CN105181709A - 刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置及方法。直流电机及调速器连接传送带，支架安装在基座上，传送带上方的支架上安装有工业相机模块、同轴光源模块和环形光源模块，传送带上下带面之间安装有背光光源模块；传送带上带面侧边沿附近安装有气动推杆和次品收料盒，气动推杆经电磁阀与空气压缩机连接；还包括PLC控制器、继电器模块和计算机。本发明构成了完整的刹车片表面缺陷自动检测流水线，能检测刹车片表面不同种类的缺陷，并实现实时在线检测，改善了以往多工位检测占地多、效率低的不足，实现了多工位检测集成化，减少了设备成本和人工成本，提高了工作效率。
Description
技术领域
本发明是一种在线检测装置及方法，尤其是涉及了一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置及方法，利用机器视觉技术来检测刹车片外观缺陷。
背景技术
刹车片是制动器衬片的俗称，是接触制动鼓(盘)的摩擦材料。当驾驶员有刹车行为时，刹车片受到压力，与制动鼓(盘)产生摩擦力，从而达到车辆减的目的。刹车片是车辆制动***重要的安全件，其质量好坏直接影响车辆的制动性能，关系到车辆驾乘人员的生命财产安全。
在工业生产线上，为了满足生产速度和产品质量的双向要求，需要配合生产线上的各个流程做好外观、尺寸等性能指标的检测。对于刹车片这种缺陷种类繁多，缺陷不明显的对象来说，人工检测需通过手摸、目视、光照反射、光照投影等方法检测刹车片的表面缺陷。由于质检工人的视觉疲劳、情绪波动等因素使得传统方法便存在质量标准客观性较差且、检测速度慢、效率低，难以完成每分钟几十个的检测速度，并且检测结果受检测人员主管影响较大，同时针对刹车片这种检测项目较多的检测对象，传统的机器视觉检测只能检测某一类缺陷，而多工位检测***设备成本高、效率低，所以，在刹车片生产行业急切需要一种组合式多光源外观缺陷在线检测装置。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供了一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置及方法，可用于对生产线上的刹车片外观缺陷检测进行非接触无损在线检测。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一、一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置：
包括用于传输刹车片的传送带、直流电机及调速器、次品收料盒、光电开关、空气压缩机、电磁阀和气动推杆；直流电机及调速器与传送带一侧的主动轴连接驱动旋转而带动传送带运行，支架竖直固定安装在放置于地面的基座上，支架位于传送带侧方，传送带上方的支架上安装有工业相机模块、同轴光源模块和环形光源模块，传送带上下带面之间安装有背光光源模块；
传送带上带面一侧边沿附近安装有用于推动不合格刹车片的气动推杆，气动推杆位于环形光源模块正下方，传送带上带面另一侧边沿安装有用于容置不合格刹车片的次品收料盒，光电开关通过光电开关架安装在气动推杆顶部，气动推杆经电磁阀与空气压缩机连接。
所述的工业相机模块包括工业相机、快装板、相机固定块以及用于上下和水平调节工业相机高度的相机调节装置，工业相机通过快装板安装在相机调节装置上，相机调节装置底座与相机固定块固定连接，相机固定块通过连接块杆结构固定安装在支架上；所述的同轴光源模块包括同轴光源和同轴光源固定块，同轴光源通过螺栓固定安装在同轴光源固定块上，同轴光源固定块通过连接块杆结构固定安装在支架上；所述的环形光源模块包括环形光源和环形光源固定块，环形光源通过螺栓固定安装在环形光源固定块上，环形光源固定块通过连接块杆结构固定安装在支架上；所述的背光光源模块包括背光光源和背光光源固定块，背光光源通过螺栓固定安装在背光光源固定块上，背光光源固定块通过连接块杆结构固定安装在支架上，光光源29通过连接块杆结构穿过水平通槽；所述工业相机、同轴光源、环形光源与背光光源依次同轴安装，工业相机朝向正下方。
所述的相机调节装置包括y向固定块、y向滑条、x向固定块和x向滑条，快装板与水平的x向滑条固定连接，x向滑条嵌入到x向固定块上水平的燕尾槽中形成滑动副，x向固定块与y向滑条固定链接，y向滑条上开有的燕尾槽与y向固定块配合相嵌形成滑动副，y向固定块与相机固定块固定连接。
还包括PLC控制器、继电器模块和计算机，直流电机及调速器、同轴光源、环形光源和背光光源均通过继电器模块与PLC控制器连接，光电开关、电磁阀均与PLC控制器连接，工业相机和PLC控制器均与计算机连接。
所述的工业相机为工业级面阵cmos相机。
所述的传送带的带面采用透明材质。
刹车片在工业相机视野里占2/3-3/4，同轴光源模块位于工业相机下方，其光轴与工业相机镜头光轴重合，且同轴光源可均匀照射刹车片及其周边范围，其光轴与工业相机光轴重合。所述环形光源模块位于同轴光源模块下方合适位置，其光轴与同轴光源光轴重合，且环形光源可照射刹车片两端边缘。背光光源模块位于环形光源模块下方、其光轴与环形光源光轴重合。
二、一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测方法：
1)采用上述装置，先对工业相机进行标定；
2)通过标定后的工业相机采集合格刹车片的正面图像进行处理后制作刹车片模板，合格刹车片的正面图像包括轮廓图像及两端边缘图像，刹车片模板用于后续步骤检测刹车片外观缺陷的匹配；
3)刹车片由传送带传输，当刹车片传输到光电开关处时被检测到，PLC控制器控制直流电机停止转动；
4)PLC控制器通过控制背光光源和工业相机采集刹车片的轮廓图像，经图像处理后根据检测结果通过气动推杆对该刹车片进行处理；
5)PLC控制器通过控制环形光源和工业相机采集刹车片的两端边缘图像，经图像处理后根据检测结果通过气动推杆对该刹车片进行处理；
PLC控制器通过控制同轴光源和工业相机采集刹车片的表面图像，经图像处理后根据检测结果通过气动推杆对该刹车片进行处理；
PLC控制器控制关闭同轴光源，控制开启直流电机，直流电机带动传送带向左侧传输，完成刹车片多种缺陷的在线检测。
所述的步骤4)具体如下：PLC控制器控制开启背光光源，PLC控制器触发工业相机采集刹车片的轮廓图像，对采集到的轮廓图像进行处理，获得刹车片轮廓是否完整的结果：若刹车片轮廓完整，则继续进行下一步骤，否则PLC控制器控制气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测。
所述的步骤5)具体如下：PLC控制器控制关闭背光光源，控制开启环形光源，PLC控制器触发工业相机采集刹车片的两端边缘图像，对采集到的两端边缘图像进行处理，获得刹车片两端边缘的钢印字符是否完整的结果：若刹车片两端边缘的钢印字符完整，则继续进行下一步骤，否则PLC控制器控制气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测。
所述的步骤6)具体如下：PLC控制器控制关闭环形光源，控制开启同轴光源，PLC控制器触发工业相机采集刹车片的表面图像，对采集到的表面图像进行处理后，获得刹车片表面的缺陷尺寸是否合格的结果：若刹车片表面的缺陷尺寸合格，则继续进行下一步骤，否则PLC控制器控制气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测。
本发明通过安装在传送带后横梁上方的光电开关检测转动中的传送带上是否存在刹车片，若存在则PLC控制器控制传送带停止传送，通过PLC控制器依次开启组合式多光源视觉检测架上的光源，开启光源的同时触发组合式多光源视觉检测架上的工业相机拍照，并传输至计算机，通过图像处理程序判断刹车片是否存在外观缺陷，若存在则与PLC控制器通讯，通过PLC控制器控制气动推杆将刹车片推至次品收料盒，若不存在外观缺陷则沿传送带继续向前传送。
与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明构成了完整的刹车片表面缺陷自动检测流水线，取代原来低可靠性、低效率的人工检测，使原来复杂的检测过程能在一条自动检测流水线上自动完成。
本发明可通过不同光源的设置检测刹车片表面不同种类的缺陷，并实现实时在线检测，改善了以往多工位检测占地多、效率低的不足，实现了多工位检测集成化，减少了设备成本，降低了人工成本，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明装置的总装图。
图2是本发明装置的结构示意图。
图3是本发明环形光源、同轴光源和相机安装的结构示意图。
图4是本发明背光光源的安装示意图。
图5是本发明电气控制连接图。
图6是本发明方法的检测流程图。
图中，1、传送带，2、直流电机及调速器，3、次品收料盒，4、光电开关，5、PLC控制器，6、继电器模块，7、计算机，8、空气压缩机，9、电磁阀，10、气动推杆，11、同轴光源固定块，12、基座，13、支架，14、工业相机，15、相机调节装置，16、快装板，17、同轴光源模块，18、环形光源模块，19、背光光源模块，20、相机固定块，21、连接块，22、连接杆，23、y向固定块，24、y向滑条，25、x向固定块，26、x向滑条，27、同轴光源，28、环形光源，29、背光光源，30、光电开关架，31、环形光源固定块，32、背光光源固定块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括用于传输刹车片的传送带1、直流电机及调速器2、次品收料盒3、光电开关4、电磁阀9和气动推杆10；直流电机及调速器2与传送带1一侧的主动轴连接驱动旋转而带动传送带1运行，支架13竖直固定安装在放置于地面的基座12上，支架13位于传送带1侧方，传送带1上方的支架13安装有工业相机模块、同轴光源模块17和环形光源模块18，传送带1上下带面之间安装有背光光源模块19。
如图2所示，传送带1上带面一侧边沿附近安装有用于推动不合格刹车片的气动推杆10，气动推杆10位于环形光源模块18正下方，与气动推杆10位置相对的传送带1上带面另一侧边沿安装有用于容置不合格刹车片的次品收料盒3，光电开关4通过光电开关架30安装在气动推杆10顶部，气动推杆10经电磁阀9与空气压缩机8连接，电磁阀9安装在与气动推杆10同侧的传送带1边沿。
如图5所示，本发明还包括PLC控制器5、继电器模块6和计算机7，直流电机及调速器2、同轴光源27、环形光源28和背光光源29均通过继电器模块6与PLC控制器5连接，光电开关4、电磁阀9均与PLC控制器5连接，工业相机14和PLC控制器5均与计算机7连接。
如图3所示，工业相机模块包括工业相机14、快装板16、相机固定块20以及用于上下和水平调节工业相机14高度的相机调节装置15，工业相机14通过快装板16安装在相机调节装置15上，相机调节装置15具体可采用滑块导轨结构，快装板16通过螺栓与相机调节装置15固定，相机调节装置15底座与相机固定块20固定连接，相机固定块20通过连接块杆结构固定安装在支架13上，连接块杆结构包括连接块21和连接杆22；
如图3所示，同轴光源模块17包括同轴光源27和同轴光源固定块11，同轴光源27通过螺栓固定安装在同轴光源固定块11上，同轴光源固定块11通过连接块杆结构固定安装在支架13上。
如图3所示，环形光源模块18包括环形光源28和环形光源固定块31，环形光源28通过螺栓固定安装在环形光源固定块31上，环形光源固定块31通过连接块杆结构固定安装在支架13上。
如图4所示，背光光源模块19包括背光光源29和背光光源固定块32，背光光源29通过螺栓固定安装在背光光源固定块32上，背光光源固定块32通过连接块杆结构固定安装在支架13上。具体实施中传送带1侧面还安装有沿传送方向的梁，梁侧面开有沿传送方向的水平通槽，背光光源29的连接块杆结构穿过水平通槽与支架13连接。
调整连接块和连接杆结构使工业相机14、同轴光源27、环形光源28与背光光源29依次同轴安装，且工业相机14、同轴光源27、环形光源28与背光光源29光轴重合，工业相机14朝向正下方，调整连接块和连接杆结构使同轴光源27能均匀照射到正下方的传送带1上整个刹车片及其附近周边区域，环形光源28照射到刹车片两端边缘。
相机调节装置15包括y向固定块23、y向滑条24、x向固定块25和x向滑条26，快装板16与水平的x向滑条26固定连接，x向滑条26嵌入到x向固定块25上水平的燕尾槽中形成滑动副，x向固定块25与y向滑条24固定连接，y向滑条24上开有的燕尾槽与y向固定块23配合相嵌形成滑动副，y向固定块23与相机固定块20固定连接。
工业相机14为工业级面阵cmos相机，工业相机14与计算机7通过usb3.0连接，PLC控制器5与计算机7通过串口连接通讯。
传送带1的带面采用透明材质，环形光源28采用高角度直接照明方式，背光光源29采用平行背光光源。
具体地，直流电机及调速器2通过继电器模块6的一路通路与PLC控制器5及电源连接，同轴光源27、环形光源28和背光光源29分别通过继电器模块6另外三路通路与PLC控制器5连接，电磁阀9分别与气动推杆10、PLC控制器5输出端以及空气压缩机8连接，光电开关4与PLC控制器5输入端连接。
参见图6，本发明的具体实施的检测流程为：
1)可先利用halcon开源的函数对工业相机进行标定；
2)通过标定后的工业相机设置在外触发状态，通过外触发采集一张合格刹车片的正面图像进行图像增强、图像分割处理后制作刹车片模板，刹车片模板用于后续步骤检测刹车片外观缺陷的匹配；
3)刹车片由传送带传输，当刹车片传输到光电开关处时被检测到，PLC控制器5控制继电器模块第一通路断开使直流电机停止转动；
4)PLC控制器5控制继电器模块第二通路导通开启背光光源，PLC控制器5触发工业相机采集刹车片的轮廓图像，对采集到的轮廓图像依次进行图像增强、图像分割、边缘检测、边缘连接、外轮廓搜索和模板匹配处理，获得刹车片轮廓是否完整的结果：
若刹车片轮廓完整，则继续进行下一步骤，否则计算机与PLC控制器5通讯，PLC控制器5控制电磁阀使空气压缩机与气动推杆导通，气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测；
5)PLC控制器5控制继电器模块第二通路断开关闭背光光源，控制继电器模块第三通路导通开启环形光源，PLC控制器5触发工业相机采集刹车片的两端边缘图像，计算机对采集到的两端边缘图像进行图像增强、图像分割、字符分割和模板匹配处理，获得刹车片两端边缘的钢印字符是否完整的结果：
若刹车片两端边缘的钢印字符完整，则继续进行下一步骤，否则计算机与PLC控制器5通讯，PLC控制器5控制电磁阀使空气压缩机与气动推杆导通，气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测；
6)PLC控制器5控制继电器模块第三通路断开关闭环形光源，控制继电器模块第四通路导通开启同轴光源，PLC控制器5触发工业相机采集刹车片的表面图像，计算机对采集到的表面图像进行图像增强、图像分割、特征提取、bolb分析、最小外接矩计算处理后，获得刹车片表面的缺陷尺寸是否合格的结果：
若刹车片表面的缺陷尺寸合格，则继续进行下一步骤，否则计算机与PLC控制器5通讯，PLC控制器5控制电磁阀使空气压缩机与气动推杆导通，气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测；
7)PLC控制器5控制继电器模块第四通路断开关闭同轴光源，控制继电器模块第一通路导通开启直流电机，直流电机带动传送带向左侧传输，完成刹车片多种缺陷的在线检测。
检测合格的刹车片经传送带传送后置于合格品收料箱中。
以上所述实施方式是一种流水线作业，可见本发明适用于对不同尺寸刹车片进行表面缺陷检测，实现了刹车片表面缺陷自动化检测，相较于传统人眼视觉检测方法，提高了检测精度、检测效率、降低了人工成本；并且实现了多光源检测，在较小的空间内集成了多了光源，实现了对刹车片多种表面缺陷的检测，相较于传统多工位检测，节省了空间、减少了设备成本，提高了工作效率，具有突出显著的技术效果。
Claims (10)
1.一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置，其特征在于：包括用于传输刹车片的传送带(1)、直流电机及调速器(2)、次品收料盒(3)、光电开关(4)、空气压缩机(8)、电磁阀(9)和气动推杆(10)；直流电机及调速器(2)与传送带(1)一侧的主动轴连接驱动旋转而带动传送带(1)运行，支架(13)竖直固定安装在放置于地面的基座(12)上，支架(13)位于传送带(1)侧方，传送带(1)上方的支架(13)上安装有工业相机模块、同轴光源模块(17)和环形光源模块(18)，传送带(1)上下带面之间安装有背光光源模块(19)；传送带(1)上带面一侧边沿附近安装有用于推动不合格刹车片的气动推杆(10)，气动推杆(10)位于环形光源模块(18)正下方，传送带(1)上带面另一侧边沿安装有用于容置不合格刹车片的次品收料盒(3)，光电开关(4)通过光电开关架(30)安装在气动推杆(10)顶部，气动推杆(10)经电磁阀(9)与空气压缩机(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置，其特征在于：所述的工业相机模块包括工业相机(14)、快装板(16)、相机固定块(20)以及用于上下和水平调节工业相机(14)高度的相机调节装置(15)，工业相机(14)通过快装板(16)安装在相机调节装置(15)上，相机调节装置(15)底座与相机固定块(20)固定连接，相机固定块(20)通过连接块杆结构固定安装在支架(13)上；
所述的同轴光源模块(17)包括同轴光源(27)和同轴光源固定块(11)，同轴光源(27)通过螺栓固定安装在同轴光源固定块(11)上，同轴光源固定块(11)通过连接块杆结构固定安装在支架(13)上；
所述的环形光源模块(18)包括环形光源(28)和环形光源固定块(31)，环形光源(28)通过螺栓固定安装在环形光源固定块(31)上，环形光源固定块(31)通过连接块杆结构固定安装在支架(13)上；
所述的背光光源模块(19)包括背光光源(29)和背光光源固定块(32)，背光光源(29)通过螺栓固定安装在背光光源固定块(32)上，背光光源固定块(32)通过连接块杆结构固定安装在支架(13)；
所述工业相机(14)、同轴光源(27)、环形光源(28)与背光光源(29)依次同轴安装，工业相机(14)朝向正下方。
3.根据权利要求2所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置，其特征在于：所述的相机调节装置(15)包括y向固定块(23)、y向滑条(24)、x向固定块(25)和x向滑条(26)，快装板(16)与水平的x向滑条(26)固定连接，x向滑条(26)嵌入到x向固定块(25)上水平的燕尾槽中形成滑动副，x向固定块(25)与y向滑条(24)固定链接，y向滑条(24)上开有的燕尾槽与y向固定块(23)配合相嵌形成滑动副，y向固定块(23)与相机固定块(20)固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置，其特征在于：还包括PLC控制器(5)、继电器模块(6)和计算机(7)，直流电机及调速器(2)、同轴光源(27)、环形光源(28)和背光光源(29)均通过继电器模块(6)与PLC控制器(5)连接，光电开关(4)、电磁阀(9)均与PLC控制器(5)连接，工业相机(14)和PLC控制器(5)均与计算机(7)连接。
5.根据权利要求2所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置，其特征在于：所述的工业相机(14)为工业级面阵cmos相机。
6.根据权利要求1所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测装置，其特征在于：所述的传送带(1)的带面采用透明材质。
7.一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测方法，其特征在于采用权利要求1～6任一所述的装置：
1)先对工业相机进行标定；
2)通过标定后的工业相机采集合格刹车片的正面图像进行处理后制作刹车片模板，合格刹车片的正面图像包括轮廓图像及两端边缘图像，刹车片模板用于后续步骤检测刹车片外观缺陷的匹配；
3)刹车片由传送带传输，当刹车片传输到光电开关处时被检测到，PLC控制器(5)控制直流电机停止转动；
4)PLC控制器(5)通过控制背光光源和工业相机采集刹车片的轮廓图像，经图像处理后根据检测结果通过气动推杆对该刹车片进行处理；
5)PLC控制器(5)通过控制环形光源和工业相机采集刹车片的两端边缘图像，经图像处理后根据检测结果通过气动推杆对该刹车片进行处理；
(6)PLC控制器(5)通过控制同轴光源和工业相机采集刹车片的表面图像，经图像处理后根据检测结果通过气动推杆对该刹车片进行处理；
(7)PLC控制器(5)控制关闭同轴光源，控制开启直流电机，直流电机带动传送带向左侧传输，完成刹车片多种缺陷的在线检测。
8.根据权利要求7所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测方法，其特征在于：所述的步骤4)具体如下：PLC控制器(5)控制开启背光光源，PLC控制器(5)触发工业相机采集刹车片的轮廓图像，对采集到的轮廓图像进行处理，获得刹车片轮廓是否完整的结果：
若刹车片轮廓完整，则继续进行下一步骤，否则PLC控制器(5)控制气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测。
9.根据权利要求7所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测方法，其特征在于：所述的步骤5)具体如下：PLC控制器(5)控制关闭背光光源，控制开启环形光源，PLC控制器(5)触发工业相机采集刹车片的两端边缘图像，对采集到的两端边缘图像进行处理，获得刹车片两端边缘的钢印字符是否完整的结果：若刹车片两端边缘的钢印字符完整，则继续进行下一步骤，否则PLC控制器(5)控制气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测。
10.根据权利要求7所述的一种刹车片外观缺陷组合式多光源在线检测方法，其特征在于：所述的步骤6)具体如下：PLC控制器(5)控制关闭环形光源，控制开启同轴光源，PLC控制器(5)触发工业相机采集刹车片的表面图像，对采集到的表面图像进行处理后，获得刹车片表面的缺陷尺寸是否合格的结果：若刹车片表面的缺陷尺寸合格，则继续进行下一步骤，否则PLC控制器(5)控制气动推杆推动刹车片进入次品收料盒，返回步骤3)进行下一刹车片的检测。
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