一种基于改进型传感检测装置的工业机器视觉系统的制作方法

本发明公开了一种基于改进型传感检测装置的工业机器视觉系统，涉及机器视觉技术领域。

背景技术：

机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来，机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分cmos和ccd两种），将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高生产的效率和自动化程度。

现有技术中有一些利用机器视觉技术进行工业检测的方法，例如：

cn104971973b的发明专利《一种汽车轮罩滚边系统及其使用方法》中提到了视觉系统的应用，但其仅限于视觉系统的定位功能。在滚边加工领域，视觉系统的应用停留在定位、检测有无等基础方面，将视觉系统应用于轨迹优化，以提高滚边加工的制造质量，仍然属于空白。

cn201810264297的发明专利《-基于视觉系统的滚压包边轨迹优化方法及系统》中提到了在滚压包边翻边、预包边、终包边三道加工工序中，视觉系统跟随采集滚边部位的图像，分别通过图像计算出每道工序加工后工件的成形参数，通过偏差分析判断滚边的质量，借助质量数据库进行问题诊断，反馈滚压包边系统进行轨迹优化。但其技术方案局限于预先设定好的轨迹优化，无法解决传统的基于单个相机的视觉检测系统无法覆盖360度，部分区域无法实现缺陷检测。

cn201810494716的发明专利《一种机器视觉检测与筛选装置而基于线扫相机的检测系统》所公开的技术方案，实现了多角度的覆盖检测，但是该技术方案需要在生产线上安装特定的旋转机构，才可以检测物体的四周的缺陷，但使用不便，且工作效率低，其物体上表面的缺陷检测不到，不能真正实现全方位缺陷检测。

除此之外，现有技术中机器视觉技术在工业系统中的应用还存在着如下一些问题：随着科技发展，工业领域中的零件结构日益复杂，微细管道或小尺寸特征内孔的各类缺陷不易由于检测精度和检测方位的原因，难以被观察到。

常规的微细管孔检测是检测传感器微型化后对微细孔进行检测，例如利用微型内窥镜或ccd摄像头进入微孔内采集内表面图像，在通过人工或图像处理算法识别缺陷，但这些方法只能判断缺陷有无，无法获得其三维信息。只能定性判断管孔内部缺陷信息，无法对管孔内壁缺陷实现定量检测。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种基于改进型传感检测装置的工业机器视觉系统，设置顶部、侧面取景组件和设置位移装置，在顶部或侧面取景组件中，嵌入基于光照反射的高精度测量装置，根据微细管道或小尺寸特征内孔的不同光照模式下的图像重建其三维形貌，判断产品瑕疵是否影响产品质量，反向推导瑕疵产生原因，调整生产过程中产生的问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于改进型传感检测装置的工业机器视觉系统，所述系统包括相互设置数据传输和控制传输连接的采样取景系统、位移装置和反馈联动系统，其中：

所述取景系统包括顶部取景组件、侧面取景组件、顶部运动控制装置、侧面运动控制装置和基于光照反射的高精度测量装置；所述位移装置包括水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱、旋转调节装置和位置移动组件；所述反馈联动系统包括反馈联动处理装置和反馈联动控制装置；

所述顶部和侧面取景组件的前端设置安装基于光照反射的高精度测量装置，顶部、侧面取景组件分别通过顶部、侧面运动控制装置连接与水平伸缩横杆上；水平伸缩横杆通过旋转调节装置与竖直伸缩立柱相连接，竖直伸缩立柱设置于位置移动组件上；所述反馈联动控制装置设置于位移装置中，所述反馈联动处理装置设置于工业生产线控制端。

作为本发明的进一步优选方案，所述基于光照反射的高精度测量装置包括复数个光源模块、取景成像模块、ccd拼接聚拢反射镜和光源反射镜；所述复数个光源模块均匀设置于取景成像模块周围，取景成像模块通过第一、第二支撑架分别连接ccd拼接聚拢反射镜和光源反射镜，光源模块投射出的光线经过光源反射镜照向待测物品内部，待测物品反射出的光线经过ccd拼接聚拢反射镜的聚拢和反射，再投向取景成像模块。

作为本发明的进一步优选方案，所述ccd拼接聚拢反射镜包括复数个ccd器件，将复数个ccd器件的有效像元首尾搭接装配成双列交错式焦面形式，即在同一平面上利用第二行ccd器件填补第一行ccd器件所形成的空隙，相邻ccd器件的首尾像元对齐或重叠一定距离，通过积分延时处理产生清晰的宽幅大视场图像。

作为本发明的进一步优选方案，所述顶部运动控制装置、侧面运动控制装置、水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱、旋转调节装置和位置移动组件均通过伺服电机和plc控制主板进行操控和运动控制，其中，顶部运动控制装置、侧面运动控制装置、水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱和旋转调节装置通过液压模块进行驱动，位置移动组件通过马达和电动滚轮进行驱动。

本发明还公开了所述基于改进型传感检测装置的工业机器视觉系统的工作方法：

工业机器视觉系统通过设置的位移装置整体跟随待检测工业加工产线工艺顺序移动，通过采样取景系统进行图像采集比对，监控加工产线工艺精度，反向预警或者修正产线动作；所述位移装置按照待检测工业加工产线工艺顺序移动，集出的图像反馈出具体的加工制造流程；当图像检测结果匹配上预设的标准图像时，判定生产工艺答辩；当图像检测结果不匹配上预设的标准图像时，判定出现产品瑕疵或者工业流程设计问题，系统发出预警警报或者暂停产线的生产活动。

更进一步的，所述基于光照反射的高精度测量装置，根据采集的高精度图像反馈进行检测，具体检测判定步骤包括：

步骤一、依次通过图像采集、图像校正、边缘提取、目标识别、灰度比较、遍历搜寻模板特征、输出比较结果；

步骤二、通过采集图像的灰度与设定的阈值比较，判断是否存在瑕疵；

步骤三、通过图像边缘提取，定位瑕疵位置。

作为本发明的优选方案，所述私服电机为三相永磁交流伺服电动机，具体型号为西门子6sc61系列。

作为本发明的优选方案，所述plc控制主板的具体型号为smco永磁交流伺服电动机控制器。

作为本发明的优选方案，所述ccd器件的具体型号为：索尼exviewhadccd。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所公开的技术方案，设计顶部和侧面取景组件，组件数量和位置可以根据实际需求调配；设置位移装置，系统整体跟随待检测工业加工产线工艺顺序移动，通过图像采集比对，监控加工产线工艺精度，反向预警或者修正产线动作；在顶部或侧面取景组件中，嵌入基于光照反射的高精度测量装置，根据采集的高精度图像反馈，发现微细管道或小尺寸特征内孔是否存在产品瑕疵；根据微细管道或小尺寸特征内孔的不同光照模式下的图像重建其三维形貌，判断产品瑕疵是否影响产品质量，反向推导瑕疵产生原因，调整生产过程中产生的问题。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明中，功能模块之间的连接控制示意图。

图3是本发明中，基于光照反射的高精度测量装置的结构成像原理示意图。

图4是本发明中，图像处理步骤示意图。

其中：1、顶部取景组件，2、侧面取景组件，3、基于光照反射的高精度测量装置，4、顶部运动控制装置，5、侧面运动控制装置，6、水平伸缩横杆，7、竖直伸缩立柱，8、旋转调节装置，9、位置移动组件，10、反馈联动处理装置，11、反馈联动控制装置；

301、光源模块，302、取景成像模块，303、ccd拼接聚拢反射镜，304、光源反射镜，305、待测物品。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明的系统结构示意图如图1所示，所述基于改进型传感检测装置的工业机器视觉系统包括相互设置数据传输和控制传输连接的采样取景系统、位移装置和反馈联动系统，其中：所述取景系统包括顶部取景组件、侧面取景组件、顶部运动控制装置、侧面运动控制装置和基于光照反射的高精度测量装置；所述位移装置包括水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱、旋转调节装置和位置移动组件；所述反馈联动系统包括反馈联动处理装置和反馈联动控制装置；所述顶部和侧面取景组件的前端设置安装基于光照反射的高精度测量装置，顶部、侧面取景组件分别通过顶部、侧面运动控制装置连接与水平伸缩横杆上；水平伸缩横杆通过旋转调节装置与竖直伸缩立柱相连接，竖直伸缩立柱设置于位置移动组件上；所述反馈联动控制装置设置于位移装置中，所述反馈联动处理装置设置于工业生产线控制端。

本发明设计顶部和侧面取景组件，组件数量和位置可以根据实际需求调配，实际图像采集过程中取景组件的移动通过可编程器件进行自动控制。

顶部和侧面取景组件，依据实际需要，在其中一处或者多处增加基于光照反射的高精度测量装置，利用光照取景结果，发现细微或者隐藏在管状产品内部的瑕疵或缺陷。基于光照反射的高精度测量装置中设置多束光源，通过不同光照模式下的图像重建瑕疵产品三维形貌。顶部和侧面取景组的运动控制装置，依据不同的产品检测产线，预置控制程序控制，提高控制精度。

在本发明的一个具体实施例中，所述顶部运动控制装置、侧面运动控制装置、水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱、旋转调节装置和位置移动组件均通过伺服电机和plc控制主板进行操控和运动控制，其中，顶部运动控制装置、侧面运动控制装置、水平伸缩横杆、竖直伸缩立柱和旋转调节装置通过液压模块进行驱动，位置移动组件通过马达和电动滚轮进行驱动。

作为本发明的优选方案，所述私服电机为三相永磁交流伺服电动机，具体型号为西门子6sc61系列；所述plc控制主板的具体型号为smco永磁交流伺服电动机控制器；所述ccd器件的具体型号为：索尼exviewhadccd。

上述器件为优选方案，任何其他满足相似功能的已有伺服电机和控制器，如果按照本申请公开的方法进行使用，也应当属于采用了本申请所公开的方法。

本发明中，功能模块之间的连接控制示意图如图2所示，工业机器视觉系统通过设置的位移装置整体跟随待检测工业加工产线工艺顺序移动，通过采样取景系统进行图像采集比对，监控加工产线工艺精度，反向预警或者修正产线动作；所述位移装置按照待检测工业加工产线工艺顺序移动，集出的图像反馈出具体的加工制造流程；当图像检测结果匹配上预设的标准图像时，判定生产工艺答辩；当图像检测结果不匹配上预设的标准图像时，判定出现产品瑕疵或者工业流程设计问题，系统发出预警警报或者暂停产线的生产活动。

本发明中，基于光照反射的高精度测量装置的结构成像原理示意图如图3所示，作为本发明的进一步优选方案，所述基于光照反射的高精度测量装置包括复数个光源模块、取景成像模块、ccd拼接聚拢反射镜和光源反射镜；所述复数个光源模块均匀设置于取景成像模块周围，取景成像模块通过第一、第二支撑架分别连接ccd拼接聚拢反射镜和光源反射镜，光源模块投射出的光线经过光源反射镜照向待测物品内部，待测物品反射出的光线经过ccd拼接聚拢反射镜的聚拢和反射，再投向取景成像模块。

作为本发明的进一步优选方案，所述ccd拼接聚拢反射镜包括复数个ccd器件，将复数个ccd器件的有效像元首尾搭接装配成双列交错式焦面形式，即在同一平面上利用第二行ccd器件填补第一行ccd器件所形成的空隙，相邻ccd器件的首尾像元对齐或重叠一定距离，通过积分延时处理产生清晰的宽幅大视场图像。

本发明中，图像处理步骤示意图如图4所示，所述基于光照反射的高精度测量装置，根据采集的高精度图像反馈进行检测，具体检测判定步骤包括：

步骤一、依次通过图像采集、图像校正、边缘提取、目标识别、灰度比较、遍历搜寻模板特征、输出比较结果；

步骤二、通过采集图像的灰度与设定的阈值比较，判断是否存在瑕疵；

步骤三、通过图像边缘提取，定位瑕疵位置。

本发明所公开的技术方案，解决了现有工业机器视觉系统存在的如下问题：

1、传统的基于单个相机的视觉检测系统无法覆盖360度，部分区域无法实现缺陷检测。而基于线扫相机的检测系统需要在生产线上安装特定的旋转机构，才可以检测物体的四周的缺陷，但使用不便，且工作效率低，其物体上表面的缺陷检测不到，不能实现多角度全方位缺陷检测。

2、现有技术中，工业机械视觉系统的应用停留在定位、检测有无等基础方面，通过设计将机械视觉系统应用于轨迹优化，可以进一步实现对被检测产品生产工业和制造质量的检测。

3、随着科技发展，工业领域中的零件结构日益复杂，微细管道或小尺寸特征内孔的各类缺陷不易由于检测精度和检测方位的原因，难以被观察到。

4、常规的微细管孔检测是检测传感器微型化后对微细孔进行检测，例如利用微型内窥镜或ccd摄像头进入微孔内采集内表面图像，在通过人工或图像处理算法识别缺陷，但这些方法只能判断缺陷有无，无法获得其三维信息。只能定性判断管孔内部缺陷信息，无法对管孔内壁缺陷实现定量检测。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。