CN220983032U - 一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置 - Google Patents

Abstract

本说明书提供一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置，该***通过第一料斗、第一传送机构、第二料斗、第二传送机构、物料收集器形成两条颗粒物自由下落的路径，通过第一相机拍摄用于异形检测的图像，通过相对错开设置的第二相机、第三相机拍摄用于异色检测的彩色图像，通过检测***对图像进行分析、处理、统计，得到异形异色的检测结果。通过颗粒物外观检测装置进行异形异色检测可以减少人为操作的主观性和差异性，提高检测的准确性和重复性；避免目前经常存在的检测人员视觉疲劳的问题；减少人工操作和时间成本，极大地提高颗粒物检测的效果。

Description

一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置

技术领域

本申请涉及检测技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置。

背景技术

热塑性颗粒状树脂具有更好的力学性能和化学耐腐蚀性、更高的使用温度、高强度和硬度、机械性能(优异的断裂韧性和损伤容限)、优良的耐疲劳性能、能够模塑成型复杂几何形状和结构、可调的导热性、可回收性、在恶劣环境的稳定性好、可重复成型、可焊接和修补等特点。因此热塑性颗粒状树脂被广泛应用于人类生活工作的方方面面。

在实际应用中，热塑性颗粒状树脂经常被直接本色展示在使用者面前，为了减少颗粒中杂质的含量，提高颗粒的成品率，对树脂颗粒进行检测筛选是必要选择。

石油化工行业对于塑料颗粒的外观质量有着严格的标准要求。目前，验证产品外观性能的主要方法仍然是依靠人工目视检查。依据石油化工行业标准《SH/T 1541.1-2019塑料颗粒外观试验方法第1部分：目测法》(以下简称1541标准)中，主要用人工目视方法作为测试手段。该测试方法对缺陷外观进行了分类定义：

1、黑粒：整颗粒子可见部分为黑色或深褐色的粒子；

2、黑斑粒：除黑粒外，目视可见黑色或深褐色斑点的颗粒；

3、色粒：除黑粒、黑斑粒和树脂应有的颜色外其它颜色的粒子；

4、大粒：尺寸大于5mm的筛余粒子，以及两颗及两颗以上粒子粘连的各种类型的连粒和细长粒子；

5、小粒：尺寸小于2mm的筛余粒子，包括碎屑和碎粒；

6、蛇皮粒：形似蛇皮的带状树脂；

7、拖尾粒：因切粒不良产生的带锥角或毛刺的粒子；

8、絮状物：棉絮团状、纤维丝状或具有一定宽度的带状树脂。

进一步，以上塑料颗粒外观缺陷可分为三大类：

1、异色类：黑粒、黑斑粒、色粒，也就是树脂应有的颜色外的其它颜色的粒子；

2、尺寸类：大粒、小粒，也就是过筛尺寸大于5mm和小于2mm的塑料颗粒；

3、形状类：蛇皮粒、拖尾粒、絮状物，也就是塑料颗粒原有外形以外的异常形状。

除分类定义外，1541标准中要求：“将1000g树脂粒料经试验用套筛筛出定义中规定的大粒、小粒。之后，最多在10min的时间内，用镊子拣出1000g粒料中的其他各类粒子，并分类统计(1个塑料颗粒的重量约为0.025g，1000g塑料颗粒的数量约为4万个)”。

然而，采用人工目视方法的测试过程存在一些不足。根据1541标准的要求，在10分钟内检查4万个塑料颗粒，并从中挑选出各类异常颗粒，这需要操作者高度集中注意力和视觉判断力。但人工目视方法容易受到主观性、操作者间的差异性以及长时间目视导致的疲劳等问题的影响，从而使测试结果的准确性和重复性难以保证。

实用新型内容

本说明书提供一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置，以解决现有颗粒物检测方法的准确性和重复性较差的问题。

为解决上述技术问题，本说明书第一方面提供一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置，包括：第一料斗，用于接收待检测的颗粒物；第一传送机构，位于第一料斗的下方，用于将第一料斗中下落的颗粒物传送至第二料斗上方，并使颗粒物在第二料斗的上方自由下落至第二料斗中；第二料斗，设置在第一传送机构下方，用于收集从第一传送机构下落的颗粒物；第二传送机构，位于第二料斗的下方，用于将第二料斗中下落的颗粒物传送至物料收集器上方，并使颗粒物在物料收集器的上方自由下落至物料收集器中；物料收集器，设置在第二传送机构下方，用于收集从第二传送机构下落的颗粒物；用于异形检测的第一相机，设置在第一传送机构与第二料斗之间，并配有光源，拍摄从第一传送机构自由下落的颗粒物的图像；第一相机为线阵扫描相机；用于异色检测的第二相机和第三相机，均设置在第二传送机构与物料收集器之间；第二相机与第三相机相对设置在颗粒物自由下落路径的两侧，并且在颗粒物自由下落路径方向上错开设置，并分别配有光源；第二相机和第三相机用于分别从自由下落的颗粒物的两侧拍摄颗粒物的图像；第二相机和第三相机为彩色线阵扫描相机；检测***，与第一相机、第二相机、第三相机连接；检测***用于接收第一相机、第二相机、第三相机拍摄的图像，分析处理统计数据，显示检测结果；控制***，用于控制颗粒物外观检测装置中设备的运行。

本实用新型并不特别限制用于异形检测的第一相机是黑白相机还是彩色相机，只要是线阵扫描相机即可，但本实用新型特别推荐使用黑白相机。在一些实施例中，第一相机为黑白线阵扫描相机。

采用黑白相机可以节省计算资源，在消耗最少资源的情况下提高异形检测速率。在同样的配置下，采用黑白相机可以提供按异形检测效率，更快地得出异形检测结果。

在一些实施例中，用于异形检测的第一相机设置逆光光源，以使第一相机逆光拍摄颗粒物；控制***控制逆光光源的开关状态和/或亮度。

采用逆光光源一方面能够进行补光，另一方面还能够凸显出颗粒物的轮廓特征，从而提高异形检测的准确性。

用于异色检测的第二相机、第三相机分别设置有漫反射光源，以漫反射光源拍摄颗粒物；控制***分别控制不同漫反射光源的开关状态和/或亮度。

本实用新型的传动方式并不特别限制，在一些实施例中，所述第一传送机构和/或所述第二传送机构为振动台、传送带均可。

本实用新型不特别限制控制***的形式，仪器、仪表控制，计算机控制均可，只要能控制颗粒物外观检测装置中设备的运行即可。颗粒物外观检测装置中设备可以是传动机构、相机、光源、计算机等。

本实用新型不特别限制检测***，该检测***用于接收第一相机、第二相机、第三相机拍摄的图像，根据图像数据分析处理统计数据，最终统计出大粒、小粒、蛇皮粒、拖尾粒和絮状物以及黑粒、黑斑粒、色粒的情况，显示检测结果，通常以安装有数据处理的软件的电脑和打印设备为主。

在一些实施例中，所述颗粒物外观检测装置还包括：称重传感器，设置在物料收集器下方，并与检测***连接，用于检测物料收集器中收集的颗粒物的总重量；称重传感器由控制***控制启动关闭，并将数据传输至检测***。

在一些实施例中，所述颗粒物外观检测装置还包括：第一剔除机构，设置在第一相机与第二料斗之间；第一剔除机构与检测***、控制***连接，根据检测***的识别结果，由控制***控制剔除异形颗粒。

在一些实施例中，所述颗粒物外观检测装置还包括：第二剔除机构，设置在第二相机与物料收集器之间，和/或第三相机与物料收集器之间；第二剔除机构与检测***、控制***连接，根据检测***的识别结果，由控制***控制剔除异色颗粒。

本说明书提供的基于机器视觉的颗粒物外观检测装置，通过第一相机拍摄用于异形检测的图像，通过相对错开设置的第二相机、第三相机拍摄用于异色检测的彩色图像，通过检测***对图像进行分析、处理、统计，得到异形异色的检测结果。通过颗粒物外观检测装置进行异形异色检测可以减少人为操作的主观性和差异性，提高检测的准确性和重复性；避免目前经常存在的检测人员视觉疲劳的问题；减少人工操作和时间成本，极大地提高颗粒物检测的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本说明书提供的基于机器视觉的颗粒物外观检测装置的一个示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

本说明书提供一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置，如图1所示，包括第一料斗1、第一传送机构2、第二料斗3、第二传送机构4、物料收集器5、用于异形检测的第一相机6、用于异色检测的第二相机7和第三相机8、检测***9和控制***10。

第一料斗1用于承装待检测的颗粒物。

第一传送机构2位于第一料斗1的下方，用于将第一料斗1中下落的颗粒物传送至第二料斗3上方，并使颗粒物在第二料斗3的上方自由下落至第二料斗3中。

本说明书中的颗粒物可以包括指热塑性颗粒状树脂，例如：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、抗冲击聚苯乙烯(PS-I)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVAC)等，或者其改性颗粒状塑料。

第一传送机构2可以为振动台，或者电机带动的传送带。

第一传送机构2中的传送面(即放置颗粒物的表面)可以是平面，也可以是斜面。在传送面是平面的情况下，通过电机带动平面运动，从而使得颗粒物从第一料斗1的下方移动至第二料斗3的上方。在传送面是斜面的情况下，颗粒物可以在斜面的支撑及引导下移动至第二料斗3的上方。

本说明书中的“自由下落”是指在没有任何物体支撑的情况下下落。

第二料斗3设置在第一传送机构2下方，用于收集从第一传送机构2下落的颗粒物。第二料斗3与第一料斗1在水平方向上错位设置。

第二传送机构4位于第二料斗3的下方，用于将第二料斗3中下落的颗粒物传送至物料收集器5上方，并使颗粒物在物料收集器5的上方自由下落至物料收集器5中。

第二传送机构4可以为振动台，或者电机带动的传送带。

第二传送机构4中的传送面(即放置颗粒物的表面)可以是平面，也可以是斜面。在传送面是平面的情况下，通过电机带动平面运动，从而使得颗粒物从第二料斗3的下方移动至物料收集器5的上方。在传送面是斜面的情况下，颗粒物可以在斜面的支撑及引导下移动至物料收集器5的上方。

本说明书中的“自由下落”是指在没有任何物体支撑的情况下下落。

物料收集器5设置在第二传送机构4下方，用于收集从第二传送机构4下落的颗粒物。

用于异形检测的第一相机6设置在第一传送机构2与第二料斗3之间，并配有光源，拍摄从第一传送机构2自由下落的颗粒物的第一图像。第一相机6为线阵扫描相机。

第一相机6可以为黑白相机，也可以是彩色相机。优选的，第一相机6是能够拍摄出黑白图像的黑白线阵扫描相机。采用黑白相机可以节省计算资源，在消耗最少资源的情况下提高异形检测速率。在同样的配置下，采用黑白相机可以提供按异形检测效率，更快地得出异形检测结果。

本实用新型并不特别限制用于异形检测的第一相机是黑白相机还是彩色相机，只要是线阵扫描相机即可，但本实用新型特别推荐使用黑白相机。

用于异色检测的第二相机7、第三相机8均设置在第二传送机构4与物料收集器5之间。第二相机7与第三相机8相对设置在颗粒物自由下落路径的两侧，并且在颗粒物自由下落路径方向上错开设置，并分别配有光源。第二相机7和第三相机8用于分别从自由下落的颗粒物的两侧拍摄颗粒物的图像。

第二相机7和第三相机8在颗粒物自由下落路径方向上“错开设置”，一方面能够减少第二相机7、第三相机8相互之间的拍摄干扰，另一方面能够从正反两面分别拍摄颗粒物图像，从而根据正反两方面检测颗粒物是否为异色颗粒，防止由于一侧表面的颜色未被拍摄到导致的检测结果不准确的问题。

第二相机7和第三相机8是能够拍摄出彩色图像的彩色线阵扫描相机。

检测***9与第一相机6、第二相机7、第三相机8连接。检测***9用于接收第一相机6、第二相机7、第三相机8拍摄的图像，分析处理统计数据，显示检测结果。

检测***9可以基于第一相机6拍摄的图像识别出异形颗粒，基于第二相机7、第三相机8拍摄的图像识别出异色颗粒，然后对异形颗粒、异色颗粒的检测结果进行统计，形成检测报告，显示检测报告。

从图像中检测出异形颗粒的方法、从图像中检测出异色颗粒的方法都是现有技术中存在的，本使用新型的改进目标不在于检测方法的改进，因此对异形颗粒、异色颗粒的检测方法不再详述。

异形颗粒是指形状与正常颗粒物不同的颗粒物。例如背景技术中所述的大粒、小粒、蛇皮粒、拖尾粒和絮状物。

异色颗粒是指颜色与正常颗粒物不同的颗粒物。例如背景技术中所述的黑粒、黑斑粒、色粒。

现有技术中存在大量目标检测算法可以用于从图像中检测出异形颗粒、异色颗粒，检测***9所采用的检测方法可以是现有技术中已经存在的方法，本方案对于具体检测方法不再详述。

控制***10用于控制颗粒物外观检测装置中设备的运行。该设备可以是传动机构、相机、光源、计算机等。

本说明书提供的基于机器视觉的颗粒物外观检测装置，通过第一相机拍摄用于异形检测的图像，通过相对错开设置的第二相机、第三相机拍摄用于异色检测的彩色图像，通过检测***对图像进行分析、处理、统计，得到异形异色的检测结果。通过颗粒物外观检测装置进行异形异色检测可以减少人为操作的主观性和差异性，提高检测的准确性和重复性；避免目前经常存在的检测人员视觉疲劳的问题；减少人工操作和时间成本，极大地提高颗粒物检测的效果。

用于异形检测的第一相机设置逆光光源，以使第一相机逆光拍摄颗粒物。如图1所示，可以将逆光光源11与第一相机6设置在颗粒物下落路径的两侧，使逆光光源11的平行光朝向第一相机6照射。

第一相机6所拍摄的图像用于检测异形颗粒，更为关注颗粒物的形状，通过采用第一相机6逆光拍摄图像颗粒物，能够凸显出颗粒物的轮廓特征，从而提高异形检测的准确性。

由控制***10控制逆光光源的开关状态和/或亮度。

例如，在基于机器视觉的颗粒物外观检测装置启动检测模式的时候，控制***10可以自动控制逆光光源11启动，在检测完毕后，控制***10可以自动控制逆光光源11关闭。

再例如，在第一相机拍摄的图片亮度小于预定阈值的情况下，可以向控制***10发送信号，控制***10可以控制逆光光源11的亮度提高一个级别。控制***10可以预先将逆光光源11的亮度划分为多个级别。

在一些实施例中，用于异色检测的第二相机7、第三相机8分别设置有漫反射光源，以漫反射光源拍摄颗粒物。

漫反射光源是基于漫反射原理发光的光源。漫反射光源具有亮度均匀的特点。如图1所示，12和13分别为两个漫反射光源的示意图，每个漫反射光源对应一个相机。漫反射光源与相机设置在颗粒物下落路径的两侧。漫反射光源包括光源和漫反射板。光源位于漫反射板的朝向颗粒物的一侧，并朝向漫反射板照射。漫反射板为表面凹凸不平的板，光源出射的光在漫反射板表面发生漫反射，反射光照向颗粒物。

第二相机7和第三相机8拍摄的图像用于检测异色颗粒，更为关注颗粒物的颜色，而颗粒物表面的弧面在平行光照射下通常会形成镜面反光，从而干扰异色检测结果。本方案通过设置漫反射光源能够使得，一方面能够提高颗粒物内部的透光性，便于检测出颗粒物内部的杂质颜色，另一方面能够使得颗粒物被均匀光照射，防止出现镜面反光，提高异色检测的准确性。

由控制***10分别控制两个不同的漫反射光源的开关状态和/或亮度。第二相机7、第三相机8分别对应一个漫反射光源。

例如，在基于机器视觉的颗粒物外观检测装置启动检测模式的时候，控制***10可以自动控制漫反射光源启动，在检测完毕后，控制***10可以自动控制漫反射光源关闭。

再例如，在相机拍摄的图片亮度小于预定阈值的情况下，可以向控制***10发送信号，控制***10可以控制漫反射光源的亮度提高一个级别。控制***10可以预先将漫反射光源的亮度划分为多个级别。

第二相机7、第三相机8分别对应的漫反射光源的开关状态、亮度可以是同步控制的，也可以是分别控制而不同步的。第二相机7、第三相机8分别对应的漫反射光源的亮度可以是相同的，也可以是不同的。

本说明书中的第一相机、第二相机、第三相机中的“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分不同的相机，并不表示相机的工作顺序等与顺序相关的含义。

在一些实施例中，如图1所示，基于机器视觉的颗粒物外观检测装置还包括：称重传感器14，设置在物料收集器5下方，并与检测***9连接，用于检测物料收集器5中收集的颗粒物的总重量。称重传感器14由控制***10控制启动关闭。称重传感器14将数据传输至检测***。

在一些实施例中，如图1所示，基于机器视觉的颗粒物外观检测装置还包括：第一剔除机构，设置在第一相机6与第二料斗3之间。第一剔除机构与检测***9、控制***10连接，根据检测***9的识别结果，由控制***10控制剔除异形颗粒。

在一些实施例中，如图1所示，基于机器视觉的颗粒物外观检测装置还包括：第二剔除机构，设置在第二相机7与物料收集器5之间，和/或设置在第三相机8与物料收集器5之间。

第二剔除机构与检测***9、控制***10连接，用于根据检测***9的识别结果，由控制***10控制剔除异色颗粒。

上述第一剔除机构和/或第二剔除机构可以通过控制挡板转动以改变颗粒物运动路径的方式剔除颗粒物，也可以通过控制吹起机构吹气的方式剔除颗粒物。

基于上述检测***9的检测结果，该基于机器视觉的颗粒物外观检测装置还可以自动实现千分异形率、千分异色率、千分异形异色率、千克异形率、千克异色率、千克异形异色率等指标的检测，得到较为完善的颗粒物检测报告。

虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的颗粒物外观检测装置，其特征在于，包括：

第一料斗，用于接收待检测的颗粒物；

第一传送机构，位于第一料斗的下方，用于将第一料斗中下落的颗粒物传送至第二料斗上方，并使颗粒物在第二料斗的上方自由下落至第二料斗中；

第二料斗，设置在第一传送机构下方，用于收集从第一传送机构下落的颗粒物；

第二传送机构，位于第二料斗的下方，用于将第二料斗中下落的颗粒物传送至物料收集器上方，并使颗粒物在物料收集器的上方自由下落至物料收集器中；

物料收集器，设置在第二传送机构下方，用于收集从第二传送机构下落的颗粒物；

用于异形检测的第一相机，设置在第一传送机构与第二料斗之间，并配有光源，拍摄从第一传送机构自由下落的颗粒物的图像；第一相机为线阵扫描相机；

用于异色检测的第二相机和第三相机，均设置在第二传送机构与物料收集器之间；第二相机与第三相机相对设置在颗粒物自由下落路径的两侧，并且在颗粒物自由下落路径方向上错开设置，并分别配有光源；第二相机和第三相机用于分别从自由下落的颗粒物的两侧拍摄颗粒物的图像；第二相机和第三相机为彩色线阵扫描相机；

检测***，与第一相机、第二相机、第三相机连接；检测***用于接收第一相机、第二相机、第三相机拍摄的图像，分析处理统计数据，显示检测结果；

控制***，用于控制颗粒物外观检测装置中设备的运行。

2.根据权利要求1所述的颗粒物外观检测装置，其特征在于，第一相机为黑白线阵扫描相机。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒物外观检测装置，其特征在于，用于异形检测的第一相机设置逆光光源，以使第一相机逆光拍摄颗粒物；控制***控制逆光光源的开关状态和/或亮度。

4.根据权利要求1所述的颗粒物外观检测装置，其特征在于，用于异色检测的第二相机、第三相机分别设置有漫反射光源，以漫反射光源拍摄颗粒物；控制***分别控制不同漫反射光源的开关状态和/或亮度。

5.根据权利要求1所述的颗粒物外观检测装置，其特征在于，第一传送机构和/或第二传送机构为振动台或传送带。

6.根据权利要求1所述的颗粒物外观检测装置，其特征在于，所述颗粒物外观检测装置还包括：

称重传感器，设置在物料收集器下方，并与检测***连接，用于检测物料收集器中收集的颗粒物的总重量；称重传感器由控制***控制启动关闭，并将数据传输至检测***。

7.根据权利要求1所述的颗粒物外观检测装置，其特征在于，所述颗粒物外观检测装置还包括：

第一剔除机构，设置在第一相机与第二料斗之间；第一剔除机构与检测***、控制***连接，根据检测***的识别结果，由控制***控制剔除异形颗粒。

8.根据权利要求1所述的颗粒物外观检测装置，其特征在于，所述颗粒物外观检测装置还包括：

第二剔除机构，设置在第二相机与物料收集器之间，和/或第三相机与物料收集器之间；第二剔除机构与检测***、控制***连接，根据检测***的识别结果，由控制***控制剔除异色颗粒。