一种精密零件视觉检测方法和装置与流程

本发明涉及零部件视觉检测技术领域，特别是涉及一种精密零件视觉检测方法和装置。

背景技术：

近年来，在小尺寸(毫米级)精密零件或大尺寸(厘米级)非精密零件的自动化检测领域，比如在细小螺丝螺帽或大型锻件的尺寸检测方面，机器视觉检测技术的研究与应用取得了长足的进展。然而对于大尺寸超精密零件，影响其视觉检测系统精度的因素很多，即使使用高分辨率的硬件仍然难以直接达到检测要求，基于机器视觉的检测技术还存在一定的困难。例如，某种超精密扁平细长弯钩零件，由主体和弯钩两部分组成，主体的长度及长宽比很大、厚度很小，在侧视方向呈细长条状；弯钩部分结构精细、变形复杂，一致性要求高。目前，使用手工方法检测，检测速度和检测精度较低，而现有自动化检测装置虽然可以实现高速送料，但是难以同时满足大尺寸以及高精度的检测要求，要同时达到较高的检测速度、检测精度以及合适的检测效果，难度很大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种精密零件视觉检测方法，来提高零件检测速度和精度，改善零件检测效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种精密零件视觉检测方法，包括以下步骤：

“物影像影”联合检测步骤，用于获取零件本身与其倒影之间的间隙值；

分段检测步骤，用于将零件侧视图像划分成多个感兴趣区域，并确定出每个感兴趣区域的变形情况；

分组分拣步骤，用于将变形量在预设偏差范围的零件按规定公差分组检出。

所述“物影像影”联合检测步骤具体为：获取零件和零件相对于玻璃载物台倒影相接触的零件侧视图像，得到零件与零件相对应的倒影之间大小为实际变形量两倍的间隙值。

所述分段检测步骤具体为：将零件侧视图像划分成多个感兴趣区域，依次检测每个所述感兴趣区域中的最大间隙值或者最小间隙值，通过最大间隙值得知零件最大变形量，通过最小间隙值得知零件是否与玻璃载物台有接触；每个所述感兴趣区域被检测后都将返回一个间隙值，每个所述感兴趣区域都分别标定。

所述将获取到的零件侧视图划分成多个感兴趣区域时，在零件的主体部分设置多个第一面积的感兴趣区域；在零件的复杂形态部分，设置多个第二面积的感兴趣区域来覆盖整个零件的复杂形态部分；其中，所述第一面积大于第二面积。

所述感兴趣区域为矩形区域。

所述每个所述感兴趣区域在检测时采用亚像素测量技术。

所述分段检测步骤和分组分拣步骤之间还包括精准定位检测区域步骤，用于降低位姿变化造成的定位误差。

所述精准定位检测区域步骤具体为：设置零件侧视图像中零件头部和尾部的两侧边线作为两个定位基准，并选择距离所述感兴趣区域较近的一个定位基准进行定位。

所述分组分拣步骤具体为：通过限制每个所述感兴趣区域的间隙值，将变形量在预设偏差范围的零件分组检出，每个分组均规定一个公差。

本发明还提供一种精密零件视觉检测装置，包括：玻璃载物台；相机，所述相机为侧视相机，所述相机的镜头摆放位置稍高于所述玻璃载物台上的零件，用于获取零件侧视方向的数字图像；定位装置，所述定位装置用于调整零件的位姿；计算机处理装置，用于控制和处理所述相机和所述定位装置完成视觉检测，并实时接收所述相机和所述定位装置的反馈信息，采用如上述任一所述的检测方法对所述玻璃载物台上的零件进行检测。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过零件本身与其倒影之间的间隙值定义变形量，避免载物台平面的影响；本发明采用分段检测的方法检测细长条零件侧视图方向的变形，可以实现对检测效果的灵活控制；本发明考虑到零件在玻璃载物台上的细微位姿变化不可避免，采用多个感兴趣区域定位基准，通过精准定位检测区域降低位姿变化造成的定位误差；本发明通过分组分拣的方法检测零件，改善了检测效果。在硬件分辨率有限的条件下，本发明的检测方法对大尺寸超精密零件的检测是一种有效的新策略。

附图说明

图1是本发明实施方式的机器视觉检测装置示意图；

图2是本发明实施方式中零件平放在玻璃载物台上的侧视图；

图3是本发明实施方式的分段检测法示意图；

图4是本发明实施方式的零件弯勾变形图；

图5是本发明实施方式的零件位姿偏转图；

图6是本发明实施方式的视觉检测方法结果示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种精密零件视觉检测方法，主要包括：“物影像影”联合检测步骤，用于获取零件本身与其倒影之间的间隙值；分段检测步骤，用于将零件侧视图像划分成多个感兴趣区域，并确定出每个感兴趣区域的变形情况；分组分拣步骤，用于将变形量在预设偏差范围的零件按规定公差分组检出；所述分段检测步骤和分组分拣步骤之间还包括精准定位检测区域步骤，用于降低位姿变化造成的定位误差。

本实施方式中以通用机器视觉检测装置为基础，通用视觉检测装置包括相机、玻璃载物台、定位装置和计算机处理装置等，所述相机为侧视相机，用于零件侧视方向数字图像的获取，所述玻璃载物台用于承载和快速输送零件，所述定位装置用于将零件调整到一定的位姿。以此装置实现高速检测的同时，由于零件与载物台的接触不可避免，需要合适的检测策略避免它对检测精度的影响。

本实施方式中采用的“物影像影”联合检测方法，具体是将相机镜头稍高于玻璃载物台上放置的零件，以便拍摄到零件与其倒影相接触的图像，而非零件与载物台接触的侧视图像，从而避免载物台平面的影响。侧视图中零件本体及其倒影均呈长条状，且零件与倒影之间会有一个大小为实际变形量两倍的间隙。也就是将零件变形放大了一倍，间接提高了检测精度。

本实施方式中分段检测法是将细长条状的零件侧视图按一定的检测范围划分成多个感兴趣区域，依次检测每一个区域中的最大间隙值或者最小间隙值，判断此区域的变形情况。其中每一个检测区域都分别标定，避免镜头成像畸变造成的测量误差，同时结合亚像素测量技术，在硬件性能有限的条件下，提高检测精度。所述感兴趣区域的设置方案是：在零件主体上设置面积较大的感兴趣区域；在结构精细、具有复杂形态的零件的部分，设置面积较小并且数量较多的感兴趣区域来覆盖整个结构精细的部分。检测一个感兴趣区域返回一个间隙值，而结构精细部分形态复杂，间隙值变化大，单一的最大间隙值或最小间隙值不能控制弯钩部位总体的变形。在弯钩处设置较多小面积感兴趣区域可以在总体上限制变形量，避免误检，提高检测效果。

零件平铺在载物台上，位姿偏转角度α后，位置及投影长度产生变化，所述感兴趣区域若不能做出相应的调整，面积较小的感兴趣区域所在检测位置将产生较大偏移，容易产生较大定位误差。

针对以上情况，本实施方式中采用精准定位检测区域的方法：设置侧视图中零件头部、尾部两侧边线为定位基准，感兴趣区域定位基准的选择以距离较近为依据，以减小定位误差、提高定位精度。

本实施方式中还加入分组分拣方法，通过限制每一个感兴趣区域的间隙值，将变形在一定偏差范围的零件分成若干组检出，每一组规定一个较小的公差，则每一组的一致性效果都较好。

下面通过一个具体的实施方式来进一步说明本发明，本实施方式中采用一种大尺寸超精密扁平细长弯钩零件作为视觉检测对象，以通用视觉检测装置为基础，通过创新的检测策略提高检测精度，改善检测效果。所述检测策略采用“物影像影”联合检测、分段检测、精准定位检测区域以及分组分拣等方法。

如图1所示，为本发明实施方式的机器视觉检测装置示意图，该机器视觉检测装置主要包括侧视相机、玻璃载物台、定位装置和计算机处理装置等，所述侧视相机用于零件侧视方向数字图像的获取，所述玻璃载物台可以快速旋转，用于承载和快速输送零件，所述定位装置用于将零件调整到一定的位姿。零件被送到玻璃载物台上后，依次通过定位装置、侧视相机，最后进入分类盒。以此机器视觉检测装置实现高速检测的同时，由于零件与载物台的接触不可避免，需要合适的检测策略避免它对检测精度的影响，来满足零件检测精度的要求。

如图2所示，为本发明实施方式中零件平放在玻璃载物台上的侧视图，在“物影像影”联合检测法中，相机镜头稍高于玻璃载物台平面3，以便于拍摄到零件1和它相对于玻璃载物台的倒影2，零件1自身的影像与它的倒影2的影像理论上是大小相等的，并且它们与玻璃载物台平面3可以清晰分开，避免载物台的影响。侧视图中零件1的本体及其倒影2均呈长条状，如果产生变形，则零件1与倒影2之间会有一个间隙，否则它们相互接触重合。图2中零件1的右侧弯钩处由于厚度小于本体，总是存在间隙。间隙的大小为零件与玻璃载物台之间实际间隙的两倍。

进一步地，本实施方式中的感兴趣区域形状为矩形，如图3所示，为本发明实施方式的分段检测法示意图，所述分段检测法并不是直接检测整个零件的变形，而是将零件按一定的检测范围划分成多个矩形感兴趣区域4～10，其中4～7为面积较大的矩形感兴趣区域，即第一面积的感兴趣区域；8～10为面积较小的矩形感兴趣区域，即第二面积的感兴趣区域，依次检测每一个矩形感兴趣区域中的最大间隙值或者最小间隙值。最大变形量由最大间隙值得知，零件是否与玻璃载物台接触由最小间隙值得知。

图3中，矩形感兴趣区域8～10设置在具有复杂形态的弯钩处，主要特征是面积较小并且数量较多，将弯钩整体细分为数个矩形感兴趣区域。设置较多矩形感兴趣区域的原因是每个矩形感兴趣区域都能返回一个最大间隙值或最小间隙值，而弯钩内外侧弯曲形态复杂，间隙值变化大。

如图4所示，为本发明实施方式的零件弯勾变形图，弯钩具有如图4所示的各种变形，单一的间隙值指标不能反映弯钩部位的变形情况。在弯钩处设置较多小面积矩形感兴趣区域可以在总体上限制变形量，避免误检，提高检测效果。

如图5所示，为本发明实施方式的零件位姿偏转图，零件平铺在载物台上，位姿偏转角度α后，位置坐标及投影长度产生变化，如果上述划分出的矩形感兴趣区域不能做出相应的调整，弯钩处面积较小的矩形感兴趣区域容易产生较大定位误差，检测区域将产生较大偏移甚至超出弯钩。针对这种情况，所述精准定位检测区域的方法：如图3所示，设置零件图像头部、尾部两侧边线为定位基准11和定位基准12，感兴趣区域则通过较近的定位基准定位。矩形感兴趣区域4～5通过指定与定位基准11的距离确定，矩形感兴趣区域6～10通过指定与定位基准12的距离确定。

本实施方式中的分组分拣方法通过限制每一个矩形感兴趣区域的间隙值，将变形在一定偏差范围的零件分成若干组检出，每一组规定一个较小的公差，优选地，例如将弯钩部位变形量在±2a范围内的零件按变形量为(-2a，-a)、(-a，0)、(0，a)、(a，2a)分4组检出，则每一组的一致性效果都较好。

如图6所示，为本发明实施方式的视觉检测方法结果示意图，通过上述视觉检测方法得到的一批零件，将其按照相等间距排列后一致性较好，没有明显弯曲现象，表明所述检测方法检测效果好。

本发明还涉及一种精密零件视觉检测装置，包括：玻璃载物台；相机，所述相机为侧视相机，所述相机的镜头摆放位置稍高于所述玻璃载物台上的零件，用于获取零件侧视方向的数字图像；定位装置，所述定位装置用于调整零件的位姿；计算机处理装置，用于控制和处理所述相机和所述定位装置完成视觉检测，并实时接收所述相机和所述定位装置的反馈信息，采用如上述实施例所述的检测方法对所述玻璃载物台上的零件进行检测。

由此可见，本发明通过采用“物影像影”联合检测步骤、分段检测步骤和分组分拣步骤再进一步结合精准定位检测区域步骤等一系列精密零件视觉检测方法，能够实现对精密零件检测效果的灵活控制，减少了定位误差，改了善检测效果，为大尺寸超精密零件的检测提供了一种新思路。