CN105269403A - 一种检测***及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测***及检测方法，检测***包括图像采集单元、检测单元、盛放单元、运动单元、支架单元、控制***。检测***利用图像采集单元采集待测工件的图像，根据图像信息产生运动指示信息，再控制运动单元根据运动指示信息进行位移从而带动盛放单元发生相对于检测单元的位移，使得盛放单元中的待测工件移动到正确的位置，从而完成检测单元对待测工件的检测。本发明的检测***原理简单，易于实现，可以大大提高工厂的生产和检测效率；其使用机器代替人工进行检测，检测速度快，准确度高，可以避免人工检测的偶然性和不确定性；将其与生产线进行结合，可以真正实现整条生产线的自动化，提高生产效率。

Description

一种检测***及检测方法

技术领域

本发明涉及检测领域，具体涉及一种检测***及检测方法。

背景技术

现代化生产中，需要对产品进行各种各样的检测以确保其质量符合要求，如对于图1所示的小型铝合金散热器，需要检测其外形尺寸以及工件的台阶孔、凸台、凹槽、盲孔等的深度是否符合生产图纸要求。针对这一类型的工件，目前大部分工厂采用的方法是依靠工人结合量具抽样检测产品，这种传统的检测方式不仅影响工厂的生产效率，还会由于其不确定性直接影响产品质量，造成人力物力的大量浪费。许多工厂生产环境比较恶劣，长期进行检测工作还会影响工人的健康。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种检测***，其包括图像采集单元、检测单元、盛放单元、运动单元、支架单元、控制***。

盛放单元与运动单元活动连接，用于盛放待测工件；图像采集单元设置于支架单元上并与控制***通信连接，用于采集待测工件的图像；控制***用于根据图像采集单元采集的图像信息，产生运动指示信息；运动单元与支架单元连接并与控制***通信连接，用于接收控制***的运动指示信息，并根据运动指示信息进行位移从而带动盛放单元移动到检测单元的检测区域；检测单元设置于支架单元上并与控制***通信连接；控制***在运动单元根据运动指示信息带动盛放单元完成位移后，控制检测单元对待测工件进行检测。

根据本发明的第二方面，提供一种检测方法，包括如下过程：

图像采集过程：控制图像采集单元采集放置于盛放单元上的待测工件的图像。

图像分析过程：根据图像采集单元采集的图像信息，产生运动指示信息。

位移过程：根据运动指示信息控制运动单元进行位移从而带动盛放单元移动到检测单元的检测区域。

检测过程：控制检测单元对待测工件进行检测。

本发明的检测***，利用图像采集单元采集待测工件的图像，根据图像信息产生运动指示信息，再控制运动单元根据运动指示信息进行位移从而带动盛放单元发生相对于检测单元的位移，使得待测工件移动到正确的位置，从而完成检测单元对待测工件的检测，相对于现有技术的人工检测工件的方式，能够提高工作效率和准确性。

附图说明

图1为现有技术的需要进行检测到散热器工件示意图；

图2为本发明实施例一的检测***结构图；

图3为本发明实施例一的检测***结构图；

图4为本发明实施例一的检测***结构图；

图5为本发明实施例一的待测工件示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图2所示，本实施例的检测***为工件孔深检测***，具体例如可以是自动化检测小型铝合金散热器表面盲孔深度的***，包括图像采集单元即智能相机1、检测单元即激光测距仪2、盛放单元即工件托盘31、运动单元30、支架单元、控制***10。

为使智能相机1更清晰进行拍摄，工件孔深检测***还可以包括光源单元89。

控制***10可以是个人计算机或其他控制平台。

支架单元用于对智能相机1、激光测距仪2、工件托盘31、运动单元30、光源单元89进行支持即固定作用，本领域技术人员可以根据实际情况灵活设计支架单元的具体结构。

如图3所示，本实施例中支架单元包括支架上部单元5、支架支持单元6、支架底部单元7。智能相机1、激光测距仪2设置于支架上部单元5上；第一方向运动平台32设置于支架底部单元7上。支架上部单元5通过支架支持单元6与支架底部单元7连接，支架支持单元6起到支撑支架上部单元5的作用。工件托盘31设置于运动单元与智能相机1、激光测距仪2之间。支架上部单元5可以采用横梁形式，智能相机1、激光测距仪2悬吊设置于支架上部单元5上。在其它实施方式中，支架上部单元5和支架底部单元7也可以是分离的，不需要在二者之间设置支持结构。

本实施例的***还可以设置与智能相机1和/或激光测距仪2连接的Z轴方向驱动部4，用于驱动智能相机1和/或激光测距仪2在竖直方向产生位移，从而方便使用者调节智能相机1和/或激光测距仪2的高度。

如图2和图3所示的本实施例的***结构图，工件托盘31与运动单元活动连接，用于盛放待测工件001。运动单元由第一方向运动平台32（X轴运动平台32）、第二方向运动平台33（Y轴运动平台33）组成。第二方向运动平台33与工件托盘31活动连接，第一方向运动平台32与第二方向运动平台33活动连接，第一方向运动平台32设置于支架单元上。本实施例所述的第一方向为X轴方向，第二方向为Y轴方向。第二方向运动平台33用于带动工件托盘31朝Y轴方向产生位移；第一方向运动平台32用于带动第二方向运动平台33朝X轴方向运动从而使得工件托盘31朝X轴方向产生位移。

进一步，如图3所示，本实施例的工件孔深检测***，Y轴方向运动平台33包括Y轴方向位移部332和与之活动连接的Y轴方向固定部331。Y轴方向运动平台33还包括Y轴方向驱动部333，Y轴方向驱动部333设置在Y轴方向固定部331的一端并且与Y轴方向位移部332连接，连接的方式可以为螺纹丝杆连接，Y轴方向驱动部333用于驱动Y轴方向位移部332从而使其在Y轴方向固定部331上沿Y轴方向移动，驱动的方式可以是推动或者拉动Y轴方向位移部332等方式。Y轴方向位移部332在Y轴方向固定部上331可以是进行滑动、滚轮滚动等运动方式。Y轴方向位移部332与工件托盘31连接，从而Y轴方向位移部332的移动能带动工件托盘31移动。X轴方向运动平台32包括X轴方向位移部322和与之活动连接的X轴方向固定部321，X轴方向固定部321设置于支架底部单元7上，X轴方向位移部322与Y轴方向固定部331连接。X轴方向运动平台32还包括X轴方向驱动部323，X轴方向驱动部323设置在X轴方向固定部321的一端并且与X轴方向位移部322连接，连接，连接的方式可以为螺纹丝杆连接，X轴方向驱动部333用于驱动X轴方向位移部322从而使其在X轴方向固定部321上沿X轴方向移动，驱动的方式也可以是推动或者拉动X轴方向位移部322等方式；X轴方向位移部322在X轴方向固定部321也可以是进行滑动、滚轮滚动等运动方式。由于X轴方向位移部322与Y轴方向固定部331连接，从而X轴方向位移部322的移动能带动Y轴方向运动平台33整体沿X轴方向发生移动，进而使得工件托盘31沿X轴方向发生移动。Y轴方向驱动部333、X轴方向驱动部323以及Z轴方向驱动部4都可以采用驱动电机。

本实施例的光源单元89可以是背光源8与环形光源9相组合的设计，本领域技术人员可以根据实际情况采用适合***应用环境的光源。

以下结合图2至图5详细介绍本实施例的工件孔深检测***的工作过程即原理：

S1、图像采集过程

S1.1机械手将待测工件001以固定姿态搬运到工件托盘31并发送启动信号通知检测***10开始工作；

或者，也可以采用其它方式例如人工放置待测工件001于工件托盘31并开启检测***10；

S1.2检测***10收到启动信号后，开启背光源8、环形光源9及相机1，控制相机1对工件001进行拍照，并将图像或照片保存于***软件中待处理。

S2、图像分析过程

本实施例的***一次拍摄的某工件001的图像如图5所示，***需要检测工件001的四个凹槽（例如其中一个凹槽为A点）的深度，为此，需要先将A处中心逐次移动到激光测距仪2的垂直下方O点。本实施例中，激光测距仪2的检测区域即其正对的竖直下方。

图像分析是基于模板匹配算法，模板匹配算法指先将某一合格工件的照片作为模板，以此来寻找其他工件上凹槽的位置。主要分为图像预处理、图像分割、特征提取和计算结果四个步骤。本实施例的图像分析具体原理为：

***中预存有一个图像模板，图像模板是合格工件的照片经处理后的图像，在图像模板中已经标记出工件中哪些位置（如图5的A凹槽）是需要测量的，并可以得到这些位置的特征（记为特征1）；

对拍照得到待测工件001的图像，经过图像预处理后，将待测工件图像与模板图像进行基于特征1的对比，由此得到待测工件图像中具有特征1的那些部分，并认为这些部分就是所要测的位置（如图5的A凹槽）；

再对待测工件图像中的这些位置进行拟合计算得出各个位置的中心坐标。

关于如何确定X轴运动平台32、Y轴运动平台33给进量，其原理详述如下

在相机1已标定的情况下，其采集到的待测工件图像的图像中心（即镜头中心所对的位置）点的坐标在世界坐标系中是已知的，而在图像坐标系中，其被作为描述该图像中所有其他像素点位置的原点，即图5中的O点。模板匹配算法应用于待测工件图像可以得到A点在图像坐标系中关于原点（O点）的坐标，且O点世界坐标已知，则可以根据标定后图像像素与实际距离的转换关系得出A点的世界坐标。即O点在世界坐标系中的坐标已知且A点与O点的相对位置关系已知，则可以得出A点的世界坐标。

无论采用世界坐标系、图像坐标系或以XY移动平台原点为原点的坐标系，A点与O点的相对位置关系确定，A点与O点的坐标也确定，根据A点与O点的坐标位置关系，再根据运动距离与脉冲个数的关系，即可得出X轴运动平台32、Y轴运动平台33在X、Y方向需要进给的位移量，即，可以得出X轴运动平台32在X方向需要给进多大位移量、Y轴运动平台33在Y方向需要给进多大位移量才能使A点运动到O点。

以A点为例，控制***10将X轴运动平台32在X方向需要给进的位移量dx、Y轴运动平台33在Y方向需要给进的位移量dy作为运动指示信息发送至X轴运动平台32、Y轴运动平台33。

S3、位移过程

X轴方向位移部322根据运动指示信息沿X轴方向移动从而带动Y轴方向固定部331朝X轴方向产生dx的位移，进而带动工件托盘31朝X轴方向产生dx的位移；

Y轴方向位移部332根据运动指示信息沿Y轴方向移动从而带动工件托盘31朝Y轴方向产生dy的位移；这样，待测工件001的A点即运动到O点位置。

在本发明的一种实施方式中，为了使得激光测距仪2不出现在相机1的视野中（即不会被相机1拍到而影响拍摄工件），激光测距仪2并不是布置在相机的正下方的，而是布置在相机1下方与相机1在X、Y方向上有一个错开的距离（具体来说，lx是激光测距仪2的发射光口与相机1镜头中心在X方向的距离，ly是激光测距仪2的发射光口与相机1镜头中心在Y方向的距离），并且此lx、ly距离可以测量得出。当A点移动到O点，即相机原点后，还要再移动一个lx、ly的距离才能使得激光测距仪的光斑落在A点。本领域技术人员在不脱离本发明构思的前提下，可以根据实际情况灵活调整激光测距仪2与相机1的位置关系。

S4、检测过程

以A点为例，当运动平台移动完使得A点落到对应的O点时，激光测距仪2的光斑落在工件的A位置凹槽中心，此时软件可以发送读取深度指令给激光测距仪2，激光测距仪2反馈当前A位置凹槽的深度给软件保存。

测距原理为：激光测距仪2发射出激光照射到物体表面（此处即A凹槽的底部），根据三角测量法可以测出物体表面到激光头的距离。

本发明中，可以是完成一个位置的分析并完成一次工件托盘的移动、检测后，再进行下一个位置的分析并完成下一次工件托盘的移动、检测；也可以是完成四个位置的分析后再逐次完成四次工件托盘的移动、检测。

S4、处理过程

待所有位置检测完成后，控制***10将实测位置深度与理论位置深度进行对比，如果某一位置深的实测值与理论值的差别超过图纸标注的公差，则将该工件视为次品；若位置深度全部合格，则将该工件视为合格品。

软件根据工件的合格与否给机械手发送不同的信号，机械手根据不同的信号将工件搬运到合格品区与次品区。

对于批量工件的检测，本***重复以上步骤从而完成对某一批次大量工件的全部检测。

本实施例的位置深检测***主要是在机器视觉***的基础上组合位置深检测模块搭建的。在使用机器视觉***前，必须对其中的相机进行标定，以确定在相机所成的像与实际物理长度的比例关系和相机原点在世界坐标系的坐标。此为保证整个***工作准确度的准备工作。在相机的安装位置确定后，只需进行一次相机的标定即可。

本***照明的实现是由***结构图中的背光源8和环形光源9的组合实现的。机器视觉***中，光照是很重要的一个部分，其作用是凸显待测要素，将其与其他要素区分开以便于后续的图像处理。考虑到需要检测位置的位置，本***采取的LED背光源和环形光源前向低角度的照明。该照明方案可以提高图片对比度，结合模板匹配的图像处理算法可以获得较好效果。

本实施例的工件位置深检测***原理简单，易于实现，可以大大提高工厂的生产和检测效率。

本实施例的***使用机器代替人工进行检测，检测速度快，准确度高，可以避免人工检测的偶然性和不确定性。

利用本实施例的***，可以将其与生产线进行结合，并在***软件集成数据库功能，实现“生产-检测-归类-装箱-记录”一体化，通过对产品的全数检测而非抽样检测，将产品质量具体到某一件而不是某一批次，真正实现整条生产线的自动化，提高生产效率。

本领域技术人员除了可以利用本实施例***检测工件孔深，还可以应用于检测工件尺寸和工件凹槽深度等，即除了本实施例所例举的孔深检测***，本发明可以检测的要素不限于孔深，还可以是诸如凹槽深度、凸台高度、台阶孔深度等相对于工件表面有高度差的要素。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种检测***，其特征在于，

包括图像采集单元（1）、检测单元（2）、盛放单元（31）、运动单元（32、33）、支架单元（5、6、7）、控制***（10）；

所述盛放单元（31）与所述运动单元活动连接，用于盛放待测工件；

所述图像采集单元（1）设置于所述支架单元上并与所述控制***通信连接，用于采集所述待测工件的图像；

所述控制***用于根据所述图像采集单元采集的图像信息，产生运动指示信息；所述运动指示信息用于指示所述运动单元（32、33）的位移方向及位移量；

所述运动单元（32、33）与所述支架单元连接并与所述控制***通信连接，用于接收所述控制***的运动指示信息，并根据所述运动指示信息进行位移从而带动所述盛放单元移动到所述检测单元的检测区域；

所述检测单元（2）设置于所述支架单元上并与所述控制***通信连接；

所述控制***在所述运动单元带动所述盛放单元完成位移后，控制所述检测单元对所述待测工件进行检测。

2.如权利要求1所述的***，其特征在于，

所述控制***用于根据所述图像采集单元采集的待测工件的图像信息进行基于匹配算法的处理，从而产生运动指示信息。

3.如权利要求1或2所述的***，其特征在于，

所述支架单元包括支架上部单元（5）、支架底部单元（7）；

所述图像采集单元（1）、所述检测单元（2）设置于所述支架上部单元（5）上；

所述运动单元（32、33）设置于所述支架底部单元（7）上；

所述盛放单元（31）设置于所述运动单元与所述图像采集单元、所述检测单元之间。

4.如权利要求3所述的***，其特征在于，

所述支架单元还包括支架支持单元（6），所述支架上部单元（5）通过所述支架支持单元（6）与所述支架底部单元（7）连接，所述支架支持单元用于支撑所述支架上部单元。

5.如权利要求3所述的***，其特征在于，

所述支架上部单元为横梁，所述图像采集单元、所述检测单元悬吊设置于所述支架上部单元上。

6.如权利要求3-5任一项所述的***，其特征在于，

所述运动单元包括第一方向运动平台（32）、第二方向运动平台（33）；

所述第二方向运动平台（33）与所述盛放单元（31）活动连接，用于带动所述盛放单元（31）朝第二方向产生位移；

所述第一方向运动平台（32）设置于所述支架底部单元（7）上，并与所述第二方向运动平台（33）活动连接，用于带动所述第二方向运动平台朝第一方向运动从而使得所述盛放单元朝第一方向产生位移；

所述运动指示信息用于指示所述第一方向运动平台（32）应当沿第一方向发生的位移量，以及指示所述第二方向运动平台（33）应当沿第二方向发生的位移量。

7.如权利要求6所述的***，其特征在于，

所述第二方向运动平台（33）包括第二方向位移部（332）和与之活动连接的第二方向固定部（331）；

所述第二方向位移部（332）与所述盛放单元（31）连接；

所述第一方向运动平台（32）包括第一方向位移部（322）和与之活动连接的第一方向固定部（321）；

所述第二方向固定部（331）与所述第一方向位移部（322）连接；

所述第一方向固定部（321）设置于所述支架底部单元(7)上；

所述第二方向位移部（332）用于根据所述运动指示信息在所述第二方向固定部（331）上沿第二方向移动从而带动所述盛放单元（31）朝第二方向产生位移；

所述第一方向位移部（322）用于根据所述运动指示信息在所述第一方向固定部（321）上沿第一方向移动从而带动所述第二方向固定部（331）朝第一方向产生位移。

8.如权利要求7所述的***，其特征在于，

所述第二方向运动平台（33）还包括与所述第二方向位移部（332）连接的第二方向驱动部（333），用于根据所述运动指示信息驱动所述第二方向位移部（332）在所述第二方向固定部（331）上沿第二方向移动；

所述第一方向运动部（32）还包括与所述第一方向位移部（322）连接的第一方向驱动部（323），用于根据所述运动指示信息驱动所述第一方向位移部（322）在所述第一方向固定部（321）上沿第一方向移动。

9.一种检测方法，其特征在于，包括：

图像采集过程：控制图像采集单元（1）采集放置于盛放单元（31）上的待测工件的图像；

图像分析过程：根据所述图像采集单元采集的图像信息，产生运动指示信息；

位移过程：根据所述运动指示信息控制运动单元（32、33）进行位移从而带动所述盛放单元移动到所述检测单元的检测区域；

检测过程：控制所述检测单元对所述待测工件进行检测。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述图像分析过程为：

根据所述图像采集单元采集的待测工件的图像信息进行基于匹配算法的处理，从而产生运动指示信息；

所述运动指示信息用于指示第一方向位移部（322）应当沿第一方向发生的位移量，以及指示第二方向位移部（332）应当沿第二方向发生的位移量；

所述位移过程为：

控制所述第二方向位移部（332）根据所述运动指示信息沿第二方向移动从而带动所述盛放单元（31）朝第二方向产生位移；

控制所述第一方向位移部（322）根据所述运动指示信息沿第一方向移动从而带动第二方向固定部（331）朝第一方向产生位移。