基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置及方法

本发明属轴承表面缺陷检测，特别是涉及一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置及方法。

背景技术：

1、陶瓷球作为轴承中的主要部件，具有优良的综合机械性能，在航空航天、精密制造业有广泛的应用前景，其表面质量对轴承的精度及疲劳寿命都有重要影响。陶瓷球在加工制造的各个过程中都有可能产生表面缺陷，难以保证陶瓷球表面无缺陷。为了使轴承总成达到理想的性能要求，必须对陶瓷球进行挑选，表面缺陷检测是质量保证的其中一环。目前国内主流的陶瓷球表面检测方法依然是人工目检，检测人员通过显微镜轮流观测每个陶瓷球表面并人工挑拣出存在表面缺陷的陶瓷球。而其他的陶瓷球表面缺陷检测方法包括射线检测、超声波检测、表面渗透检测法等。

2、公告号位cn 109013388 b的中国发明专利公开了一种陶瓷球自动分拣系统及方法，采用机器人手臂气动吸取进给轨道上的陶瓷球进行图像采集，然后计算机控制机器人手臂将陶瓷球转移至陶瓷球夹取翻转装置进行经线方向90度翻转，再采集翻转后的陶瓷球图像，将图像都传送给计算机处理识别，确定陶瓷球放入的储球装置。该方法的检测装置结构复杂，且效率低下；在陶瓷球经过夹取翻转装置时会对陶瓷球表面造成一定程度损伤，可能导致本身无缺陷的陶瓷球产生不可逆转的表面缺陷，影响产品良品率；由于机器人手臂气动吸取装置和夹持翻转装置都只能检测一定尺寸范围的陶瓷球，不适合检测尺寸不一的微型陶瓷球。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置及方法，避免机械臂夹持陶瓷球导致的检测损伤，实现一定尺寸范围内陶瓷球的自动缺陷检测，提高检测效率与准确性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，包括导轨一端向下倾斜的输送机，所述导轨上设有用于放置陶瓷球的凹槽，所述导轨的两侧各设有一台镜头朝向所述导轨的相机，所述导轨上方罩有沿导轨长度方向布置的两个圆顶光源，所述圆顶光源的底部开有供所述陶瓷球进出的通过孔；侧上方设有与所述镜头同轴的摄像孔。

3、优选地，所述镜头与水平面的夹角为50°。

4、优选地，所述导轨的运动方向为由下向上。

5、优选地，所述通过孔的形状为半圆形且贯穿所述圆顶光源的半球面，所述摄像孔的形状为长方形。

6、优选地，所述导轨上设有两条用于并排放置两个陶瓷球的凹槽。

7、本发明还提供了一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测方法，使用了如上任意一种所述的基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，包括以下步骤：

8、s1、根据陶瓷球的直径更换设有不同规格凹槽的导轨及镜头，并在所述导轨上端放置陶瓷球，在陶瓷球因重力向下自由滚动的同时启动输送机使所述导轨向上传动；

9、s2、所述陶瓷球经过所述镜头的拍摄范围时，所述相机连续拍摄陶瓷球图像并将获取到的图像传入联机电脑的特定文件夹中；

10、s3、重复s1～s2，获取若干陶瓷球表面图片放入训练集文件夹中，手动给图片上的表面缺陷打上缺陷标签并导出至标签集文件夹中；

11、s4、启动深度学习训练程序并读取训练集文件夹中的图片和标签集文件夹中的标签文件，进行陶瓷球缺陷检测模型的训练；

12、s5、通过更换不同的主干网络结构并调节适合陶瓷球缺陷检测的模型参数，来改进训练结果以获得效果最佳的陶瓷球检测模型；

13、s6、将s5中获得的陶瓷球检测模型的功能封装，与人机交互界面打包成可执行文件作为陶瓷球检测软件；

14、s7、进行实时陶瓷球缺陷检测，重复s1～s2，同时在所述特定文件夹中运行陶瓷球检测软件，当检测后的陶瓷球的表面图像存在缺陷时，确定检测结果为：存在表面缺陷；当检测后的陶瓷球的表面图像不存在缺陷时，确定检测结果为：合格。

15、有益效果

16、由于陶瓷球从斜坡顶端自上向下运动时的运动既存在滚动也存在滑动，不能保证视野内拍到全球面。本发明提供的基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置通过在向下倾斜输送机的同时设置向上运动的双导轨，在陶瓷球因重力向下运动的同时通过导轨接触面再给予一个向上的摩擦力，此方法避免陶瓷球沿轨道向下滚动时出现滑动的可能，解决相机视野内只能拍摄到一个面的问题。

17、本发明通过在导轨上设置圆顶光源，降低由于陶瓷球高反光表面造成的视觉无法检测的死区，增加每次拍摄的陶瓷球照片的有效检测面积。

18、本发明提供的一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置及方法，通过前、后两相机连续采集陶瓷球的表面图像，将图像信息传给计算机进行图像预处理、图像分割、图像拼接后保存进指定的待检测文件夹，再由缺陷检测算法调用训练好的模型对陶瓷球图片逐一识别并判断是否存在缺陷，输出最后的判断结果，从而实现自动化识别不同尺寸陶瓷球表面缺陷，提高陶瓷球缺陷检测的精确率和速度。

19、本发明的陶瓷球表面缺陷识别是在计算机上进行的，整个缺陷检测的操作简单、速度快，识别结果也反馈在计算机的交互界面上，结果直观且明显。

技术特征：

1.一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，其特征在于，包括导轨一端向下倾斜的输送机，所述导轨上设有用于放置陶瓷球的凹槽，所述导轨的两侧各设有一台镜头朝向所述导轨的相机，所述导轨上方罩有沿导轨长度方向布置的两个圆顶光源，所述圆顶光源的底部开有供所述陶瓷球进出的通过孔；侧上方设有与所述镜头同轴的摄像孔。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，其特征在于，所述镜头与水平面的夹角为50°。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，其特征在于，所述导轨的运动方向为由下向上。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，其特征在于，所述通过孔的形状为半圆形且贯穿所述圆顶光源的半球面，所述摄像孔的形状为长方形。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，其特征在于，所述导轨上设有两条用于并排放置两个陶瓷球的凹槽。

6.一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测方法，其特征在于，使用了如权利要求1～4中任意一种所述基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种基于机器视觉的陶瓷球表面缺陷检测装置，包括导轨一端向下倾斜的输送机，所述导轨上设有用于放置陶瓷球的凹槽，所述导轨的两侧各设有一台镜头朝向所述导轨的相机，所述导轨上方罩有沿导轨长度方向布置的两个圆顶光源，本发明涉及的方法包括以下步骤：拍摄缺陷陶瓷球图像；处理合并成一张图片；训练检测模型；验证模型可行性；进行实时缺陷检测。本发明通过在导轨上设置圆顶光源，降低由于陶瓷球高反光表面造成的视觉无法检测的死区，增加每次拍摄的陶瓷球照片的有效检测面积。本发明在计算机上进行，整个缺陷检测的操作简单、速度快，识别结果也反馈在计算机的交互界面上，结果直观且明显。

技术研发人员：刘向军,汪胜,徐光恩,李姝佳
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14