专利名称：一种零件视觉检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种零件视觉检测装置，用于零件形貌及表面的视觉检测， 特别适用于带柄球形小零件的检测，属于工业制造领域。
背景技术：
工业生产中的一些关键带柄球形零件，外形尺寸较小，直径只有几毫米， 机械加工和形貌测量难度都很大，另 一方面对加工表面的光洁度要求也很 高，经过打磨之后，其表面的划痕、黑点等缺陷在数量、尺寸上都有很严格 的要求。目前，对这种外形尺寸较小的零件多采用非接触的测量方法， 一种 方法是采用投影法，将光源与投影屏分别放置在待测零件的两侧，光源发光 将零件的外形投影到投影屏上放大，与投影屏上的标准尺寸比对，估计尺寸，
判断零件是否合格，该方法受到零件与光源的距离、零件中心轴是否与光源 光轴垂直、光源亮度变化造成的零件像边缘模糊等诸多因素的干扰，另外该
方法依靠人眼判定对齐边缘，也受到操作人员主观因素的影响；另一种方法 将零件放在后面有背光玻璃板上，需要操作人员人眼观察透镜的刻线对齐零 件的边缘，读出相应刻度，同样受到人为因素的影响。零件表面缺陷检测常 使用显微测量技术，操作人员在万能工具显微镜下观察零件，通过与标准刻 线比对估计缺陷大小，测量结果不够准确。
目前，随着机器视觉技术的不断发展，将摄像机和显微镜结合起来的视 觉显微测量技术发展迅速，通过光学系统对局部表面放大后成像于摄像机， 将图像数字化后，用计算机进行自动识别与测量，这样不仅可以排除检测人 员主观因素的干扰，降低劳动强度，提高生产效率，而且还能对缺陷进行定 量描述和统计，具有人工检测无法比拟的优越性，但是应用基于图像处理的 视觉方法对带柄球形零件表面缺陷检测时一般不能兼顾零件的形貌测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零件视觉检测装置，从而能够对带柄球形小 零件形貌及表面缺陷进行快速、高精度检测。
本发明的技术解决方案是 一种零件视觉检测装置，具体包括 成像系统，包括CCD相机与图像采集卡。
光学镜头组件，与CCD相机相连，通过钢带固定在V型槽上，水平放置； 具体包括C型安装连接器、标准转接器、镜头本体、放大物镜、连接器；CCD 相机与标准转接器通过C型安装连接器相连，标准转接器与镜头本体相连， 镜头本体与放大物镜通过连接器相连。
照明系统，包括正面照明光源与背面照明光源；其中正面照明光源包括 安装在放大物镜上的环形LED光源和安装在镜头本体上的同轴LED点光源， 二者以组合照明方式对待检测零件正面照明，用于表面缺陷4企测；其中背面 照明光源为LED点光源，安装在光源支架上并加装聚光镜，用于形貌检测的 背光照明；每个光源都与各自的直流稳压电源相连。
机械调整系统，由五维组合位移台组成，安装在底座上，位于镜头組件 和光源支架之间；该五维组合位移台具体包括安装在最下面的X向位移台， 移动方向为沿着镜头光轴的方向水平移动，Y向位移台安装在X向位移台上， 移动方向为与镜头光轴垂直的水平移动，Z向位移台安装在Y向位移台上， 移动方向为与镜头的光轴垂直的垂直移动，水平转台安装在Z向位移台上， 竖直转台通过转接板安装在水平转台上，水平转台的旋转中心与镜头的光轴 和竖直转台的旋转中心分别垂直。
待检测零件，通过套筒安装在竖直转台上，位于光学镜头组件与背面照 明光源之间。
位移检测系统，采用两个长度计， 一个长度计垂直安装，其触头与Z向 位移台接触，另一个长度计水平安装，其触头与Y向位移台接触，两个长度 计经过数据线与计数卡相连，计数卡与计算机相连。本发明的原理是利用视觉显微测量技术，通过光学镜头组件对待检测 零件局部边缘或表面放大后成像于摄像机，将图像数字化后，用计算机进行 自动识别与检测，通过五维组合位移台调整零件在镜头视场中的位置，测量 形貌尺寸时采用带有聚光镜的点光源做背光，通过长度计记录位移台的移动 距离并输入计算机，结合图像处理结果计算形貌；测量表面缺陷时采用环形 光源与同轴点光组合方式的正面照明，观察待测零件的球面区域，识别缺陷， 测量缺陷大小并记录结果。
本发明一种零件视觉检测装置，与现有技术相比的优点在于(l)利 用视觉显微测量技术，测量零件形貌时，不需要人眼观察对齐零件边缘与固 定刻线，避免因观察角度不垂直、或光照变化等因素引起的对齐不准确造成 的测量误差；(2)测量表面缺陷时，相对于工具显微镜下的观察，采用基 于图像处理方法进行的缺陷识别、大小测量、分类计数，提高对缺陷的识别 能力和测量精度，检测结果记录方便、全面，避免传统人工检测时易受到疲 劳、经验等主观因素影响的缺点，降低劳动强度；(3)采用环形LED光源 和同轴LED点光源的组合照明方式对待检测零件正面照明，减弱零件表面的 反光，提高图像质量，同时减小环境光变化所带来的影响；(4)本装置综 合了形貌测量和表面缺陷检测的两项功能于一体，实现对带柄球形零件球直 径和球面缺陷的检测，采用单个相机固定放大倍数显微镜，不需要调整放大 倍数，避免反复标定系统。
图1为本发明的结构框图2为本发明的整体布局图3为本发明的光学镜头组件的结构图4为本发明零件球面检测的原理图5为本发明检测过程的整体操作流程图； 图中具体标号如下计算机2、计数卡3、图像采集卡
4、相机数据线5、CCD相机6、光学镜头组件
7、钢带8、同轴LED点光源9、环形LED光源
10、水平转台11、待检测零件12、套筒
13、转接板14、竖直转台15、长度计数据线
16、长度计17、长度计18、聚光镜
19、点光源20、光源支架21、Z向^f立移台
22、Y向位移台23、X向位移台24、直流稳、压电源
25、底座26、升降台27、v型槽
61、C型安装连接器62、标准转接器63、镜头本体
64、连接器65、放大物镜
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，本发明包括CCD相机与图像采集卡组成的成像系统，镜 头本体与放大物镜等组成的光学镜头组件，分别用于形貌测量和表面缺陷检 测的照明系统，调整零件位置的位移台组成的机械调整系统，记录位移台移 动距离的位移检测系统，记录、处理图像的计算机。
如图2、 3所示，在底座25上安装升降台26， V型槽27安装在升降台 26上，光学镜头组件6通过钢带7固定在V型槽27上，水平放置，CCD相 机5与光学镜头组件6相连，获得的图像数据经过相机数据线4、图像釆集 卡3输入计算机1，计算机完成数据釆集、图像处理、结果存储输出等任务。
同轴LED点光源8安装在光学镜头组件6上，经镜头本体63中45°半 反半透镜折射为同轴光线从放大物镜65射出，正面照射到待检测零件11的 中心区域，环形LED光源9安装在放大物镜65上，发出光线正面照射到待 检测零件11的环形区域。对待检测零件11表面缺陷检测时，同轴LED点光 源8与环形LED光源9以组合照明方式构成正面照明光源，通过电源调整光强，达到最佳的照明效果。点光源19安装在光源支架20上，其中心与镜头 光轴对齐，前端加装聚光镜18，构成背面照明光源，检测零件形貌尺寸时， 关闭正面照明光源，打开电光源19测量零件形貌。三个光源分别与直流稳 压电源24相连接，保证光源亮度稳定、可调。
五维组合位移台安装在底座25上，位于镜头组件6和光源支架20之 间，包括安装在最下面的X向位移台23，控制零件与镜头的距离，保证图 像对焦清晰，其移动方向为沿着镜头光轴的方向，Y向位移台22安装在X 向位移台23上，移动方向为与镜头光轴垂直的水平移动，Z向位移台21安 装在Y向位移台22上，移动方向为与镜头的光轴垂直的垂直移动，Y向、Z 向位移台调整控制零件在镜头视场中的位置；水平转台IO安装在Z向位移 台21上，竖直转台14通过转接板13安装在水平转台10上，水平转台的旋 转中心与镜头的光轴和竖直转台的旋转中心分别垂直；套筒12垂直安装在 竖直转台14上，待检测零件11安装在套筒12上。
长度计16垂直安装，其触头与Z向位移台接触，记录位移台的移动距 离，测量零件的形貌尺寸时，移动Z向位移台使零件一侧边缘位于镜头视场 中，并拍摄图像，通过长度计16记录当前的Z向位移台位置，经长度计数 据线15和与计算机相连的计数卡2，输入、记录位置数据，再移动Z向位 移台，使零件的另外一侧边缘进入镜头视场，并拍摄图像，通过长度计16 记录Z向位移台的当前位置，由两幅图像的边缘处理结果和长度计的位置信 息计算得到待测零件球直径。长度计17水平安装，触头与Y向位移台接触， 记录Y向位移台的移动距离，从而可以计算得到球顶部到柄肩部的距离。
如图3所示，光学镜头组件6包括C型安装连接器61、标准转接器62、 镜头本体63、连接器64和放大物镜65， CCD相机5与标准转接器62通过C 型安装连接器61相连，标准转接器62与镜头本体63相连，镜头本体63上 安装同轴LED点光源8,镜头本体63与放大物镜65通过连接器64相连， 环形LED光源9安装在放大物镜65上。如图4所示，测量球面缺陷时，水平转台IO先固定一个位置，使待检 测零件11的球面区域位于镜头的视场内，操作人员通过电脑屏幕观察检测 区域，抓取并处理图像，识别缺陷并测量大小，记录结果，连续转动竖直转 台14,改变观测区域直到竖直转台14转过360° ，即检测了球面的一个环 带，再将水平转台IO转过一定角度，再转动竖直转台14，直到完成整个球 面的表面4全测。
如图5所示为检测过程的整体操作流程，分为形貌测量和表面缺陷检 测两大部分，测量形貌时，需要移动位移台调整零件边缘在镜头视场中的位 置，并保证对焦清晰，同时记录位移台的位置信息，拍摄边缘图像，计算结 果；检测表面缺陷时，分别对球面的赤道带、球面顶部和球面的其它部分分 别检测，通过水平、竖直转台的组合转动，实现对整个球面的观察并测量缺 陷大小，最终保存或打印检测结果。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的 现有技术。
权利要求
1、一种零件视觉检测装置，其特征在于该装置具体包括成像系统，包括CCD相机与图像采集卡；光学镜头组件，与CCD相机相连，通过钢带固定在V型槽上，水平放置；照明系统，包括正面照明光源与背面照明光源；机械调整系统，由五维组合位移台组成，安装在底座上，位于镜头组件和光源支架之间；待检测零件，通过套筒安装在竖直转台上，位于光学镜头组件与背面照明光源之间；位移检测系统，采用两个长度计，一个记录Z向位移台的移动距离，另一个记录Y向位移台的移动距离，两个长度计经过数据线与计数卡相连，计数卡与计算机相连，数据输入计算机并记录。
2、 根据权利要求1所述的一种零件视觉检测装置，其特征在于所述 的光学镜头组件具体包括C型安装连接器、标准转接器、镜头本体、放大物 镜、连接器；CCD相机与标准转接器通过C型安装连接器相连，标准转接器 与镜头本体相连，镜头本体与放大物镜通过连接器相连。
3、 根据权利要求1所述的一种零件视觉检测装置，其特征在于所述 的正面照明光源，包括安装在放大物镜上的环形LED光源和安装在镜头本体 上的同轴LED点光源，每个光源都与各自的直流稳压电源相连。
4、 根据权利要求1所述的一种零件视觉检测装置，其特征在于所述 的背面照明光源为LED点光源，安装在光源支架上，前端加装聚光镜。
5、 根据权利要求1所述的一种零件视觉检测装置，其特征在于所述 的五维组合位移台，包括安装在最下面的X向位移台，移动方向为沿着镜头 光轴的方向水平移动，Y向位移台安装在X向位移台上，移动方向为与镜头 光轴垂直的水平移动，Z向位移台安装在Y向位移台上，移动方向为与镜头 的光轴垂直的垂直移动，水平转台安装在Z向位移台上，竖直转台通过转接板安装在水平转台上，水平转台的旋转中心与镜头的光轴和竖直转台的旋转 中心分别垂直。
6、根据权利要求1所述的一种零件视觉检测装置，其特征在于所述 的位移检测系统采用两个长度计， 一个长度计垂直安装，其触头与Z向位移 台接触，另一个长度计水平安装，其触头与Y向位移台接触，两个长度计经 过数据线与计数卡相连，计数卡与计算机相连。
全文摘要
一种零件视觉检测装置主要包括CCD相机与图像采集卡组成的成像系统，镜头本体与放大物镜等组成的光学镜头组件，分别用于表面缺陷检测及形貌尺寸测量的照明系统，调整零件位置的位移台组成的机械调整系统，记录位移台移动距离的位移检测系统，记录、处理图像的计算机。本检测装置通过成像系统拍摄零件边缘图像和位移检测系统记录位移台的移动距离计算直径等形貌尺寸，通过转台的组合转动，检测整个球面的表面缺陷，并精确测量缺陷大小，记录缺陷数量，完成零件的形貌测量和表面检测两方面的检测要求。本装置利用视觉显微检测技术，系统分辨率高，集成性能好，测量流程简单。
文档编号G01B11/02GK101509878SQ20091007973
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者李旭东, 葛文谦, 赵慧洁 申请人:北京航空航天大学