专利名称：基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置，涉及一种利用机器视觉技术来检测小型连接件的尺寸和形状缺陷的装置。
背景技术：
小型精冲连接件是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得的一定形状、尺寸和性能的产品零件。随着电子、钟表、计算机等行业的迅速发展，广泛应用于这些行业中的小型精冲连接件的消费也日趋剧增。精冲连接件外观缺陷在线检测传统的方法是依靠专门培训的外观质检工人在不同的工序处根据图样和技术文件的规范对生产线上的连接件通过手摸、目视、光照反射、光照投影、量具测量等方法检测精密冲压件的形状、尺寸、位置精度等外观技术指标。由于质检工人的视觉疲劳、情绪波动等因素使得传统方法必然存在质量标准客观性较差，且该检测方法速度慢，难以适应目前每分钟数百甚至上千的检测速度，再加上该方法为接触式测量，容易对被检测对象造成不同程度的损伤。所以，在小型精冲连接件生产行业，急切需要一种外观缺陷在线检测装置。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置，可用于对生产线上高速运动的小型精冲连接件外观缺陷检测进行非接触无损在线检测。为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是其基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置包括红色LED背光源、工业相机、含有图像采集卡的PC机、接近开关、PLC控制器和支架；所述红色LED背光源固定安装在所述支架上，所述工业相机安装在所述支架上并能上下移动以使被检测连接件处于工业相机的视野中，所述红色LED背光源位于工业相机的镜头的正下方，所述支架设有检测工作台，所述检测工作台位于所述红色 LED背光源和工业相机之间，所述检测工作台在工业相机的取景范围处开有透光孔；所述 PLC控制器分别与所述红色LED背光源、工业相机、PC机和接近开关连接，所述接近开关靠近所述检测工作台。进一步地，本实用新型所述透光孔的面积大于所述工业相机在所述检测工作台的取景范围。与现有传统的用模具测量检测技术相比，本实用新型的有益效果是由于利用机器视觉技术对生产线上运动的小型精冲连接件的外观缺陷进行在线检测，从而实现整个检测过程的非接触无损检测。本实用新型不仅能够适应高速的生产速度，而且在提高检测精度和抗扰能力的同时，也降低误检率。本实用新型是一种将广泛应用于无损检测的机器视觉技术应用到小型精冲连接件生产中的改造，解决了人工检测难以适应的高速度、高精度、 人为主观因素和无漏检误检等问题，提高了小型精冲连接件检测的效率，降低了生产成本。
图1为本实用新型检测装置的工作状态示意图；图2为图1中检测工作台的俯视图；图3为理想阶跃模型三维图；图4为理想阶跃模型平面图；图5为本实用新型9X9模板的示意图；图6本实用新型基于机器视觉的小型精冲连接件外观缺陷在线检测方法的流程示意图；图中，1.红色LED背光源，2.工业相机，3. PC机，4.接近开关，5. PLC控制器，6.支架，7.图像采集卡，8.显示器，9.检测工作台，10.检测工作台的透光孔，11.工业相机的取景范围，12.小型精冲连接件。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置主要包括红色LED背光源1、工业相机2、含有图像采集卡7的PC机3、接近开关4、PLC控制器 5和支架6。其中，红色LED背光源1固定安装在支架6上，工业相机2安装在支架6上并能上下移动，以便用来来调节工业相机2与被检测的小型精冲连接件12的距离以使被检测的小型精冲连接件12在工业相机2的视野中处于合适的位置，所述合适位置是指被检测的小型精冲连接件12约占工业相机2的视野的3/圹4/5。红色LED背光源1位于工业相机2 的镜头的正下方。支架6设有检测工作台9，检测工作台9位于红色LED背光源1和工业相机2之间。检测工作台9在工业相机2的取景范围11内的部分开有透光孔10。透光孔10 的面积以略大于工业相机2在检测工作台9的取景范围11为宜。PLC控制器5分别与红色 LED背光源1、工业相机2、PC机3和接近开关4连接，且接近开关4靠近检测工作台9。接近开关4和PLC控制器5用于对生产线上的小型精冲连接件12进行计数，计数位满后，PLC控制器5发出信号触发工业相机2拍照并控制红色LED背光源1点亮。不仅实现工业相机2拍照适应生产线上连接件的速度，而且使得在小型精冲连接件12停止运动时，不会拍照浪费资源。最重要的是这样基本可以保证每帧图像中连接件的位置基本不变， 给后续的图像预处理、处理和分析降低了难度。工业相机2将采集到的小型精冲连接件12 的实时图像经图像采集卡传入PC机，而后PC机3对图像进行处理。具体地说，本实用新型对小型连接件外观缺陷进行在线检测的方法包括如下步骤(1)工业相机2采集在检测工作台9上运动的待测小型连接件12的原始图像；(2) PC机3对工业相机2所采集的所述原始图像依次进行图像滤波(优选中值滤波)、图像增强、Carmy边缘检测，得到预处理后的图像。其中，进行图像滤波可滤除随机噪声并抑制运动导致的拖尾；后在滤波后的图像上选取感兴趣区域，再对选取的感兴趣区域进行图像增强以增加图像的对比度，从而提高Carmy边缘检测的效果。若在图像增强后先进行形态学开处理，可以进一步去除图像的毛刺，使图像的边缘平滑。对图像增强(或形态学开处理)后的图像进行canny边缘检测，找出小型精冲连接件特征的粗略位置，由此得到预处理后的图像。(3)对所述预处理后的图像按以下步骤进行改进的基于Zernike矩的Ghosal亚像素定位。改进的ZOM亚像素边缘检测算子是对Gohsal算法进行的改进，它是基于对原有 Gohsal算法无法适应模板尺寸改变的不足而作的改进。具体步骤如下 DGohsal亚像素算法是利用公式(1)计算所述预处理后的图像的三个阶数的 Zernike矩，所述三个阶数的Zernike矩分别为Z00、Z11、Z20，
11 ^yJf(r.,y)dxdy
(3)式(3)中，i、J表示Zernike矩中关于x，y的阶数，x、y是函数/(U)的变量。在Ghosal算法中仅选用ZmiZ11Jm三个Zernike矩，在计算Zw^11Jm时分别
要选用三个核函数Fw =I Vll = x+jy和V20 = 2;
⑷， Z^0=ZmtZll:
iIl0^ ^20 = ^20
。根据ZOM的旋转不变性可得式
(4)式(4)中，ZmJ11^20分别是由2 ,知名20旋转炉角度后得到。参看图3和图4可知，根据Zernike矩的旋转不变性可以得到式(5)
& ImZ11 / φ- arctanZΖ.
Z1
k
kn
20/ /43Z.
11
(5)
2(1-/2);
h:
oo
2
+ks'm'1 i+ki-Jl-i2
π 式(5)中，ImZ11和ReZ11分别为Z11的虚部和实部。联立方程组(5)就可以求得如式(6)的亚像素边缘位置，
7、
I_I
？
！-T
X V. ___
Il
_-_
cos φ sin φ
(6)式(6)中，χ、y是函数/(U)变量在直角坐标系上某一点的坐标，/是直角坐标系中的点与坐标原点之间的欧氏距离，P为直角坐标系中的该点的旋转角度。选取两个阈值阶跃强度^和距离阈值J当且仅当表示边缘强度的一U^T和
\<δ
·
时，被检测的像素点才是边缘点, 由于Ghosal算法在Zernike矩推理过程中受理想阶跃边缘和单位圆假设的限制， 使得该算法存在不能适应模板尺寸的变化和检测边缘较粗的缺陷，如果选取的模板变为 Fx Af ,则/放大Ν/2倍，由此将式(6 )改写为式(7 )，[0033]
权利要求1.一种基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置，其特征是包括红色LED 背光源、工业相机、含有图像采集卡的PC机、接近开关、PLC控制器和支架；所述红色LED背光源固定安装在所述支架上，所述工业相机安装在所述支架上并能上下移动以使被检测连接件处于工业相机的视野中，所述红色LED背光源位于工业相机的镜头的正下方，所述支架设有检测工作台，所述检测工作台位于所述红色LED背光源和工业相机之间，所述检测工作台在工业相机的取景范围处开有透光孔；所述PLC控制器分别与所述红色LED背光源、 工业相机、PC机和接近开关连接，所述接近开关靠近所述检测工作台。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置，其特征是所述透光孔的面积大于所述工业相机在所述检测工作台的取景范围。
专利摘要本实用新型公开一种基于机器视觉的小型连接件外观缺陷在线检测装置与方法。其检测装置包括红色LED背光源、工业相机、含有图像采集卡的PC机、接近开关、PLC控制器和支架；红色LED背光源固定安装在所述支架上，工业相机安装在支架上并能上下移动以使被检测连接件处于工业相机的视野中，红色LED背光源位于工业相机的镜头的正下方，支架设有检测工作台，检测工作台位于红色LED背光源和工业相机之间，检测工作台在工业相机的取景范围处开有透光孔；PLC控制器分别与所述红色LED背光源、工业相机、PC机和接近开关连接，接近开关靠近所述检测工作台。本实用新型能够对小型精冲连接件外观缺陷实现高速、高精度、无误的在线检测。
文档编号G01N21/89GK202033298SQ20112006662
公开日2011年11月9日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者付民, 孔红红, 孙坚, 徐红伟, 钟绍俊, 陈乐 申请人:中国计量学院
专业数控铣床产品供应商
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