相机；9、相机，10、环形光源，11、环形光源，12、转台定位槽。

具体实施方式

参照说明书附图5和6所示的片状零件表面质量检测装置的结构原理，他的基本构成，如现有的检测设备一样，都是通过机器视觉技术与现代电机及控制技术实现的，从而代替人工，降低劳动成本，提高检测效率。

区别于现有的检测设备，它在检测工位配有两套照明，片状零件的典型特征是只需要关注他的两个面，而不需要对其他部分有太多的关注。通常照明直接投射到待检测的面上，因此，通常，光源也设置在片状零件的法向，对应于检测工位，是检测工位定位面（区别于定位工作面）的法向，两个光源，如图9和图10所示，相对于待检测的片状零件4的法向配置有一对，构成近端光源和远端光源，进而配有控制近端光源亮度的近端控制电路和控制远端光源亮度的远端控制电路。如图9所示的环形光源6构成近端光源，而环形光源7构成远端光源，两个光源对片状零件4由于光线投射的问题，会对片状零件4上的缺陷产生不同的影响，远近光源的亮度变化会对不同的缺陷产生不同的影响，从而使得某些缺陷更加凸显，而另一些缺陷相对模糊，因此，通过调整两个光源的亮度，可以使所需要检测的缺陷更加的凸显。

注意，这里的远端光源和近端光源是一对相对的概念，本领域的技术人员对此应当理解。

如图8所示，片状零件的质量检测中很重要的一项指标是表面质量。通常片状零件的表面质量缺陷包括划痕1、杂质2和花斑3三类。划痕1是指细长型的缺陷；杂质2是指点状缺陷；花斑3是指片状的缺陷。

为了凸显出各类缺陷，如图5和图6所示，由6种组件组成：进行图像采集的照相机8、对片状零件4进行照明的照明光源、对照相机所采集图像进行处理的处理器模块，对片状零件4进行拾取的装置，如真空吸嘴，以及进行控制的控制器模块，其中控制模块和处理器模块可以合二为一，采用单处理器的结构，如果运算量比较大，可以配有双处理器结构，其中一个专门用于运算，而这里主要是对图像进行处理。在一些较佳的实施例中采用两个视觉检测工位，分别用于检测零件正面和反面。

照相机。装置中两个视觉检测工位各含有一台照相机。照相机的作用是分别用来拍摄片状零件的正面和反面照片。可以是黑白相机，也可以是彩色相机。照相机的轴线与零件的轴线重合。照相机和处理器模块连接。

关于照明光源，装置中每个工位包含两个照明模块，如图9和图10，一个离片状零件比较近，属于低角度照明，也就是近端光源，由于距离比较近，角都比较大；另一个离片状零件相对较远，相应于远端光源，属于高角度照明。

两个照明光源组件的亮度可以独立调节，通过适当的亮度组合，达到最理想的检测效果。照明模块可以是LED等固态照明技术，也可以是荧光灯等照明组件。

关于照明光源，优选环形光源，如LED阵列成圆锥状以斜角照射在被测物体表面，通过漫反射方式照亮一小片区域，工作距离在10-15MM时，该光源可以突出显示被测物体边缘和高度的变化，突出原本难以看清的部分。关于双光源中的远端光源，距离被检测的片状零件最好不要大于15cm。

照明光源可以和照相机连接，也可以和处理器模块连接，还可以与前述的控制器模块进行连接，照明光源的功率可以独立调整，如控制器模块给出一个模拟量，控制照明光源的输出功率达到合适的限度，也可以进行开关控制，由照明电路中的功率调整单元依据开关量持续的长度进行功率的调整。

由控制器模块进行统调，容易构造个工作部件得控制逻辑，如相机的拍摄时机与照明光源的配合等。

关于处理器模块，在一些实施例中，处理器模块包括处理器、存储器、接口电路等，用于处理相机拍摄的照片。通过图像处理，可以识别出片状零件，并且可以检测出零件的表面质量是否合格。

处理器模块和照相机连接，控制照相机的拍照时机，并传回所采集的图像。

在一些实施例中，配置有转台，如图7所示。转台上面有多个下沉式圆形支架，如图10所示的转台定位槽，用于存放片状零件。零件将随着转台一起转动，可以在不同的位置形成如上料工位、检测工位等。

进一步的，如所述定位部或定位部件为偶数个，从而转台的一侧为上料侧，与上料侧相对的一侧为图像采集侧。这样容易布置其他的工艺设备，避免相互之间产生抵触。

关于转台上的定位结构，还可以配置成定位部件。

对于片形零件，可以使用如真空吸嘴5进行拾取，拾取后移动到某个位置，就可以进行检测，形成一个检测工位，匹配其中的一套视觉检测工位。真空吸嘴可以把片状零件吸住。用于把零件从转台外面放到转台上，也可以把零件从转台上移走。

进而，关于控制器模块可以控制片形零件的流转，如用于控制吸嘴、转台的运动，也要跟处理器模块通讯，得到零件表面质量的检测结果。

为了减少重复定位，提高检测效率，为了提高图像的拍摄质量，在正反面两个工位上分别采用了两个照明光源，照明采用环形光源6、7、10、11，照明的效果更好。

同一个工位的两个光源分别用低角度和高角度放置，其亮度可以独立调节。其中，低角度光源距离零件的距离通常为5厘米或者更低，或者高度小于零件的直径，但不宜过近，否则投射角都会有很大的影响，通常不能小于1厘米。

而高角度光源距离零件的距离为6厘米甚至更高，或者高度大于零件直径，但不能过大一般不能大于两倍的零件直径。

这里的直径是一个等效距离，片状零件可能是圆形，也可能是方形或者长方形，其他结构相对较少，直径可以表示为片形零件上两点最大距离，如方形零件的对角线长度。

两个光源的亮度可以不同，形成一种亮度组合。实际拍摄时，采用两种照明亮度组合，拍摄两张照片。例如，照明亮度组合1中，低角度光源的照明强度比较弱，甚至关闭，而高角度光源的照明强度比较强；相反，照明亮度组合2中，高角度光源的照明强度比较弱，甚至关闭，而低角度光源的照明强度比较强。目的是更好的将零件上的缺陷凸显出来。

下表给出不同光源照明强度组合条件下缺陷的检出效率

零件的表面缺陷是通过图像处理的方式确定的。首先，用定位、零件存在检测、尺寸确认和极坐标变换算法对图像进行预处理。然后分别用花斑检测、划痕检测和杂质检测三种图像处理模块进行缺陷类别筛选。最后通过极坐标逆变换得到处理后的零件直角坐标系下的图像。

在实际检测中，如果用一种图像处理算法检测出三种缺陷，效率会比较低，因为对于不同类型缺陷，算法的优化的参数是不同的。所以在本方案中，用三种不同的算法组合来分别检测三种缺陷。在花斑检测、划痕检测和杂质检测三个图像处理模块中，分别采用不同的图像处理算法来实现。

如图2所示，花斑检测中用到了金字塔滤波、区域划分、均值漂移滤波、Canny滤波、合并区域、区域填充、联通域分析和面积判断的图像处理算法。

花斑的特点是缺陷面积比较大，所以采用均值漂移滤波和Canny滤波，保留划痕的特征。

如图3划痕检测中用到了方向滤波、本地阈值二值化、联通域分析、方向连接、形状选择和骨架分析的图像处理算法。划痕的特点是细长型的缺陷，而且方向不确定。算法重点在于连通域分析、形状和方向的选择。有些情况下，零件内径边缘会有细小的划痕或者裂痕，那么需要对这款区域分割出来，作重点分析。

如图4所示，杂质检测中用到了金字塔滤波、模糊化、区域划分、Canny滤波、联通域分析、区域合并和面积选择的图像处理算法。杂质的特点是缺陷为点状缺陷，先滤波再模糊化，尽量去除背景的干扰，然后主要用连通域分析和面积选择来确定该种缺陷是否存在。

以上内容涉及图像处理的内容，这里侧重于图像采集部分的改进，重点体现在如下方面：

将片状零件定位，进而在片状零件的法向配置一近端光源和一远端光源，两光源应具有亮度调整能力；

匹配待检测片状零件，变换近端光源和远端光源，验证不同的近端光源和远端光源的光照组合条件下对不同缺陷的识别能力，选择每一缺陷最佳识别能力的光照组合；

对同类片状零件，遍历所有缺陷及匹配的光照组合进行该片状零件的照明，并相应提取图像，对所提取的图像分析后输出检测结果。

显而易见的是，对于片状零件的生产，其表面质量的机器检测显然用于批量生产，因此，前期的工作，或者说光照组合与缺陷匹配的步骤繁琐一点也不影响批量生产的整体效率。

在进一步改进的方案，承接上文，对片状零件进行双工位检测，每个工位设置一套近端光源和远端光源，以及相适应的图像采集设备；进而，第一个工位是片状零件拾取后的检测工位，在该检测工位对片状零件的非拾取面进行照明和拍照，然后把片状工件由检测工位移转到双工位中的另一个工位，非拾取面向下放置，对拾取面进行照明和拍照。

关于上述方法蛇结构，具备当前机器识别的一般优点，可以实现自动片状零件表面质量检测，表面质量主要是三种：划痕、花斑、杂质。可以代替人工，降低劳动成本。可以大幅度提升生产能力，完成人工无法实现的检测。

相比于一般的机器识别，由于采用了新的照明光源配置，使得各种缺陷能够被顺序的识别出来，提高识别的可靠性，保证了检测的精度。

实施例1：圆环型片状表面缺陷检测：

此实施例的待检测零件为圆环型零件，其直径为40毫米、外径为550毫米、零件厚度1毫米。待检测零件可能有三种缺陷类型，如下图所示。

转台上面有八个下沉式圆形支架，用于存放片状零件。装置中两个视觉检测工位各含有一台照相机。照相机的作用是分别用来拍摄片状零件的正面和反面照片。每个工位包含两个环形照明模块，放置于相机和零件之间，一个离片状零件比较近，属于低角度照明；另一个离片状零件比较远，属于高角度照明。相机、环形照明模块和零件的轴线重合。检测流程图如图11所示。其中照明为同步照明。图中已经清楚地给出了检测步骤，在此不再赘述。

关于照明同步的问题，照明方式可以分为长亮式和同步式。所谓长亮式，就是开机后、准备检测前，把照明打开，即使拍照或者检测完毕，照明也不关闭，照明始终保持打开。所谓同步式，就是只有在拍照时或者照相机的图像传感器在积分（或者感光）时，照明才打开，其它时间照明均关闭。这种方式可以节省电能，并能延长照明模块的寿命。

Claims (7)

1.一种片状零件表面质量检测装置，包括用于定位片状零件的工艺设备、相应于工艺设备的定位位置设置的光源、对定位位置上的片状零件进行图像采集的图像采集设备和连接该图像采集设备而进行图像处理的控制逻辑单元，其特征在于，所述光源在片状零件法向配置有一对，构成近端光源和远端光源，进而配有控制近端光源亮度的近端控制电路和控制远端光源亮度的远端控制电路。

2.根据权利要求1所述的片状零件表面质量检测装置，其特征在于，所述近端控制电路和远端控制电路连接于所述控制逻辑单元。

3.根据权利要求1或2所述的片状零件表面质量检测装置，其特征在于，所述近端光源距离定位位置的距离小于片状零件上最大两点距离，而远端光源距离定位位置的距离大于片状零件上最大两点距离。

4.根据权利要求1所述的片状零件表面质量检测装置，其特征在于，所述光源和所述图像采集设备构成一个工位单元，该工位单元有两套，相应地，所述工艺设备也配有两套，一套为片状零件拾取设备，拾取片状零件后，由一套工位单元对片状零件一面进行照明和拍照，拾取设备把片状零件放置于另一工艺设备后，由另一套工位单元对片状零件的另一面进行照明和拍照。

5.根据权利要求4所述的片状零件表面质量检测装置，其特征在于，另一工艺设备为转台，在该转台的上表面周向设有多个定位部或定位部件。

6.根据权利要求5所述的片状零件表面质量检测装置，其特征在于，所述定位部或定位部件为偶数个，从而转台的一侧为上料侧，与上料侧相对的一侧为图像采集侧。

7.根据权利要求1所述的片状零件表面质量检测装置，其特征在于，所述光源为环形光源，且环形光源的内径大于片状零件上两点距离最大值，并小于1.5倍的片状零件上两点距离最大值。

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