CN217303871U - 一种平面度检测装置及瓶盖缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种平面度检测装置及瓶盖缺陷检测装置，属于技术表面质量检测领域。它解决了现有技术中的问题。本平面度检测装置及瓶盖缺陷检测装置，包括朝向被测物设置的环形光源，所述环形光源的出射光线朝向被测物方向并汇聚于环形光源所在环形的轴线上，还包括朝向被测物的图像采集装置，使得当被测物表面的曲度超过临界值时，被测物表面的反射光进入到所述图像采集装置的视野。本实用新型使用平面面阵相机，配合角度光源不同高度对凹陷不同凹陷角度面的反光情况进行采集图像判定。成本大幅降低，开发难度低，能在一定程度上弥补2d平面相机在纵深方向上的检测劣势。

Description

一种平面度检测装置及瓶盖缺陷检测装置

技术领域

本实用新型属于表面质量检测技术领域，特别是一种平面度检测装置及瓶盖缺陷检测装置。

背景技术

生产制造领域，经常需要对查、产品的表面平整度进行检测，以便判断表面的粗糙度或弯曲度是否复合要求，是否存在缺陷，目前大多采用较为精密的光学检测设备实现检测，但是这些检测设备大多造价昂贵，精密度高，对使用环境要求较高，软件上需要复杂的算法支撑，开发难度较高，使用维护不便，对于一些检测精度要求不高的场合反而造成了麻烦。

例如，申请号为CN201010127963.X的发明专利，其公开了一种基于机器视觉的金属瓶盖质量检测系统和方法，运行离线圆形轮廓特征学习算法和在线质量检测算法实现实时剔除次品，对于不同的检测需求，经常需要对系统和算法参数作改动，这给使用带来了麻烦。

因此，一种结构简单使用方便的平面度检测装置成为了业界的急需。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种平面度检测装置，本平面度检测装置结构简单使用方便，能够实现对物体表面平整度的检测。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种平面度检测装置，包括用于照射被测物表面的环形光源，所述环形光源同轴的设置在环体上，所述环形光源的出射光线汇聚于环体的轴线上，对应于所述环体中部的通孔设置有图像采集装置，使得当被测物表面的曲度超过临界值时，被测物表面的反射光进入到所述图像采集装置的视野。表面较为平整时，反射光的反射角较大，不能进入到图像采集装置，当表面弯曲的曲率达到一定值时，反射光具有较小的反射角，会使得反射光能够进入到图像采集装置，由此可以判断表面的平整度的好坏。

在某些实施方式中，被测物的被测区域的中心位于环体的轴线上。从而检测该中心处的弯曲情况，特别适合于该中心为产品中心的检测。

在某些实施方式中，所述图像采集装置的视野中心位于环体的轴线上。从而便于较为对称的反射光环。

在某些实施方式中，所述图像采集装置的光线入口与所述被测物分别位于所述环形光源的两侧，环形光源中部具有通孔，被测物上的反射光线能够通过所述通孔进入所述图像采集装置。通孔对进入图像采集装置视野中的反射光进行了一定的限制，减小了杂散光对检测精度的影响。

在某些实施方式中，还包括光源移动装置，所述光源移动装置控制所述环形光源相对所述被测物的距离。通过改变环形光源相对所述被测物的距离，可以改变光线与曲面的夹角，从而使得反射光线被反射到图像采集装置，避免漏检。

在某些实施方式中，所述环形光源出射光线与环体轴线的夹角为30度。从而可以检测倾斜度大于15的弯曲。

在某些实施方式中，所述图像采集装置为面阵相机。面阵相机结构简单，使用方便可大幅降低装置成本。

在某些实施方式中，还包括被测物移动装置，所述被测物移动装置在平行于所述环形光源的平面内移动被测物。从而可以使得弯曲部位的中心与所述环形光源所在环形的轴线对应，从而使得反射的光线关于环形的轴线对称，使得图像采集装置获得环形的反射光环，提高检测精度。

一种瓶盖缺陷检测装置，包括所述的平面度检测装置，所述被测物为瓶盖，所述瓶盖端面为被测区域。瓶盖端面容易出现整体的凹陷，该装置可方便的实现对这种凹陷的检测，从而快速的判断瓶盖的合格与否。

在某些实施方式中，所述环形光源的出射光线汇聚于所述瓶盖内侧的端面中心。由于瓶盖的凹陷是以端面中心为中心的弯曲变形，出射光线汇聚于端面中心，当有凹陷时可检测到环形的光环，容易判断。

与现有技术相比，本主题名称具有以下优点：

本实用新型使用平面面阵相机，配合角度光源不同高度对凹陷不同凹陷角度面的反光情况进行采集图像判定。可以达到使用平面相机来检测物料瓶盖的高度凹陷信息，对比3d相机检测瓶盖高度的检测方法，使用平面相机的成本大幅降低，开发难度低，能在一定程度上弥补2d平面相机在纵深方向上的检测劣势。

附图说明

在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。

图1是实施例一的被测物为平面时的测量原理示意图；

图2是实施例一的被测物为表面具有凸起时的测量原理示意图；

图3是示出了光线具有一定宽度的示意图；

图4是实施例二的瓶盖内侧端面为平面时的测量原理示意图；

图5是实施例二的瓶盖内侧端面具有凹陷时的测量原理示意图；

图6是实施例二的瓶盖内侧端面凹陷较小时的测量原理示意图；

图7是实施例二的环形光源升高后的测量原理示意图。

图中，被测物1，环形光源2，图像采集装置3，环体4，瓶盖5，升降装置6。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例，以下实施方式并不限制权利要求书所涉及的实用新型。此外，实施方式中说明的特征的所有组合未必是实用新型的解决方案所必须的。

本领域的普通技术人员应理解，所有的定向参考(例如，上方、下方、向上、上、向下、下、顶部、底部、左、右、垂直、水平等)描述性地用于附图以有助于读者理解，且不表示(例如，对位置、方位或用途等)对由所附权利要求书限定的本实用新型的范围的限制。另外，术语“基本上”可以是指条件、量、值或尺寸等的轻微不精确或轻微偏差，其中的一些在制造偏差或容限范围内。

实施例一

如图1所示，一种平面度检测装置，用于对物体表面的凹凸程度的检测，利用的是被测物1不同曲率表面对光线的反射方向不同的原理进行的检测，所以该装置适用于具有较好反光表面的物品的检测。

检测装置主要包括朝向被测物1并位于被测物1上方的环形光源2，环形光源2用于照射到被测物1的被测区域，环形光源2即光源为一个环形的发光带，所述环形光源2同轴的设置在环体4上，所述环形光源2的出射光线汇聚于环体4的轴线上。

如图3所示，当然环光发光带具有一定宽度，所以其实际发出的光线并不是如图所示的一条理想的直线，而是如图所示的具有一定角度的扇形出射光，所以光线汇聚点实际是一个具有一定大小的光斑。

在所述环体4上方与所述被测物1的被测表面相对的设置有图像采集装置3，本实施例的图像采集装置3为面阵相机，面阵相机是一种可以一次性的获取图像并能及时进行图像采集的相机。应用范围比较广，例如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等测量，这种相机可以快速准确的获取二维图像信息，而且具有非常直观的测量图像。当然相机不一定必须位于环体4上方，也可以位于下方，只要能够使得复合角度的反射光线进入即可，从而用于作为判断表面曲率变化的标志。

所述图像采集装置3的视野中心位于环形光源2所在环形的轴线上即环体4的轴线上，所述瓶盖5位于所述像采集装置的视野内。当然图像采集装置3的视野中心也不是必须位于环形的轴线上，只是这样获取的图像对称性更好，利于提高检测精度。

如图2所示，被测物1上的反射光线能够通过环体4中部的通孔进入所述图像采集装置3，使得当被测物1表面的曲度超过临界值时，被测物1表面的反射光进入到所述图像采集装置3的视野。

检测时，使得所以光线汇聚点近似的位于发生曲率变化的被测物1的表面上，在表面上形成光斑或光环，如果表面是平的，那么反射光的法线与环形光源2的轴线重合，反射光对称的反射到环形光源2上，图像采集装置3不能接受到反射光，从而说明被测物1的表面是平的。当被测物1的表面具有一定的曲度时，弯曲的表面的反射光的法线与环形光源2的轴线不重合，一些反射光被反射进了图像采集装置3，从而图像采集装置3可以检测到光斑或光环，说明表面具有一定的曲度。当然如果环形光源2的轴线不与弯曲的中心对称轴重合时获得的光环为椭圆形，或椭圆的部分弧段，可以跟局弧度的大小近似的判断对应处的曲率大小。

为了使得环形光源2的轴线与弯曲部分的中心对称轴重合，可以利于被测物1移动装置，在平行于所述环形光源2的平面内移动被测物1，从而使得环形光源2的轴线与弯曲部分的中心对称轴尽量重合。从而可以使得弯曲部位的中心与所述环形光源2所在环形的轴线对应，从而使得反射的光线关于环形的轴线对称，使得图像采集装置3获得环形的反射光环，提高检测精度。被测物1移动装置可以为机械手或可在二维平面移动的二维微动工作台。

当然，同理，对于向下的弯曲也可以利用该装置检测，即对于内凹曲率的检测，原理与上述相同，也是利用不同曲率表面对光线的反射角度不同实现的，这里不再赘述。

实施例二

瓶盖5在生产制造时端面容易出现向内侧的凹陷，瓶盖5端面，即位于瓶口上方的部分，从而使得端面向内侧鼓起，凹陷程度程度不同，有大有小，当大于一定程度时，属于不合格品需要剔除，所以需要对瓶盖5端面的平整度进行检测。本实施例被测物1以瓶盖5为例，阐述该平面度检测装置在瓶盖5缺陷检测上的应用。

如图4、5所示，检测时，瓶盖5端面的内侧朝上的放置在工作台上，环形光源2位于瓶盖5上方，面阵相机位于环形光源2上方。瓶盖5端面中心与面阵相机视野中心均位于环形光源2轴线上，瓶盖5端面中心即为凹陷中心，当瓶盖5底部有凹陷时，瓶盖5端面是向内侧凸起的，即图中所示的向上凸起的部分。

所述环形光源2同轴的设置在环体4下面，所述环体4设置在升降装置6上，用于控制环形光源2到瓶盖5的距离，所述环形光源2的发光面相对所述环体4倾斜60度，从而使得出射光线朝向被测物1方向并汇聚于环形光源2所在环形的轴线上，出射光线与环形光源2所在环形的轴线夹角为30度，使得相对平面15度倾斜的表面的反射光线近似垂直的向上反射，保证进入面阵相机。

本实施例的面阵相机分辨率为500万像素，镜头16mm的5MP，环形光源2直径为92m，面阵相机镜头工作距离固定170mm，工作距离即转盘表面的距离，环形光源2从距转盘表面离60mm时候开始检测。

检测时，使得瓶盖5端面的中心位于环形光源2所在环形的轴线上，使得光线汇聚的亮斑大致位于瓶盖5端面的名义中心位置，这里所说的名义中心即理想瓶盖5端面的中心，也就是说当瓶盖5端面为理想的平面时，其端面的中心所在的位置。

如图4所示，如果瓶盖5端面为平面则环形光源2的中轴为法线，光线被对称的反射到环形光源2上，没有反射光线进入面阵相机，即采集的图像无任何反光，此时图像为其他漫反射光线成像的瓶盖5底部的图像，无明显反光，即可判定为良品则判定该瓶盖5为良品；

如图5所示，当凹陷的角度大于15°时，如图光路图所示此，此时反射光会进入到面阵相机镜头，此时检测图像由于有反射光线的进入，所以图像上会有明显的光斑或光环出现，即可判定为缺陷品。

如图6所示，当瓶盖5底部凹陷角度小于15°时，由于凹陷角度小，没有光线反射直接进入面阵相机镜头，或者由于环光发光带具有一定宽度，只有靠近端面边缘的反射光进入面阵相机，从而可检测到边缘有轻微光环，如图7所示，此时使用升降装置6升高环形光源2，使得光环会向中心汇聚，与不良品图像反光环位置一样时，判定为不良品，通过升降光源检测方式可以检测凹陷角度在5-30°区间的缺陷品。可以通过升降装置6将光源最多向上移动40mm，每20mm进行一次图像判定，当图像反光环出现在较为中心与不良品图像反光环位置一样时，判定为不良品。

当判定为疑似不良品时，为物料凹陷幅度过小问题，此时若反光环还是只有轻微反光图像，则为轻微凹陷物料，则由人工标准来判定是否为不良品。

尽管本文较多地使用了一些术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。说明书及附图中所示的装置及方法中的动作、步骤等执行顺序，只要没有特别明示顺序的限定，只要前面处理的输出并不用在后面的处理中，则可以任意顺序实现。为描述方便起见而使用“首先”、“接着”等的说明，并不意味着必须依照这样的顺序实施。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种平面度检测装置，其特征在于，包括用于照射被测物表面的环形光源，所述环形光源同轴的设置在环体上，所述环形光源的出射光线汇聚于环体的轴线上，对应于所述环体中部的通孔设置有图像采集装置，使得当被测物表面的曲度超过临界值时，被测物表面的反射光进入到所述图像采集装置的视野。

2.根据权利要求1所述的平面度检测装置，其特征在于，被测物的被测区域的中心位于环体的轴线上。

3.根据权利要求1所述的平面度检测装置，其特征在于，所述图像采集装置的视野中心位于环体的轴线上。

4.根据权利要求1所述的平面度检测装置，其特征在于，所述图像采集装置的光线入口与所述被测物分别位于所述环形光源的两侧，环形光源中部具有通孔，被测物上的反射光线能够通过所述通孔进入所述图像采集装置。

5.根据权利要求1所述的平面度检测装置，其特征在于，还包括光源移动装置，所述光源移动装置控制所述环形光源相对所述被测物的距离。

6.根据权利要求1所述的平面度检测装置，其特征在于，所述环形光源出射光线与环体轴线的夹角为30度。

7.根据权利要求1所述的平面度检测装置，其特征在于，所述图像采集装置为面阵相机。

8.根据权利要求1所述的平面度检测装置，其特征在于，还包括被测物移动装置，所述被测物移动装置在平行于所述环形光源的平面内移动被测物。

9.一种瓶盖缺陷检测装置，其特征在于，包括根据权利要求1至8任一项所述的平面度检测装置，所述被测物为瓶盖，所述瓶盖端面为被测区域。

10.根据权利要求9所述的瓶盖缺陷检测装置，其特征在于，所述环形光源的出射光线汇聚于所述瓶盖内侧的端面中心。

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