CN113262987B - 一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，包括支撑及固定装置、上料装置、检测装置、分拣装置和显示装置；上料装置包括上料滑道和上料挡板；检测装置包括两个滚筒、两部第一工业相机、第二工业相机和一对工件引导防抖挡板；分拣装置包括分拣滑道、次品滑道、疑品滑道和下料拨杆装置；显示装置固定在支撑及固定装置上；本发明通过两个滚筒实现支撑待测工件且驱动待测工件围绕其中心轴线旋转，通过对称分布在检测工位两侧的两部第一工业相机采集待测工件的两个端面的外观图像，通过检测工位上方的第二工业相机采集待测工件外环面的外观图像，解决了现有技术中存在的装置复杂、有影响检测精度因素和适用范围较窄的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于铁氧体质检技术领域，涉及一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，可用于对环状铁氧体生产加工过程中的产品质检和自动化分拣。
背景技术
环状铁氧体即磁环，是应用最广泛的一种环状永磁材料，是电子产品中必不可少的磁性磁料，由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物，广泛应用于电视、音箱、洗衣机、收音机、机顶盒等家用电器中，同样广泛应于卫星、雷达、导弹、精密仪表等军用产品。磁环生产过程中主要由混磨、煅烧、球磨、浓缩、成型、烧结、磨加工、清洗、质检等工序构成，由于复杂的加工过程，每个加工环节都有可能导致产品出现缺陷，如开裂、掉角、油污、粘模等缺陷，这些缺陷会严重影响磁环材料的物理特性，必须通过严格的质检才能进行产品交付。传统的检测和分拣主要依赖人工实现，效率低且成本高，严重制约生产产能，迫切需求可应用于自动化生产线的质检装置。
例如申请公布号为CN106780473A，名称为“一种磁环缺陷多目视觉检测方法及***”，公开了一种磁环缺陷多目视觉检测***，该***通过环形振动台以及运送带将磁环运送到环形旋转装置，使用11台相机和6台主机相连，构成多个检测工位，每个工位完成图像采集后利用数字图像处理技术检测是否存在缺陷，并将检测结果通过串口发送至主控机，主控机根据6路检测结果控制气泵将磁环分别吹入合格孔与不合格孔，完成缺陷检测。该***的优点是检测速度快，检测工位全面，利用图像灰度值检测缺陷灵敏度较高，可以达到很小的误收率。但是，该***使用振动盘和传送带完成上料任务，使用11台相机和6台主机完成检测任务，***装置复杂，成本较高，不易于维护。同时由于该***使用环形振动台上料，磁环之间的震动摩擦会在磁环表面产生一层红粉，影响产品质量与检测效果。另外，该***主要针对半径为29mm以下的磁环进行检测，不适用于较大尺寸的磁环。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，用于解决现有技术中存在的装置复杂、有影响检测精度的因素以及适用范围较窄的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案，包括支撑及固定装置1，以及固定在其上的上料装置2、检测装置3、分拣装置4和显示装置5，其中：
所述支撑及固定装置1采用立方体框架结构；
所述上料装置2包括上料滑道21，以及设置在上料滑道21的出口位置并能通过挡板驱动装置驱动实现开合的上料挡板22；
所述检测装置3包括两个滚轴31、两部第一工业相机32、第二工业相机33和一对工件引导防抖挡板34；所述两个滚轴31平行分布且间距可调，通过滚轴座固定在待测工件检测工位的底平面上，用于支撑待测工件且驱动待测工件围绕其中心轴线旋转；所述两部第一工业相机32对称分布在待测工件检测工位两侧且间距可调，用于采集待测工件的两个端面外观图像；所述第二工业相机33设置在待测工件检测工位上方，其与待测工件之间的距离可调，用于采集待测工件的外环面外观图像；所述一对工件引导防抖挡板34对称分布在待测工件检测工位上方，且位于待测工件两个端面的两侧；
所述分拣装置4包括分拣滑道41、次品滑道42、疑品滑道43和下料拨杆装置44；所述分拣滑道41的入口与待测工件检测工位的出口连接；所述次品滑道42固定在分拣滑道41底面上设置的次品下料口上，所述疑品滑道43固定在分拣滑道41底面上设置的疑品下料口上，次品下料口和疑品下料口上各设置有一个下料口挡板45；所述拨杆装置44设置在待测工件检测工位下方，用于将待测工件拨入分拣滑道41的入口内；
所述显示装置5固定在支撑及固定装置1上；
所述工件引导防抖挡板34的一端与上料滑道21的出口端连接，另一端搭在分拣滑道41的入口位置。
上述一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，所述对称分布在待测工件检测工位两侧的两部第一工业相机32，其光学中心线与位于检测工位上的待测工件中心轴线重合。
上述一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，所述第二工业相机33，其光学中心线与两部第一工业相机32的光学中心线共面。
上述一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，所述两部第一工业相机32和第二工业相机33，其上各设置有一个辅助光源，用于防止采集待测工件外观图像时光线较暗或不均匀对图像效果的影响。
上述一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，所述一对工件引导防抖挡板34，其间距与待测工件的厚度相当，且该工件引导防抖挡板34的上沿低于待测工件内环的上沿。
上述一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，所述上料滑道21和分拣滑道41，其入口高于出口。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
第一，本发明通过对称分布在待测工件检测工位两侧的两部第一工业相机采集待测工件的两个端面的外观图像，通过设置在待测工件检测工位上方第二工业相机采集待测工件外环面的外观图像，仅需一个检测工位就能实现对待测工件多个面外观图像的同时采集，避免了现有技术中采用多个工位和多个相机带来的结构复杂的缺陷，操作简单，成本低且易于维护。
第二，本发明待测工件通过在滑道中的移动实现上料和分拣，通过两个滚轴实现对待测工件的支撑，并驱动待测工件围绕其中心轴线旋转实现对待测工件的检测，避免了现有技术中存在的待测工件之间震动摩擦影响检测精度的缺陷，消除了影响检测精度的因素。
第三，本发明用于两个滚轴之间的距离、两部第一工业相机之间的距离以及第二工业相机与待测工件之间的距离均能根据待测工件的规格实现调节，可以满足对不同规格待测工件的检测和分拣的需要，与现有技术相比，拓宽了适用范围。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明上料装置的结构示意图；
图3为本发明检测装置的结构示意图；
图4为本发明两个滚轴与待测工件的位置关系图；
图5为本发明第一工业相机辅助光源的工作原理图；
图6为本发明分拣装置的结构示意图。
具体实施方法
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
参照图1，本发明包括安装支撑及固定装置1、上料装置2、检测装置3、分拣装置4和显示装置5。
本实施例待测工件内径d1为32mm，外径d2为65mm，厚度h为10mm。
所述支撑及固定装置1采用立方体框架结构，装置左侧设置有待测工件入口，便于对接待测工件磨加工生产线，待测工件入口紧接上料装置2；支撑及固定装置1在上料装置2的出口位置设置检测装置3的安装位置；支撑及固定装置1中固定检测装置的底面设置有用于固定两个滚轴31的滚轴座滑槽，便于调节两个滚轴31的间距；支撑及固定装置1在检测装置检测工位两侧设置有可以沿待测工件中心轴线方向滑动的相机固定支架，相机固定支架上设置可以有上下调节的滑槽，便于调节两部第一工业相机32与待测工件表面的距离以及调节两部第一工业相机32光学中心线的高度；支撑及固定装置1在检测装置检测工位上方立柱上设置有用于安装检测装置第二工业相机33相机固定支架的滑槽，便于调节第二工业相机33与待测工件的高度与水平位置；支撑及固定装置1在检测装置3的出口位置设置分拣装置4的安装位置；装置右下方设置有次品出口和疑品出口，便于次品的回收和疑品的二次质检；装置右侧设置有合格品出口，便于合格品收集或对接自动化打包装置。
参照图2，所述上料装置2包括上料滑道21和上料挡板22；上料滑道21由上料底板和与之垂直固定的两块高度为30mm的上料侧板组成，两块上料侧板平行设置，之间的距离为10.5mm，上料底板与地面构成7°倾角，固定在支撑及固定装置1上；上料挡板22与上料滑道21中待检测工件的移动方向垂直，并通过安装在上料底板上的伺服电机驱动。
参照图3，所述检测装置3包括两个滚轴31、两部第一工业相机32、第二工业相机33和一对工件引导防抖挡板34。
所述两个滚轴31通过滚轴座固定在支撑及固定装置1中检测装置底面设置的滚轴座滑槽内，通过滑槽可以调节两个滚轴的间距，用于支撑待测工件且驱动待测工件围绕其中心轴线旋转；为获得较好的驱动效果，两个滚轴31表面为橡胶材质，可以在驱动待测工件时有较大的摩擦力。
参照图4，待测工件通过上料滑道21滚落到两个滚轴31上，待测工件的中心轴线与两个滚轴31的中心轴平行，待测工件端面中心与两个滚轴31轴心形成等腰三角形结构，两个滚轴31中的一个为主动滚轴，并通过同步带与步进电机连接，使用spta算法控制电机转动，可驱动待测工件连续转动或每次转动一定角度，目的在于完成待测工件多角度、全方位外观图像采集。为获得较好支撑和驱动效果，滚轴直径d5、两个滚轴间距L可根据下式确定：
0.2d2≤d5≤0.3d2
本实施例d5为15mm，L为45mm，待测工件转动次数为5次，即每次转动72°。
所述两部第一工业相机32对称安装在支撑及固定装置1在待测工件检测工位两侧设置的相机固定支架上，相机固定支架可以在支撑及固定装置1设置的滑槽内移动，可以根据待测工件大小以及选配的镜头调节第一工业相机32与待测工件表面的距离，通过相机固定支架上的滑槽调节相机光学中心线的高度，便于两部第一工业相机32光学中心线与待测工件中心轴线重合，更好地采集待测工件的两个端面外观图像；两部第一工业相机32均使用顺华利高清500万30帧面阵相机，配备8mm光学镜头，分别连接相应检测主机，检测主机采用NVIDIA Jetson TX2硬件平台；使用环状机器视觉光源作为辅助光源，用于采集外观图像时提供较好的光线条件，获得高质量外观图像，便于缺陷检测。
参照图5，两部第一工业相机32的辅助光源安装时应避免对侧光源对本侧图像采集的影响，环状机器视觉光源S通过其外壳上的三个固定螺丝安装在第一工业相机32配备的光学镜头上，环状机器视觉光源S的发光面与第一工业相机32光学轴线垂直，面向待测工件，使得环状机器视觉光源S光学中心轴线与第一工业相机32光学中心轴线重合；环状机器视觉光源S光学中心轴线与第一工业相机32光学中心A安装距离为30mm，环形环状机器视觉光源S光学中心B距待测工件W几何中心O为120mm。环状机器视觉光源S′与环状机器视觉光源S安装方法相同，相对于待测工件呈镜像分布。根据辅助光源与待测工件的位置关系，选择合适尺寸的环状机器视觉光源可以避免对侧光源对本侧图像采集的影响，通过下式可以求出满足需求的环状机器视觉光源发光区域的最小内径d3和最大外径d4：
其中：x1为第一工业相机32光学中心A距环状机器视觉光源S光学中心B的距离，x2为环状机器视觉光源S光学中心B距待测工件W几何中心的距离。
本实施例选择内径72mm、外径110mm的白色LED环状机器视觉光源，色温为6500K。
所述第二工业相机33安装在支撑及固定装置1在待测工件检测工位上方设置的相机固定支架上，通过相机固定支架滑槽可以调节第二工业相机33与待测工件的高度以及水平位置，使其光学中心线与两部第一工业相机32的光学中心线共面，更好地采集待测工件的外环面外观图像。第二工业相机33使用顺华利高清500万30帧面阵相机，配备8mm光学镜头，分别连接相应检测主机，检测主机采用NVIDIA Jetson TX2硬件平台；为了使待测工件外环面获得较好光线条件，便于外环面检测主机进行图像采集和缺陷检测。第二工业相机33设置的辅助光源使用2个条形60*20mm的LED发光板，色温为6500K，发光表面覆盖一层均光板，沿待测工件滚动方向对称安装于第二工业相机33两侧，构成120°夹角。
所述一对工件引导防抖挡板34的一端与上料滑道21出口端相连，另一侧搭在分拣滑道41入口衔接位置处，对称分布在待测工件检测工位上方，且位于待测工件两个端面的两侧，安装时工件引导防抖挡板上沿低于待测工件内环的上沿，使得待测工件转动过程中可以暴露其全部端面，用于待测工件传送过程的引导和防止转动过程的抖动。一对工件引导防抖挡板34构成的间距与待测工件厚度相当，设置为10.5mm。工件引导防抖挡板使用3D打印机加工，材料为白色PLA，该材料不会损伤待测工件表面，具有一定弹性可使待测工件转动时获得更好的防抖效果，白色材料可以在外环面外观图像中与待测工件有明显区别，避免对缺陷检测造成影响。
参照图6，所述分拣装置4包括分拣滑道41、次品滑道42、疑品滑道43、下料拨杆装置44和两个下料口挡板45。
所述分拣滑道41由分拣底板和与之垂直固定的两块高度为30mm的分拣侧板组成，两块分拣侧板之间的距离在衔接工件引导防抖挡板34处较宽于工件引导防抖挡板34的末端宽度，设置为20mm，后渐变为10.5mm，直至分拣滑道出口位置，分拣底板与地面构成7°的倾角，固定在支撑及固定装置1上；分拣底板设置有两个下料口，用于次品和疑品分拣时进入相应轨道的入口，设置为10.5*100mm。
所述次品滑道42和疑品滑道43分别由分拣底板和与之垂直固定的两块高度为30mm的分拣侧板组成，两块上料侧板平行设置，之间的距离为10.5mm。次品滑道42连接分拣滑道底面的次品下料口和支撑及固定装置1设置的次品出口，疑品滑道42连接分拣滑道底面的疑品下料口和支撑及固定装置1设置的疑品出口，固定在支撑及固定装置1上。次品滑道42和疑品滑道43设置为弧形滑道，其目的是尽量减少待测工件掉落的碰撞力度，避免对待测工件造成二次伤害。
所述拨杆装置44安装在检测装置检测工位下方，其拨动方向与待测工件运动方向相同，在检测装置检测工位下方安装伺服电机作为拨杆装置44的驱动装置。拨杆装置通过向运动方向拨动待测工件，破坏两个滚轴31对其的平衡支撑力，将待测工件从两个滚轴31上经过工件引导防抖挡板34滚入分拣滑道41的入口内。
所述两个下料口挡板45分别安装在分拣滑道41底板上设置的下料口位置，通过安装在分拣滑道41上的伺服电机作为驱动装置，实现下料口的开合，挡板面积要足以遮盖分拣滑道41底板上设置的下料口，设置为20mm*250mm。下料口挡板45一端搭在次品滑道或疑品滑道的入口位置，另一端与伺服电机转动轴固定。
显示装置5固定在支撑及固定装置1右上角，用于显示工作状态、装置故障报警、检测结果统计等信息。
本发明的工作原理是：
待测工件从支撑及固定装置1左侧的入口处，两个端面平行于上料滑道21的上料侧板滚入，滚落到上料挡板22处，***控制器控制安装在上料底板上的伺服电机打开上料挡板22，待测工件通过工件引导防抖挡板34滚落到检测装置3中两个滚轴31构成的检测工位上。
两部第一工业相机32和第二工业相机33同时采集待测工件外观图像，与两部第一工业相机32和第二工业相机33相连的检测主机利用得到的外观图像处理获得检测结果，并将检测结果汇报至***控制器。
***控制器汇总所有检测主机汇报的检测结果，判断待测工件旋转次数是否满足预设，即是否完成多角度、全方位检测，未完成多角度检测时***控制器控制步进电机通过同步轮同步带驱动两个滚轴31旋转，其中主动滚轴旋转带动待测工件发生旋转，转动指定角度后再次采集外观图像，处理图像获得结果并汇报至***控制器，重复上述步骤直到完成多角度、全方位图像采集和检测，然后***控制器控制安装检测工位下方的伺服电机驱动下料拨杆装置44，将待测工件通过工件引导防抖挡板34拨入分拣滑道41。
***控制器汇总所有检测主机的多次检测结果，当其中一个或多个检测主机汇报待测工件为有缺陷的次品时，***控制器控制安装在分拣滑道41上的伺服电机打开次品下料口的下料口挡板45，使在分拣滑道41上滚落的待测工件掉落到次品滑道42后滚出，否则待测工件继续在分拣滑道41滚落；当其中一个或多个检测主机汇报待测工件为难以分辨的疑品时，***控制器控制安装在分拣滑道41上的伺服电机打开疑品下料口的下料口挡板45，使疑品掉落到疑品滑道43后滚出；当所有主机汇报待测工件均为合格品时，***控制器控制安装在分拣滑道41上的伺服电机关闭两个下料口挡板45，待测工件从分拣滑道41出口即支撑及固定装置1右侧设置的合格品出口滚出。
***控制器将检测结果与统计信息显示到显示装置5上，开始下一个待测工件检测任务。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，其特征在于，包括支撑及固定装置(1)，以及固定在其上的上料装置(2)、检测装置(3)、分拣装置(4)和显示装置(5)，其中：
所述支撑及固定装置(1)采用立方体框架结构；
所述上料装置(2)包括上料滑道(21)，以及设置在上料滑道(21)的出口位置并能通过挡板驱动装置驱动实现开合的上料挡板(22)；
所述检测装置(3)包括两个滚轴(31)、两部第一工业相机(32)、第二工业相机(33)和一对工件引导防抖挡板(34)；所述两个滚轴(31)平行分布且间距可调，通过滚轴座固定在待测工件检测工位的底平面上，用于支撑待测工件且驱动待测工件围绕其中心轴线旋转；所述两部第一工业相机(32)对称分布在待测工件检测工位两侧且间距可调，用于采集待测工件的两个端面外观图像；所述第二工业相机(33)设置在待测工件检测工位上方，其与待测工件之间的距离可调，用于采集待测工件的外环面外观图像；所述一对工件引导防抖挡板(34)对称分布在待测工件检测工位上方，且位于待测工件两个端面的两侧；
所述分拣装置(4)包括分拣滑道(41)、次品滑道(42)、疑品滑道(43)和下料拨杆装置(44)；所述分拣滑道(41)的入口与待测工件检测工位的出口连接；所述次品滑道(42)固定在分拣滑道(41)底面上设置的次品下料口上，所述疑品滑道(43)固定在分拣滑道(41)底面上设置的疑品下料口上，次品下料口和疑品下料口上各设置有一个下料口挡板(45)；所述拨杆装置(44)设置在待测工件检测工位下方，用于将待测工件拨入分拣滑道(41)的入口内；
所述显示装置(5)固定在支撑及固定装置(1)上；
所述工件引导防抖挡板(34)的一端与上料滑道(21)的出口端连接，另一端搭在分拣滑道(41)的入口位置。
2.根据权利要求1所述的一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，其特征在于，所述对称分布在待测工件检测工位两侧的两部第一工业相机(32)，其光学中心线与位于检测工位上的待测工件中心轴线重合。
3.根据权利要求2所述的一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，其特征在于，所述第二工业相机(33)，其光学中心线与两部第一工业相机(32)的光学中心线共面。
4.根据权利要求2所述的一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，其特征在于，所述两部第一工业相机(32)和第二工业相机(33)，其上各设置有一个辅助光源，用于防止采集待测工件外观图像时光线较暗或不均匀对图像效果的影响。
5.根据权利要求1所述的一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，其特征在于，所述一对工件引导防抖挡板(34)，其间距与待测工件的厚度相当，且该工件引导防抖挡板(34)的上沿低于待测工件内环的上沿。
6.根据权利要求1所述的一种环状铁氧体外观缺陷检测和分拣装置，其特征在于，所述上料滑道(21)和分拣滑道(41)，其入口高于出口。
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