CN206981462U - 基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了自动检测技术领域内的种基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测装置，包括冲压件输送机构、机器视觉运动控制平台、机器视觉照明系统、检测控制装置及检测结果显示装置；其工作时，通过采集冲压件的三维点云数据与三维CAD模型对比，识别冲压件是否具有表面缺陷，其检测效率高，稳定性好，可实现冲压件在线快速检测。

Description

基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能化检测技术，具体的说是一种基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测系统。

背景技术

冲压加工是借助于冲压设备的压力，使板材在冲压模具里产生分离，从而获得一定形状和尺寸的产品零件的生产技术，具有智能、精密、高效、高速等特点。然而，冲压生产过程中，总会有因加工误差、材料缺陷、模具损伤等客观因素而导致的废品存在，如不能及时检测并剔除掉，将会严重影响后续的装配等环节，导致产品总体质量水平的下降，增加成本，影响生产效率。因此，能否在全自动冲压生产线上实现产品在线质量检测也就变得至关重要，成为评判其自动化程度的一个重要指标。

然而，目前国内大多数厂家对冲压产品的缺陷检测还停留在人目离线检测的阶段，效率低、稳定性差、成本高的人目检测严重制约了冲压生产线的自动化进程。因此十分需要研究一项新的技术来完成生产过程中的冲压产品三维表面缺陷在线检测系统。

实用新型内容

针对上述传统的冲压件检测方法存在的检测效率低、稳定性差、成本高的人目检测，难以在线快速检测三维冲压件的表面缺陷等问题，本实用新型提供一种基于机器视觉的对冲压产品三维表面缺陷检测装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于机器视觉的对冲压产品三维表面缺陷检测装置，包括冲压件输送机构、机器视觉运动控制平台、机器视觉照明系统、检测控制装置及检测结果显示装置；

冲压件输送机构：包括冲压件输入机构和冲压件输出机构，冲压件输入机构和冲压件输出机构之间设置有检测工作箱，所述工作箱内设有透明且倾斜的滑道；滑道的高位端连接冲压件输入机构，滑道的低位端连接冲压件输出机构；

机器视觉运动控制平台：包括检测工作箱顶部和底部分别设置的三轴运动平台，所述三轴运动平台上安装有自动化视觉装置；

机器视觉照明系统：包括在相机周边设置的24相彩色LED光源；

检测控制装置：用于通过自动化视觉装置采集冲压件的数据并与三维CAD模型型比对，给出缺陷检测结果的信号，并送往检测结果显示装置；

检测结果显示装置：用于显示冲压件检测与识别的结果。

作为本实用新型的进一步改进在于，所述检测工作箱与24相彩色LED光源对应的顶部和底部位置均为穹顶结构，24相彩色LED光源分为三组，每组8个同一颜色的LED灯呈环形分布，三组LED灯组成RGB三色并嵌装在穹顶结构的内侧，各LED灯独立控制。采用穹顶灯光照的布局来可实现多照明角度，每一组LED等的单独照明可以实现RGB三原色的单色照明；其组合则可实现多种颜色的真彩色照明。

作为本实用新型的进一步改进在于，所述自动化视觉装置包括线型激光器和CCD相机。线型激光器用于产生线结构光并用于CCD相机定位，可实现精确的视觉高度测量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：一，冲压件通过滑道时，可以被CCD相机全方位捕捉，表面缺陷一览无余，识别方便；二：穹顶结构可以提供全方位照明，无死角，冲压件的影像清晰，便于比对；三，其对冲压件的图像进行识别，快速判断其是否具有表面缺陷，判断准确；四，能够实现在线逐一检测，比以往的抽检检测更加全面，检测无遗漏；五，比人目检测更加准确。该装置可以用于各种冲压件的自动化生产线上。

附图说明

图1为本实用新型的检测工作箱结构示意图。

图2为本实用新型中穹顶结构与LED灯结构示意图。

图3为本实用新型中穹顶结构与LED灯的平面投影图。

图4为相机自标定和参数设置单元的单目标定流程图。

图5为相机自标定和参数设置单元的双目标定流程图。

图6为本实用新型中冲压件表面三维扫描点云数据采集单元工作原理图。

图7为本实用新型中点云数据与三维CAD模型配准与缺陷检测单元流程图。

其中，1冲压件输入机构，2冲压件输出机构，3 LED灯，4三轴运动平台，5CCD相机，6穹顶结构，7滑道，8检测工作箱，9线型激光器， 10冲压件。

具体实施方式

如图1-7所示，为一种基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测装置，包括冲压件输送机构、机器视觉运动控制平台、机器视觉照明系统、检测控制装置：及检测结果显示装置。

其中，检测控制装置用于通过自动化视觉装置采集冲压件的数据并与三维CAD模型比对，给出缺陷检测结果，并将检测结果送给检测结果显示装置，检测控制装置本身是硬件的集合，该硬件工作时，需要如下工作单元：相机自标定和相机参数设置单元、冲压件表面三维扫描点云数据采集单元、点云数据与三维CAD模型配准与表面缺陷识别单元。

冲压件输送机构：包括冲压件输入机构1和冲压件输出机构2，冲压件输入机构1和冲压件输出机构2之间设置有检测工作箱8，所述工作箱内设有透明且倾斜的滑道7；滑道7的高位端连接冲压件输入机构1，滑道7的低位端连接冲压件输出机构2；冲压件输送机构可由步进电机、皮带、若干滚柱及若干齿轮组成，用于衔接冲压件的生产线，并自动将冲压件10输送至滑道7上。

机器视觉运动控制平台：包括检测工作箱8顶部和底部分别设置的三轴运动平台4，所述三轴运动平台4上安装有自动化视觉装置，所述自动化视觉装置包括线型激光器9和CCD相机5；线型激光器9用于CCD相机5定位，可实现精确的视觉高度测量，该CCD相机5带有双目摄像头，分别为左摄像头和有摄像头。

机器视觉照明系统：包括在相机周边设置的24相彩色LED光源。

相机自标定和相机参数设置单元：用于标定相机内参、焦距以及外参信息。

冲压件表面三维扫描点云数据采集单元：完成冲压件10的三维点云的数据采集和冲压件的姿态控制，通过将提取光条图像中线结构光的光条中心，并根据传感器模型计算出测量位置上的冲压件10三维表面点的坐标，形成三维点云；所述检测工作箱8与24相彩色LED光源对应的顶部和底部位置均为穹顶结构6，24相彩色LED光源分为三组，每组8个同一颜色的LED灯3呈环形分布，三组LED灯3组成RGB三色并嵌装在穹顶结构6的内侧，各LED灯3独立控制。

点云数据与三维CAD模型配准与表面缺陷识别单元：用于将三维点云数据与三维CAD模型进行对比，根据对比结果识别冲压件是否具有表面缺陷；

检测结果显示装置：用于显示冲压件检测与识别的结果。

对冲压件检测时，将冲压件通过冲压件输入机构1送入检测工作箱8内的滑道7上，LED灯3开启，多角度照射冲压件，如图2中所示，冲压件位于中心时，LED灯呈25°、35°、45°角度照射，使得冲压件表面缺陷更容易被CCD相机5捕捉，冲压件图像进行采集并识别缺陷后，通过显示装置显示其状态，是否具有缺陷，然后冲压件从冲压件输出机构2离开。

具体而言，其检测方法包括如下步骤：

1）利用相机自标定和参数设置单元首先对标定板进行拍照，标定板采用棋盘格标定板，拍照结束之后设置标定的参数，根据标定板的格式确定相机标定参数；然后进行相机标定的工作，通过单目标定测量CCD相机5的内参和畸变系数，通过双目标定得出CCD相机5的焦距以及外参信息；如图4、图5所示。

2）标定完成之后，进行拟合调整，使图像的拟合效果达到最佳。

3）开启LED灯3，利用冲压件10表面三维扫描点云数据采集单元，完成测量过程中的图像三维点云的数据采集和冲压件的姿态控制，通过将提取光条图像中线结构光的光条中心，并根据传感器模型计算出测量位置上的物体三维表面点的坐标，形成三维点云； 如图6所示。

4）通过点云数据与三维CAD模型配准与缺陷检测单元先获取冲压件10三维表面轮廓的坐标数据后，将冲压件数据与三维CAD模型数据对齐、做差，再通过差异阈值判断是否存在缺陷。其通过将点云的高度信息映射为二维平面彩色图像，并从平面彩色图像中提取用于模板匹配的特征，再与标准产品的点云映射平面彩色图像进行配准，根据配准结果，进行颜色对比，通过计算颜色差异，实现缺陷识别。如图7所示。

5）将缺陷信息通过检测结果显示装置予以显示。

每个三轴运动平台4具有X、Y、Z轴三维机构，运动速度可调，可以实现匀速运动和快速运动，利用好接近开关控制原点和限位，检测相机镜头可调节，适用于多尺寸、异构型冲压件检测。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于：包括冲压件输送机构、机器视觉运动控制平台、机器视觉照明系统、检测控制装置及检测结果显示装置；

冲压件输送机构：包括冲压件输入机构和冲压件输出机构，冲压件输入机构和冲压件输出机构之间设置有检测工作箱，所述工作箱内设有透明且倾斜的滑道；滑道的高位端连接冲压件输入机构，滑道的低位端连接冲压件输出机构；

机器视觉运动控制平台：包括检测工作箱顶部和底部分别设置的三轴运动平台，所述三轴运动平台上安装有自动化视觉装置；

机器视觉照明系统：包括在相机周边设置的24相彩色LED光源；

检测控制装置：用于通过自动化视觉装置采集冲压件的数据并与三维CAD模型比对，给出缺陷检测结果的信号，并送往检测结果显示装置；

检测结果显示装置：用于显示冲压件检测与识别的结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于：所述检测工作箱与24相彩色LED光源对应的顶部和底部位置均为穹顶结构，24相彩色LED光源分为三组，每组8个同一颜色的LED灯呈环形分布，三组LED灯组成RGB三色并嵌装在穹顶结构的内侧，各LED灯独立控制。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于三维视觉的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于：所述自动化视觉装置包括线型激光器和CCD相机。