CN212284937U - 针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统，其解决了现有通过人工目测方法检测小模数蜗杆的表面缺陷效率低、准确率低，人工成本高的技术问题，其包括机台、上料装置、检测装置、机械手和下料分拣装置。本实用新型广泛用于产品表面缺陷的质量检测。

Description

针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统

技术领域

本实用新型涉及蜗杆质检设备技术领域，具体而言，涉及一种针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统。

背景技术

蜗杆是工业生产中重要的机械基础件，在加工过程中受加工工艺、生产环境等因素的影响，不可避免的会产生凹坑、缺口、刮痕等表面缺陷。有表面缺陷的产品经过质量检测工序而被剔除。

实际工业生产中，小模数蜗杆的产量巨大，检测效率对于蜗杆质量检测至关重要。然而，目前普遍采用人工目测的方法对小模数蜗杆的表面缺陷进行质量检测，这就存在检测效率低，检测准确率低，人工成本高的技术问题。尤其对于有些尺寸较小的缺陷，需要在较亮光源下检测，这会迅速加剧人眼疲劳，降低检测效率和准确率。

发明内容

本实用新型就是为了解决现有通过人工目测方法检测小模数蜗杆的表面缺陷效率低、准确率低，人工成本高的技术问题，提供了一种针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统。

本实用新型提供一种针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统，包括机台、上料装置、检测装置、机械手和下料分拣装置；

上料装置包括电机、转轴、电机支架、第一轴承座、第二轴承座、挡圈、转盘和支撑板，电机支架与机台固定连接，电机与电机支架固定连接，转轴通过联轴器与电机的输出轴连接，第一轴承座通过第一支架固定连接在机台上，第二轴承座通过第二支架固定连接在机台上，转轴的两端分别与第一轴承座、第二轴承座连接；支撑板与机台固定连接，挡圈与支撑板固定连接，挡圈设有中心通孔，支撑板上设有轴孔，转轴穿过支撑板的轴孔和挡圈的中心通孔；挡圈包围转盘，转盘的外边缘与挡圈的内壁设有间隙；挡圈设有上料口、底部出料口和顶部开口；转盘设有若干个沿圆周方向均布的待测产品容纳槽和与待测产品容纳槽数量对应的若干个沿圆周方向均布的平面滚针轴承容纳室，平面滚针轴承容纳室的底面连接有定位圆柱，平面滚针轴承容纳室中设有平面滚针轴承，定位圆柱穿过平面滚针轴承；

检测装置包括安装支架、线阵相机和光源，安装支架与机台固定连接，线阵相机与安装支架连接，光源与安装支架连接，线阵相机的镜头正对转盘的顶部位置；

机械手与机台连接，机械手位于挡圈的顶部开口的正上方，机械手用于驱动放置在转盘顶部待测产品容纳槽中的待测产品转动；

下料分拣装置与机台连接，下料分拣装置用于对挡圈的底部出料口输出的完成测试的产品按照合格类与不合格类进行分拣。

优选地，下料分拣装置包括软管连接板、下料软管、不合格类出料软管、合格类出料软管、出料软管连接板和电动滑台，下料软管与软管连接板连接，不合格类出料软管、合格类出料软管分别与出料软管连接板连接，出料软管连接板与电动滑台上的滑块连接，电动滑台与机台的底面固定连接，软管连接板与支撑板固定连接，下料软管的上端入口位于挡圈的底部出料口的正下方，下料软管穿过机台，下料软管的下端出口位于出料软管连接板的上方。

优选地，机械手包括Z轴滑台、转动驱动电机、电机座、连接板、顶杆、套筒、弹簧、红外传感器、轴套、连接块，Z轴滑台与机台固定连接，连接板与Z轴滑台上的滑块固定连接，电机座与连接板固定连接，连接块与连接板固定连接，转动驱动电机与电机座的上部固定连接，套筒与连接块固定连接，轴套通过联轴器与转动驱动电机的输出轴连接，顶杆的上端与轴套连接，顶杆的中部位于套筒中，弹簧设于套筒中，弹簧套在顶杆的中部，连接块设有轴承室，轴承室中设有平面轴承，顶杆的上部穿过平面轴承，顶杆的上部设有轴肩，轴肩下压平面轴承，顶杆的下部设有圆形板，弹簧的上端与连接块的底面接触，弹簧的下端与圆形板接触，红外传感器与顶杆的圆形板连接；

顶杆的下端位于挡圈的顶部开口的正上方。

优选地，机械手包括Z轴滑台、连接板、转动驱动电机、电机座、顶杆和红外传感器，Z轴滑台与机台固定连接，连接板与Z轴滑台上的滑块固定连接，电机座与连接板固定连接，转动驱动电机与电机座固定连接，顶杆通过联轴器与转动驱动电机的输出轴连接，红外传感器与顶杆的下部连接。

优选地，针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统还包括传送带装置，传送带装置位于机台的下方，下料分拣装置的不合格类出料软管和合格类出料软管的下端置于传送带装置的两个传送带上。

本实用新型的有益效果是，基于机器视觉技术，可有效代替人工肉眼目测方法，降低人工成本，提高检测效率和准确率。自动化程度高，操作方便，检测速度快，可分类排料。

本实用新型进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是基于机器视觉的产品表面缺陷检测系统的结构示意图；

图2是图1所示基于机器视觉的产品表面缺陷检测系统的俯视图；

图3是图1所示结构中，机械手与上料装置的转盘之间的位置关系图；

图4是图1所示结构中，转盘顶部的局部放大图；

图5是图3中B处的局部放大图；

图6是上料装置的挡圈固定安装在机台上的示意图；

图7是图6中挡圈和转盘的剖视图；

图8是机械手的结构示意图；

图9是图8所示结构的侧视图；

图10是机械手的剖视图；

图11是下料分拣装置的结构示意图；

图12是下料分拣装置与机台的连接关系图；

图13是图12中，下料软管与不合格类出料软管、合格类出料软管的位置关系图；

图14是机械手的一种具体实现形式的结构示意图；

图15是计算机图像处理过程的流程图。

图中符号说明：

100.机台，200.上料装置，210.电机，220.联轴器，230.转轴，240.电机支架，250.第一轴承座，260.第二轴承座，270.挡圈，271.上料口，272.底部出料口，273.顶部开口，280.转盘，281.定位圆柱，282.平面滚针轴承，283.平面滚针轴承容纳室，284.待测产品容纳槽，290.支撑板；300.检测装置，310.线阵相机，311.镜头，320.光源，330.安装支架；400.机械手，401.Z轴滑台，402.转动驱动电机，403.联轴器，404.电机座，405.连接板，406.顶杆，407.套筒，408.弹簧，409.红外传感器，410.平面轴承，411.轴套，412.连接块；500.下料分拣装置，510.软管连接板，520.下料软管，530.不合格类出料软管，540.合格类出料软管，550.出料软管连接板，560.电动滑台；600.传送带装置，700.显示器；800.机械手，801.转动驱动电机，802.电机座，803.联轴器，804.顶杆，805.红外传感器；1.小模数蜗杆。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-7所示，基于机器视觉的产品表面缺陷检测系统包括机台100、上料装置200、检测装置300、机械手400、下料分拣装置500、传送带装置600，上料装置200、检测装置300、机械手400、下料分拣装置500分别安装在机台100上，传送带装置600位于机台100的下方。

上料装置200包括电机210、联轴器220、转轴230、电机支架240、第一轴承座250、第二轴承座260、挡圈270、转盘280、支撑板290，电机支架240固定安装在机台100上，电机210与电机支架240固定连接，转轴230通过联轴器220与电机210的输出轴连接，第一轴承座250通过第一支架固定安装在机台100上，第二轴承座260通过第二支架固定安装在机台100上，转轴230的一端与第一轴承座250连接，转轴230的另一端与第二轴承座260连接。支撑板290与机台100固定连接，通过螺钉将挡圈270固定安装在支撑板290上，挡圈270设有中心通孔，支撑板290上设有轴孔291，转轴230穿过轴孔291和挡圈270的中心通孔。挡圈270包围转盘280，转盘280的外边缘与挡圈270的内壁之间有一定间隙，转盘280旋转过程中不会与挡圈270发生干涉。挡圈270设有上料口271、底部出料口272和顶部开口273。转盘280设有若干个沿圆周方向均布的待测产品容纳槽284，转盘280设有若干个沿圆周方向均布的平面滚针轴承容纳室283，一个平面滚针轴承容纳室283对应一个待测产品容纳槽284，定位圆柱281与平面滚针轴承容纳室283的底面固定连接，平面滚针轴承282套在定位圆柱281上，平面滚针轴承282位于平面滚针轴承容纳室283中。本实施例中，定位圆柱281的数量是24个，相对应的平面滚针轴承28是24个，设置24个工位仅仅是举例，定位圆柱281的数量可以根据实际需要设计。

检测装置300包括安装支架330、线阵相机310、光源320，安装支架330与机台100固定连接，线阵相机310固定连接在安装支架330上，光源320固定连接在安装支架330，线阵相机310的镜头311正对转盘280的顶部位置。

机械手400用于驱动放置在转盘280顶部的小模数蜗杆转动，结合图8、9和10，机械手400包括Z轴滑台401、转动驱动电机402、联轴器403、电机座404、连接板405、顶杆406、套筒407、弹簧408、红外传感器409、平面轴承410、轴套411、连接块412，Z轴滑台401固定安装在机台100上，连接板405与Z轴滑台401上的滑块固定连接，电机座404与连接板405固定连接，连接块412与连接板405固定连接，转动驱动电机402固定安装在电机座402的上部位置，套筒407与连接块412固定连接，轴套411通过联轴器403与转动驱动电机402的输出轴连接，顶杆406的上端通过键与轴套411连接，顶杆406的中部位于套筒407中，弹簧408设于套筒407中，弹簧408套在顶杆406的中部，连接块412设有轴承室，平面轴承410安装在该轴承室中，平面轴承410套在顶杆406的上部，顶杆406的上部设有轴肩406-1，轴肩406-1下压平面轴承410的顶部，顶杆406的下部连接有圆形板406-2，弹簧408的上端与连接块412的底面接触，弹簧408的下端与圆形板406-2接触，红外传感器409与顶杆406的圆形板406-2连接。

顶杆406的下端位于挡圈270的顶部开口273的正上方。

结合图11-13所示，下料分拣装置500包括软管连接板510、下料软管520、不合格类出料软管530、合格类出料软管540、出料软管连接板550、电动滑台560，下料软管520与软管连接板510连接，不合格类出料软管530、合格类出料软管540分别与出料软管连接板550连接，出料软管连接板550与电动滑台560上的滑块连接，电动滑台560固定安装在机台100的底面，软管连接板510与支撑板290固定连接，下料软管520的上端入口位于挡圈270的底部出料口272的正下方，下料软管520穿过机台100，下料软管520的位置适中不变，下料软管520的下端出口位于出料软管连接板550的上方，电动滑台560工作带动出料软管连接板550平移，能够使不合格类出料软管530的上端入口与下料软管520的下端出口对齐或者使合格类出料软管540的上端入口与下料软管520的下端出口对齐。下料软管520的上端入口优选为锥形口，有利于下料。

参考图1，不合格类出料软管530和合格类出料软管540的下端置于传送带装置600的两个传送带上，传送带装置600的两个传送带分别与不合格类出料软管530和合格类出料软管540输出的小模数蜗杆进行收集。

下面描述基于机器视觉的产品表面缺陷检测系统的工作过程：

加工好的小模数蜗杆在洁净室经除尘枪除尘，然后操作者人工手动将小模数蜗杆从挡圈270的上料口271放入，如图3所示，将小模数蜗杆套在转盘280的定位圆柱281上，也就是定位圆柱281穿过小模数蜗杆的中心通孔。然后，在控制器的作用下，电机210工作驱动转盘280转动，小模数蜗杆随之移动到挡圈270的顶部开口273处，如图3和4所示；此时，红外传感器805检测到下方有小模数蜗杆，控制器根据红外传感器805反馈的信号指令Z轴滑台401机械手400的Z轴滑台401工作带动顶杆406从初始位置逐渐下降靠近小模数蜗杆1，使顶杆406的下端顶压在小模数蜗杆1顶部端面的中心孔上(此时弹簧408起缓冲作用)，将小模数蜗杆1压紧在平面滚针轴承282的上端面。然后，转动驱动电机402工作带动顶杆406旋转，顶杆406带动小模数蜗杆1旋转一周，同时检测装置300的线阵相机310工作对小模数蜗杆1的表面进行图像采集，采集的图像传送到计算机中，计算机完成图像处理，图像采集完成后，顶杆406停止旋转并上升与小模数蜗杆1分离而回到初始位置，经过图像采集的小模数蜗杆1继续随转盘280旋转到挡圈270的底部出料口272处，小模数蜗杆1在重力作用下掉落经过挡圈270的底部出料口272后进入下料软管520，计算机根据图像处理结果判断小模数蜗杆是否有缺陷、是否合格，指令下料分拣装置500动作，使合格类出料软管540与下料软管520对齐，这样合格的小模数蜗杆就进入合格类出料软管540，使不合格类出料软管530与下料软管520对齐，这样不合格的小模数蜗杆就进入不合格类出料软管530，传送带装置600对不合格类出料软管530和合格类出料软管540输出的小模数蜗杆进行收集。

转盘280每旋转15°后停止旋转，进行人工上料和对转盘280顶部检测位置的小模数蜗杆进行图像采集。

显示器700安装在机台100上，计算机将图像信息发送给显示器700，操作者可以从显示器700上观察到小模数蜗杆表面的图像。

如图14所示，上述机械手400可以用机械手800代替，机械手800包括Z轴滑台、连接板、转动驱动电机801、电机座802、联轴器803、顶杆804、红外传感器805，Z轴滑台固定安装在机台100上，连接板与Z轴滑台上的滑块固定连接，电机座802与连接板405固定连接，转动驱动电机801与电机座802固定连接，顶杆804通过联轴器803与转动驱动电机801的输出轴连接，红外传感器805与顶杆804的下部连接。

需要说明的是，机械手400的具体结构也可以采用现有技术(比如夹持式机械手结构)，只要能驱动小模数蜗杆转动即可。

计算机对线阵相机310采集的图像信息进行图像处理的过程可以采用现有技术相关处理算法，也可以采用以下算法：

步骤1，图像预处理，图像在形成的过程中会受到各种噪声的影响，这些噪声叠加在信号电荷上，会严重的降低图像的清晰度及准确度，因此需要对图像进行预处理。本实用新型采用自适应中值滤波对图像进行预处理，通过局部窗口像素的统计特征(诸如均值、中值、方差等)对图像进行处理。在不必事先了解输入信号和噪声的统计信息的情况下，可在滤波处理环节中估计和调整不同的统计特性参数，达到自适应最佳滤波的效果。与传统中值滤波相比，自适应中值滤波能够处理更大概率的脉冲噪声，并且在平滑非脉冲噪声的同时保持图像清晰度和细节。

自适应中值滤波计算有2个处理过程，分别记为:A和B。

A：A₁＝Z_med-Z_min

A₂＝Z_med-Z_max

如果A₁＞0且A₂＜0，则跳转到进程B；否则，增大窗口尺寸，如果增大后的窗口尺寸＜S_max，则重复进程A，否则，输出Z_med；

B：B₁＝Z_xy-Z_min

其中，Z_min、Z_med、Z_max分别为以坐标(x,y)为中心的矩形窗口S_xy中灰度值的最小值、中值、最大值，Z_xy为坐标(x,y)处的灰度值，S_max为S_xy允许的最大尺寸。

步骤2，图像分割，图像分割的目的是根据图像的某些特性，如灰度、颜色、纹理、形状等把图像像素归类成若干个统计均匀的互不相交的子区域，使各区域具有一致性，而相邻区域间的属性特征有明显的差别，从而将目标区域从背景图像中分离出来。本实用新型采用一种基于直方图的二值化阈值进行图像分割，适用于灰度直方图中双峰明显的图像。通过图像预处理，已经得到图像中每个像素(x,y)滤波后的灰度值t＝Z_xy或t＝Z_med，然后根据公式

计算图像的灰度直方图，其中，t_k为某一灰度值，n_k为图像中具有灰度值t_k的像素的个数，n为图像中像素的总数，g(t_k)为图像中灰度值t_k出现的频率。基于直方图的二值化阈值的图像分割方法，其原理是将两个波峰之间波谷处的最小值作为全局阈值，即：

是其中，t₁和t₂分别为两个波峰处的灰度值，t^*为所求阈值。

步骤3，缺陷提取，本实用新型采用形态学方法分离出蜗杆的缺陷区域，包括其位置和大小。采用闭运算将齿顶部分出现断开及向内凹陷的区域进行填补，再将填补后区域与原区域做差，即可得到齿顶亮区域中存在的暗区域。开运算一般会平滑物体的轮廓、断开较窄的狭颈并消除细的突出物，闭运算同样也会平滑轮廓的一部分，但与开运算相反，闭运算能够弥合较窄的间断和细长的沟壑、消除小的孔洞、填补轮廓线中的断裂。

采用结构元B对集合X进行开运算和和闭运算的定义如下：

其中

和Θ分别代表膨胀和腐蚀。用B代表结构元，X代表二值化区域，工作空间x的腐蚀和膨胀定义为：

步骤4，分类识别。

需要说明的是，本实用新型不限于检测小模数蜗杆，也可以检测其他种类的蜗杆或其他机械零件或其他能够定位到转盘上的产品。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，采用其它形式的零件构型、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统，其特征在于，包括机台、上料装置、检测装置、机械手和下料分拣装置；

所述上料装置包括电机、转轴、电机支架、第一轴承座、第二轴承座、挡圈、转盘和支撑板，所述电机支架与机台固定连接，所述电机与电机支架固定连接，所述转轴通过联轴器与电机的输出轴连接，所述第一轴承座通过第一支架固定连接在机台上，所述第二轴承座通过第二支架固定连接在机台上，所述转轴的两端分别与第一轴承座、第二轴承座连接；所述支撑板与机台固定连接，所述挡圈与支撑板固定连接，所述挡圈设有中心通孔，所述支撑板上设有轴孔，所述转轴穿过支撑板的轴孔和挡圈的中心通孔；所述挡圈包围转盘，所述转盘的外边缘与挡圈的内壁设有间隙；所述挡圈设有上料口、底部出料口和顶部开口；所述转盘设有若干个沿圆周方向均布的待测产品容纳槽和与待测产品容纳槽数量对应的若干个沿圆周方向均布的平面滚针轴承容纳室，所述平面滚针轴承容纳室的底面连接有定位圆柱，所述平面滚针轴承容纳室中设有平面滚针轴承，所述定位圆柱穿过平面滚针轴承；

所述检测装置包括安装支架、线阵相机和光源，所述安装支架与机台固定连接，所述线阵相机与安装支架连接，所述光源与安装支架连接，所述线阵相机的镜头正对转盘的顶部位置；

所述机械手与机台连接，所述机械手位于挡圈的顶部开口的正上方，所述机械手用于驱动放置在转盘顶部待测产品容纳槽中的待测产品转动；

所述下料分拣装置与机台连接，所述下料分拣装置用于对所述挡圈的底部出料口输出的完成测试的产品按照合格类与不合格类进行分拣。

2.根据权利要求1所述的针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统，其特征在于，所述下料分拣装置包括软管连接板、下料软管、不合格类出料软管、合格类出料软管、出料软管连接板和电动滑台，所述下料软管与软管连接板连接，所述不合格类出料软管、合格类出料软管分别与出料软管连接板连接，所述出料软管连接板与电动滑台上的滑块连接，所述电动滑台与机台的底面固定连接，所述软管连接板与支撑板固定连接，所述下料软管的上端入口位于挡圈的底部出料口的正下方，所述下料软管穿过机台，所述下料软管的下端出口位于出料软管连接板的上方。

3.根据权利要求1或2所述的针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统，其特征在于，所述机械手包括Z轴滑台、转动驱动电机、电机座、连接板、顶杆、套筒、弹簧、红外传感器、轴套、连接块，所述Z轴滑台与机台固定连接，所述连接板与Z轴滑台上的滑块固定连接，所述电机座与连接板固定连接，所述连接块与连接板固定连接，所述转动驱动电机与电机座的上部固定连接，所述套筒与连接块固定连接，所述轴套通过联轴器与转动驱动电机的输出轴连接，所述顶杆的上端与轴套连接，所述顶杆的中部位于套筒中，所述弹簧设于套筒中，所述弹簧套在顶杆的中部，所述连接块设有轴承室，所述轴承室中设有平面轴承，所述顶杆的上部穿过平面轴承，所述顶杆的上部设有轴肩，所述轴肩下压平面轴承，所述顶杆的下部连接有圆形板，所述弹簧的上端与连接块的底面接触，弹簧的下端与圆形板接触，所述红外传感器与顶杆的圆形板连接；

所述顶杆的下端位于挡圈的顶部开口的正上方。

4.根据权利要求1或2所述的针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统，其特征在于，所述机械手包括Z轴滑台、连接板、转动驱动电机、电机座、顶杆和红外传感器，所述Z轴滑台与机台固定连接，所述连接板与Z轴滑台上的滑块固定连接，所述电机座与连接板固定连接，所述转动驱动电机与电机座固定连接，所述顶杆通过联轴器与转动驱动电机的输出轴连接，所述红外传感器与顶杆的下部连接。

5.根据权利要求2所述的针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统，其特征在于，所述针对产品表面缺陷的机器视觉检测系统还包括传送带装置，所述传送带装置位于机台的下方，所述下料分拣装置的不合格类出料软管和合格类出料软管的下端置于传送带装置的两个传送带上。

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