基于机器视觉的批量零件自动检测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于机器视觉的批量零件自动检测系统及方法。所述的监测系统包括下方设有下光源、上方设有上光源的透明工作台，上光源与下光源分别与光源照明控制器连接；上光源上方设有工业相机，工业相机下侧设有镜头，镜头透过上光源镂空处对准透明工作台。方法为：先对工件进行几何量检测；将采集到的图像信息作为模板零件信息的有关测量操作处理信息存入系统数据库，以供后续零件测量时自动调用；将工件置于透明工作台上，使镜头对准该工件，该工件成像后判断其与模板零件信息的相似性；最后进行自动检测并判断合格性，输出测量报表。本发明利用机器视觉关于图像处理和数据库等技术，通过机器示教方式实现连续大批量零件的快速、自动检测。
【专利说明】基于机器视觉的批量零件自动检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于机器视觉的批量零件几何误差自动检测系统及方法，属于零件尺寸和形状误差测量领域。
【背景技术】
[0002]工业制造自动化水平和加工工艺的提高，导致工件的加工速度和精度不断提高，对零件检测手段、检测速度和精度提出了更高的要求。一般来说，零件的测量项目主要是尺寸、形状(直线度、圆度)和位置误差(垂直度、平行度、位置度等)，而且一个零件的测量项目往往不止一个，传统的测量方法(如卡尺)无法实现高效率和高精度。特别是，生产流水线上源源不断生产出的同规格的零件的测量具有重复性，靠传统的测量方法显得特别繁琐，效率及其底下。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种能对批量零件的几何误差进行自动检测的系统及方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于机器视觉的批量零件自动检测系统，其特征在于，包括透明工作台，透明工作台下方设有下光源，透明工作台上方设有上光源，上光源与下光源分别与光源照明控制器连接；上光源上方设有工业相机，工业相机下侧设有镜头，上光源对应镜头处设有镂空，镜头透过上光源镂空处对准透明工作台。
[0005]优选地，所述的上光源包括外罩，外罩内侧底部设有均勻布置的LED。
[0006]待测零件置于透明玻璃工作台上，由结构光源进行照明。可以调节光强以使待测特征得到最佳的对比度反映。零件通过镜头和相机的光路系统成像，通过图像采集卡传输到计算机进行处理以获取几何误差等信息。
[0007]本发明还提供了一种基于机器视觉的批量零件自动检测方法，其特征在于，采用上述的基于机器视觉的批量零件自动检测系统，具体步骤如下:
[0008]步骤I):同一批次的工件先对其进行几何量检测:先获取其中任意一个工件或该工件的模板的图像:将任意一个工件或该工件的模板置于透明工作台上，使镜头对准该工件或模板，通过工业相机将该工件或模板的图像信息存储至图像采集卡内，然后进行常规信号处理，最后进行测量操作；
[0009]步骤2):将步骤I)采集到的图像信息作为模板零件信息的有关测量操作处理信息存入系统数据库，以供后续零件测量时自动调用；
[0010]步骤3):将工件置于透明工作台上，使镜头对准该工件，该工件成像后判断其与模板零件信息的相似性，相似度达到设定阈值后才进行自动检测操作，否则提示用户该工件不属于同一规格或批次；
[0011]步骤4):进行同规格工件的自动检测:调取模板零件信息以对该工件进行自动图像信息处理，获取各项目测量值并判断合格性，最后输出测量报表。
[0012]优选地，所述步骤I)中的常规信号处理为滤波、二值化和亚像素边缘检测中的任意一种或几种。
[0013]优选地，所述步骤I)中的测量操作为拟合特征、特征测量或两者均实施。
[0014]优选地，所述上光源、下光源的光照强度在同一批次的工件检测过程中保持不变。
[0015]本发明基于机器视觉的影像式测量系统以现代光学为基础，融光电子学、计算机图像学、信息处理、自动控制等科学技术为一体，可以利用它提高检测效率和保证产品质量。本发明利用机器视觉关于图像处理和数据库等技术，通过机器示教方式实现连续大批量零件的快速、自动检测。
[0016]实现几何量测量是本发明的实施目标，测量的几何量包括:距离、直径、角度、直线度、圆度、垂直度和平行度等常规项目。批量零件的自动检测机理是机器示教，由系统对第一个模板零件建立测量样例，并保持对此模板进行的各测量信息。本批量中其它零件的测量则是模板测量的复现。
[0017]本发明的关键技术是图像配准和机器学习方法。由于零件摆放的位姿(位置和角度)不同，模板零件的特征选择区域并不对应后续待测零件的位姿，必须进行处理。本发明采用了一种基于零件截面图像轮廓形心与最小外接矩形的配准方法，可求取模板特征选区到待测零件特征选区的高精度映射。机器学习的实现方法是通过对模板零件的特征拟合方法和特征测量项目的归纳，把这些操作步内容用统一的数据表格进行存储，在后续测量中则自动调用这些数据以复现测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明提供的基于机器视觉的批量零件自动检测系统的示意图；
[0019]图2为实施例中原始图像与边缘图像的对比图；
[0020]图3为实施例中待测工件的特征项目示意图；
[0021]图4为基于图像轮廓形心和最小外接矩形配准法的基准图像与待配准图像的对比图；
[0022]图5为本发明提供的基于机器视觉的批量零件自动检测方法的流程图；
[0023]图6为实施例中待测工件框选点配准法的示意图。
【具体实施方式】
[0024]为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0025]实施例
[0026]如图1所示，为本发明提供的基于机器视觉的批量零件自动检测系统的示意图，包括透明工作台6，透明工作台6下方设有下光源7，透明工作台6上方设有上光源3，上光源3与下光源7分别与光源照明控制器9连接；上光源3上方设有工业相机1，工业相机I下侧设有镜头2，上光源3对应镜头2处设有镂空，镜头2透过上光源3镂空处对准透明工作台6。所述的上光源3包括外罩，外罩内侧底部设有均匀布置的左右2个LED4。
[0027]使用时，将待测工件5置于透明玻璃工作台6上，由上光源3和下光源7同时照明，照明强度可通过光源控制器进行调节。应注意:下光源7的作用是突出零件轮廓的对比度，上光源3用于反映零件的表面特征，光强调节用于使工件5特征得到最佳反映以便于后续处理和测量。工件5通过定焦定倍镜头2和高分辨率工业相机I成像后通过图像采集卡8传输到计算机中进行信号处理。
[0028]假设有同规格的一批零件需要测量，具体步骤如下:
[0029]步骤1:同一批次的工件先对其进行几何量检测:先获取其中任意一个工件或该工件的模板的图像:将任意一个工件或该工件的模板置于透明工作台6上，使镜头2对准该工件或模板，通过工业相机I将该工件或模板的图像信息存储至图像采集卡8内，然后进行常规信号处理，图像处理包括通用的预处理和有关特征测量的个性化处理，通用预处理包括滤波去噪、二值化和边缘检测，最后进行测量操作；
[0030]步骤2:将步骤I采集到的图像信息作为模板零件信息的有关测量操作处理信息存入系统数据库，以供后续零件测量时自动调用；
[0031]步骤3:将工件5置于透明工作台6上，使镜头2对准该工件5，该工件5成像后判断其与模板零件信息的相似性，相似度达到设定阈值后才进行自动检测操作，否则提示用户该工件5不属于同一规格或批次；
[0032]步骤4:进行同规格工件的自动检测:调取模板零件信息以对该工件5进行自动图像信息处理，获取各项目测量值并判断合格性，最后输出测量报表。
[0033]上光源3、下光源7的光照强度在同一批次的工件检测过程中保持不变。
[0034]其中，步骤I的具体说明如下:
[0035]由于每一个零件成像后均采用相同的处理方法和参数，所以通用预处理信息不需要记录进数据库，而具有个性化的拟合特征用的选择框区域点和测量项目等信息则需要记录到数据库中，成像和预处理后得到具有如图2所示的图像(左侧为原始图像，右侧为边缘图像)。把第一个零件作为测量模板，建立测量样例(需要输入测量样例名以区别不同的批次的零件，本例中以“Parti”作为样例名)。把模板零件的图像进行预处理后获得边缘图像，后续的处理都围绕这个边缘图像进行。
[0036]现假设针对这个零件需要测量5个项目，涉及到的直线段和圆弧段特征如图3所示，分别为:
[0037](I)直线段A和直线段B所形成的角度；
[0038](2)直线段C和直线段D之间的距离；
[0039](3)直线段C对直线段D的平行度；
[0040](4)直线段C的直线度；
[0041](5)左圆弧段L的圆度。
[0042]为了提取这些直线段和圆弧段特征，本实施例采取了 4个框选点组成区域再拟合特征的办法，框选区域内的待测特征即为取样和评定区域。将框选区域内的亚像素特征点进行最小二乘拟合获得待测特征方程，即可进行后续测量处理。
[0043]在对零件模板进行特征框选时，需要把这些框选点坐标存入数据库，具有如下表所示的数据结构:
[0044]表一:测量用拟合特征定义
[0045][0046]
【权利要求】
1.一种基于机器视觉的批量零件自动检测系统，其特征在于，包括透明工作台(6)，透明工作台(6)下方设有下光源(7)，透明工作台(6)上方设有上光源(3)，上光源(3)与下光源(7)分别与光源照明控制器(9)连接；上光源(3)上方设有工业相机(I)，工业相机(I)下侧设有镜头(2)，上光源(3)对应镜头(2)处设有镂空，镜头(2)透过上光源(3)镂空处对准透明工作台(6)。
2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的批量零件自动检测系统，其特征在于，所述的上光源(3)包括外罩，外罩内侧底部设有均匀布置的LED(4)。
3.一种基于机器视觉的批量零件自动检测方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的基于机器视觉的批量零件自动检测系统，具体步骤如下: 步骤I):同一批次的工件先对其进行几何量检测:先获取其中任意一个工件或该工件的模板的图像:将任意一个工件或该工件的模板置于透明工作台(6)上，使镜头(2)对准该工件或模板，通过工业相机(I)将该工件或模板的图像信息存储至图像采集卡(8)内，然后进行常规信号处理，最后进行测量操作； 步骤2):将步骤I)采集到的图像信息作为模板零件信息的有关测量操作处理信息存入系统数据库，以供后续零件测量时自动调用； 步骤3):将工件(5)置于透明工作台(6)上，使镜头(2)对准该工件(5)，该工件(5)成像后判断其与模板零件信息的相似性，相似度达到设定阈值后才进行自动检测操作，否则提示用户该工件(5)不属于同一规格或批次； 步骤4):进行同规格工件的自动检测:调取模板零件信息以对该工件(5)进行自动图像信息处理，获取各项目测量值并判断合格性，最后输出测量报表。
4.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的批量零件自动检测方法，其特征在于，所述步骤I)中的常规信号处理为滤波、二值化和亚像素边缘检测中的任意一种或几种。
5.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的批量零件自动检测方法，其特征在于，所述步骤I)中的测量操作为拟合特征、特征测量或两者均实施。
6.如权利要求3所述的一种基于机器视觉的批量零件自动检测方法，其特征在于，所述上光源(3)、下光源(7)的光照强度在同一批次的工件检测过程中保持不变。
【文档编号】G01B11/00GK103499296SQ201310496405
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】周虎, 李月, 林夕腾, 禚洪昌, 吴平平, 谈高超 申请人:东华大学
文档序号 :
【 6180311 】
技术研发人员：周虎,李月,林夕腾,禚洪昌,吴平平,谈高超
技术所有人：东华大学
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
技术研发人员：周虎,李月,林夕腾,禚洪昌,吴平平,谈高超
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