CN206638598U - 一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，包括单摄像机全方位主动视觉传感器、旋转置物平台、图像采集卡和计算机；单摄像机全方位主动视觉传感器包括摄像机、上部反射镜组、下部反射镜组、金属杆和线激光器组；上部反射镜组和下部反射镜组相互垂直放置，并用金属杆固定成为一个整体；线激光器组固定于下部反射镜组正下方；摄像机垂直放置于上部反射镜组正上方；待检测电连接器壳体垂直置于单摄像机全方位主动视觉传感器正下方；图像采集卡安装于计算机内、且和单摄像机全方位主动视觉传感器中摄像机用线缆相连，利用计算机对图像采集卡采集到的图像进行图像分析，实现电连接器壳体缺陷的检测。
Description
技术领域
本实用新型属于机器视觉技术研究领域，具体涉及一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置。
背景技术
高密度电连接器组件是航空航天、航海、军工、工业、精密机械、信息乃至家用电器等众多领域控制与驱动系统的重要基础元器件，其技术性能的高低直接影响和制约了这些行业的发展水平。目前大多数电连接器壳体制造企业都采用人工目测检测或简单工具测量的方法，费时费力，效率低下且检测精度容易受到人员素质差异的影响，高质量的产品难以保证。随着工业技术水平的发展和对高精度电连接器要求的提高，传统的电连接器壳体缺陷检测技术已经无法满足现代工业生产的需要，亟需研发一种高效、可靠的电连接器壳体缺陷检测技术。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述问题提供一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置及方法，用于电连接器壳体缺陷的检测，以提高检测效率。
本实用新型的技术方案是：一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，包括单摄像机全方位主动视觉传感器、旋转置物平台、图像采集卡和计算机；
所述单摄像机全方位主动视觉传感器包括摄像机、上部反射镜组、下部反射镜组、金属杆和线激光器组；所述上部反射镜组和下部反射镜组相互垂直放置，且两者的中心在同一条垂线上，并用金属杆固定成为一个整体；所述线激光器组固定于下部反射镜组正下方；所述摄像机垂直放置于上部反射镜组正上方；
待检测电连接器壳体垂直置于所述单摄像机全方位主动视觉传感器正下方、且位于旋转置物平台的中心位置；
所述图像采集卡安装于计算机内、且和所述单摄像机全方位主动视觉传感器中摄像机用线缆相连，利用所述计算机对所述图像采集卡采集到的图像进行图像分析，实现电连接器壳体缺陷的检测。
上述方案中，所述上部反射镜组由六片形状相同的等腰梯形平面镜组成，且两两相连围成一个空心正六棱台，其反射面为空心正六棱台的内表面。
上述方案中，所述下部反射镜组由六片形状相同的等腰梯形平面镜组成，与所述上部反射镜组中的等腰梯形平面镜对应边长的比例为1:3，并且两两相连围成一个小空心正六棱台，但反射面为小空心正六棱台外表面。
上述方案中，所述摄像机镜头前加装滤镜，只允许波长为650纳米附近谱段的光线穿过，视场刚好覆盖所述下部平面反射镜组。
上述方案中，所述线激光器组是指十二只可投射线状光条的半导体激光器按正六边形排列，且每边分布两只，固定于所述下部反射镜组正下方，用于对其正下方待检测电连接器壳体表面投影线状激光光条，且自身被所述下部反射镜组所遮挡，自身不会成像于所述摄像机中。
上述方案中，所述单摄像机全方位主动视觉是指仅利用一台摄像机拍摄一幅图像就可获取所述待检测电连接器壳体表面覆盖有激光光条的360度侧表面图像以及顶端表面图像，其中以60度为间隔将360度侧表面激光光条图像分别呈现在该单幅图像的六个不同区域并围成一个正六边形；所述待检测电连接器壳体顶端表面图像则呈现在该正六边形的中心位置，其区域形状也是一个正六边形。
上述方案中，所述基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测是指所述图像采集卡通过所述单摄像机全方位主动视觉传感器采集待检测电连接器壳体表面的激光光条图像，利用所述计算机进行图像分析，实现待检测电连接器壳体缺陷的检测。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、采用线激光器组、上部和下部反射镜组结合成整体的方式，减小了单摄像机全方位主动视觉传感器所需空间，其反射镜组也可按比例缩小，以实现全方位主动视觉传感器的小型化、微型化。
2、单摄像机全方位主动视觉传感器仅拍摄一幅图像就能采集待检测电连接器壳体的360度侧面及顶部光条图像，加之投射多光条，大大缩短了检测时间，提高了电连接器壳体缺陷检测的效率。
3、单摄像机全方位主动视觉传感器采用平面镜构建，和采用曲面镜扩大视场范围不同，该方式拍摄所得图像无卷曲效应，具有透视投影不变性，方便后续的标定等工作，同时采用激光主动投射方式，并与镜头前的滤镜配合，显著减少了环境光照的干扰，提高了检测的精度与可靠性。
4、整个检测装置结构简单，易于加工制造，成本较低，且仅需旋转60度就可获取整个待检测电连接器壳体表面的稠密点云数据，检测效率高。
附图说明
图1是本实用新型一实施方式的装置示意图；
图2是本实用新型一实施方式采集到的单幅图像示意图。
图中：1、摄像机；2、上部反射镜组；3、下部反射镜组；4、金属杆；5、线激光器组；6、单摄像机全方位主动视觉传感器；7、旋转置物平台；8、图像采集卡；9、计算机；10、待检测电连接器壳体；11、被待检测电连接器壳体调制的激光光条图像；12、待检测电连接器壳体侧表面光条图像的区域；13、待检测电连接器壳体顶部表面光条图像的区域。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
图1所示为本实用新型所述基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置的一种实施方式，所述基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置包括单摄像机全方位主动视觉传感器6、旋转置物平台7、图像采集卡8和计算机9组成。
所述单摄像机全方位主动视觉传感器6包括摄像机1、上部反射镜组2、下部反射镜组3、金属杆4和线激光器组5。所述上部反射镜组2和下部反射镜组3相互垂直放置，且两者的中心在同一条垂线上，并用三根金属杆4固定成为一个整体；所述线激光器组5固定于下部反射镜组3正下方；所述摄像机1垂直放置于上部反射镜组2正上方。所述摄像机1镜头前加装滤镜，只允许波长为650纳米附近谱段的光线穿过，视场刚好覆盖所述下部平面反射镜组3。
所述上部反射镜组2是指由六面相同的平面镜组成的平面镜组，每面平面镜都是上顶角120度，下底角60度的等腰梯形状，每面平面镜以斜边相互连接。而下部反射镜组3是由上部反射镜组2按尺寸比例缩小组成，缩小比例约为1:3。所述金属杆4可进行长短调节，使得上部反射镜组2和下部反射镜组3的距离达到最优。所述线激光器组5是指十二只可投射线状光条的半导体激光器按正六边形排列，且每边分布两只，固定于所述下部反射镜组3正下方，用于对其正下方待检测电连接器壳体10表面投影线状激光光条，且自身被所述下部反射镜组3所遮挡，自身不会成像于所述摄像机1中。待检测电连接器壳体10垂直置于所述单摄像机全方位主动视觉传感器6正下方，且为旋转置物平台7的中心位置。所述图像采集卡8安装于计算机9内，且和所述单摄像机全方位主动视觉传感器6中摄像机1用线缆相连。利用所述计算机9对所述图像采集卡8采集到的图像进行图像分析，实现电连接器壳体缺陷的检测。
使用如上所述的单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置进行壳体缺陷检测，其检测过程分为图像采集阶段和图像分析阶段，进行图像采集后再进行图像分析检测，具体步骤如下：
S1、图像采集阶段
打开线激光器组5并调整投射光条的宽度，保证光条宽度、光条亮度对待检测电连接器壳体而言达到最优，调整完后，保持这些调整参数不变。
本实施例将外形尺寸为20mm(长)X20mm(宽)X8mm(高)的长方体状电连接器壳体作为待检测电连接器壳体10垂直放置于旋转置物平台7的中心位置，保证该紧固件处于线激光器组5中心区域正下方，使其表面覆盖多条激光光条，亮度合适，同时保证待检测电连接器壳体10处于单摄像机全方位主动视觉6光轴中心。线激光器组5投射的650纳米波长的红色激光光条被待检测电连接器壳体10表面调制后，其光条图像首先反射到上部反射镜组2，再经由下部反射镜组3反射后被摄像机1接收。启动步进电机驱动旋转置物平台7围绕着中心轴以一定的速度旋转，由所述单摄像机全方位主动视觉传感器6中的摄像机1进行扫描拍摄。本实施例采用的摄像机1为CCD摄像机，最高像素为1628X1236像素。图像采集卡8通过单摄像机全方位主动视觉6连续采集待检测电连接器壳体10表面的光条图像，并传输给计算机9。
S2、图像分析阶段
利用所述所述计算机9对所述图像采集卡8采集到的图像进行电连接器壳体缺陷检测分析，图像采集卡8采集到的壳体表面光条图像中的一幅如图2所示，包括既进行电连接器壳体表面尺寸的缺陷检测，即检测尺寸是否符合规格；也进行电连接器壳体表面平整性的缺陷检测，即检测是否存在变形、凹坑与划痕。
所述电连接器壳体表面尺寸的缺陷检测具体步骤为：
步骤一、传感器标定，获取所述单摄像机宽视场视觉传感器6的结构光测量模型参数；所述单摄像机全方位主动视觉传感器6可看作由一台真实摄像机、六台虚拟摄像机与十二只线激光器组成，每相邻两台虚拟摄像机与同侧相应的四只线激光器形成多光条双结构光系统，由此共形成六组多光条双结构光系统，每组多光条双结构光系统的标定过程可参见吴庆阳等人著《线结构光双传感器测量系统的标定方法》，中国激光，2007，34(2)：259-264；而一台真实摄像机与十二只线激光器则形成多光条单结构光系统，其标定过程可参见孙长钦所著硕士学位论文《基于多光条结构光视觉传感器的大尺寸圆钢测量技术研究》，天津大学，2008。
步骤二、区域切割，从图像采集卡8采集到的光条图像序列中提取一幅被待检测电连接器壳体调制的激光光条图像11，切割出一周共六块待检测电连接器壳体侧表面光条图像区域12以及一块待检测电连接器壳体顶部表面光条图像的区域13，并将等腰梯形的原始图像区域修剪为矩形图像块，矩形的一条边为等腰梯形上底边，矩形的另一条边为等腰梯形的高，利用位置相邻的两块光条图像构成多光条双结构光系统视觉；正六边形原始顶部图像块修剪为最大内接正方形图像块，其构成多光条单结构光系统视觉。
步骤三、表面尺寸测量，利用已标定好的测量模型参数测量所述待检测电连接器壳体10的表面尺寸。
步骤四、缺陷判别，测量出的表面尺寸数据和标准数据进行比较，判别是否超出允许误差范围，如果超出允许误差范围，则判定电连接器壳体有缺陷，否则即为电连接器壳体无缺陷。
所述电连接器壳体表面平整性的缺陷检测具体步骤为：
步骤一、传感器标定，获取所述单摄像机宽视场视觉传感器6的结构光测量模型参数；所述单摄像机全方位主动视觉传感器6可看作由一台真实摄像机、六台虚拟摄像机与十二只线激光器组成，每相邻两台虚拟摄像机与同侧相应的四只线激光器形成多光条双结构光系统，由此共形成六组多光条双结构光系统，每组多光条双结构光系统的标定过程可参见吴庆阳等人著《线结构光双传感器测量系统的标定方法》，中国激光，2007，34(2)：259-264；而一台真实摄像机与12只线激光器则形成多光条单结构光系统，其标定过程可参见孙长钦所著硕士学位论文《基于多光条结构光视觉传感器的大尺寸圆钢测量技术研究》，天津大学，2008。
步骤二、序列图像的区域切割，提取所有从图像采集卡8采集到的光条图像序列的每一幅，对每一幅光条图像11，切割出待检测电连接器壳体一周共六块侧表面光条图像区域12以及一块顶部表面光条图像区域13，并将等腰梯形的原始图像区域修剪为矩形图像块，矩形的一条边为等腰梯形上底边，矩形的另一条边为等腰梯形的高，利用位置相邻的两块光条图像构成多光条双结构光系统视觉；正六边形原始顶部图像块修剪为最大内接正方形图像块，其构成多光条单结构光系统视觉。
步骤四、获取表面稠密点云数据；基于切割出的序列图像的图像块，利用已标定好的测量模型参数测量得一系列的表面截面轮廓三维数据，将截面轮廓依据数据融合模型组建起来获得整个待检测电连接器壳体表面稠密点云数据。
步骤五、缺陷判别，根据待检测电连接器壳体表面稠密点云数据是否位于同一平面判别出是否存在变形、凹坑与划痕缺陷。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，其特征在于，包括单摄像机全方位主动视觉传感器(6)、旋转置物平台(7)、图像采集卡(8)和计算机(9)；
所述单摄像机全方位主动视觉传感器(6)包括摄像机(1)、上部反射镜组(2)、下部反射镜组(3)、金属杆(4)、线激光器组(5)；所述上部反射镜组(2)和下部反射镜组(3)相互垂直放置，且两者的中心在同一条垂线上，并用金属杆(4)固定成为一个整体；所述线激光器组(5)固定于下部反射镜组(3)正下方；所述摄像机(1)垂直放置于上部反射镜组(2)正上方；
待检测电连接器壳体(10)垂直置于所述单摄像机全方位主动视觉传感器(6)正下方、且位于旋转置物平台(7)的中心位置；
所述图像采集卡(8)安装于计算机(9)内、且和所述单摄像机全方位主动视觉传感器(6)中摄像机(1)用线缆相连，利用所述计算机(9)对所述图像采集卡(8)采集到的图像进行图像分析，实现电连接器壳体缺陷的检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，其特征在于，所述上部反射镜组(2)由六片形状相同的等腰梯形平面镜组成，且两两相连围成一个空心正六棱台，其反射面为空心正六棱台的内表面。
3.根据权利要求1所述的一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，其特征在于，所述下部反射镜组(3)由六片形状相同的等腰梯形平面镜组成，与所述上部反射镜组(2)中的等腰梯形平面镜对应边长的比例为1:3，并且两两相连围成一个小空心正六棱台，但反射面为小空心正六棱台外表面。
4.根据权利要求1所述的一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，其特征在于，所述摄像机(1)镜头前加装滤镜，只允许波长为650纳米附近谱段的光线穿过，视场刚好覆盖所述下部平面反射镜组(3)。
5.根据权利要求1所述的一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，其特征在于，所述线激光器组(5)是指十二只可投射线状光条的半导体激光器按正六边形排列，且每边分布两只，固定于所述下部反射镜组(3)正下方，用于对其正下方待检测电连接器壳体(10)表面投影线状激光光条，且自身被所述下部反射镜组(3)所遮挡，自身不会成像于所述摄像机(1)中。
6.根据权利要求1所述的一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，其特征在于，所述单摄像机全方位主动视觉是指仅利用一台摄像机拍摄一幅图像就可获取所述待检测电连接器壳体(10)表面覆盖有激光光条的360度侧表面图像以及顶端表面图像，其中以60度为间隔将360度侧表面激光光条图像分别呈现在该单幅图像的六个不同区域并围成一个正六边形；所述待检测电连接器壳体(10)顶端表面图像则呈现在该正六边形的中心位置，其区域形状也是一个正六边形。
7.根据权利要求1所述的一种基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测装置，其特征在于，所述基于单摄像机全方位主动视觉的电连接器壳体缺陷检测是指所述图像采集卡(8)通过所述单摄像机全方位主动视觉传感器(6)采集待检测电连接器壳体(10)表面的激光光条图像，利用所述计算机(9)进行图像分析，实现待检测电连接器壳体缺陷的检测。
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