專利名稱：基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及快速分揀系統(tǒng)，具體涉及一種基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微小零件是指零件外形幾何尺寸小于5mm的零件。由于微小零件在軍品、民品和工業(yè)品中的應(yīng)用廣泛，其零件表面瑕疵檢測(cè)是零件生產(chǎn)中對(duì)于零件質(zhì)量檢測(cè)與精度控制的一個(gè)重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的對(duì)微小零件的檢測(cè)依然依靠人工檢測(cè)，由于檢測(cè)的零件小，人工檢測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，且效率低，漏檢率高，勢(shì)必造成零件質(zhì)量控制的缺陷，因而迫切需要一種在線的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。雖然圖像處理技術(shù)在很多檢測(cè)領(lǐng)域都有使用，但大部分都是對(duì)于較大零件的的檢測(cè)，或者針對(duì)零件尺寸的檢測(cè)。在微小零件的生產(chǎn)中，一般生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品數(shù)量 大，而目前采用的檢測(cè)方法一是難以滿足其檢測(cè)精度及分辨率要求，二是難以滿足其檢測(cè)速度要求，特別是在要求檢測(cè)速度達(dá)每分鐘3000個(gè)以上。在目前已有的專利中，發(fā)明專利CN101832951A公開了一種《基于機(jī)器視覺系統(tǒng)的PVC圓形管材表面瑕疵在線檢測(cè)方法》，其主要是針對(duì)大型管材表面質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)方法僅限于大尺寸零件，且不需要檢測(cè)前期的自動(dòng)篩選排序及后期的自動(dòng)剔除等工作，無法滿足微小零件檢測(cè)中提出的分揀速度的要求，因而并不適用于微小零件的分揀工作。由目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)“微小零件幾何尺寸自動(dòng)檢測(cè)裝置”(《兵工自動(dòng)化》2009年12月)可知其主要針對(duì)微小零件的尺寸進(jìn)行檢測(cè)，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)端面圓內(nèi)的凹凸、麻點(diǎn)、裂紋等的檢測(cè)。綜上，為克服針對(duì)微小圓柱體零件篩選困難、相互之間干擾較大以及檢測(cè)分辨率較高的問題，同時(shí)需要檢測(cè)零件表面的凹凸、刮傷、裂紋、麻點(diǎn)等缺陷，有必要開發(fā)一種新型的針對(duì)微小零件的分揀系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，該分揀系統(tǒng)可以對(duì)微小的圓柱體零件實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)動(dòng)檢測(cè)并分揀，特別是對(duì)于零件表面的凹凸、刮傷、裂紋、麻點(diǎn)等缺陷能夠起到精確的判別并剔除；同時(shí)能夠?qū)υ撐⑿×慵膱D像進(jìn)行處理，達(dá)到了較高的檢測(cè)精度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，由工件篩選模塊、檢測(cè)模塊、軟件控制系統(tǒng)以及檢測(cè)后處理模塊組成，其中檢測(cè)模塊處在工件篩選模塊軌道兩側(cè)；檢測(cè)模塊通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)上的軟件控制系統(tǒng)相連；檢測(cè)后處理模塊與檢測(cè)模塊直接相連，同時(shí)受計(jì)算機(jī)軟件控制系統(tǒng)控制。所述的工件篩選模塊主要由送料機(jī)構(gòu)、多通道篩選軌道、齒輪撥盤、料筒組成，該模塊針對(duì)微小零件進(jìn)行篩選、排序，使得微小零件成同一方向等間距排列進(jìn)入測(cè)量。
所述的檢測(cè)模塊對(duì)微小零件的端面圖像進(jìn)行采集，其硬件設(shè)備包括CCD工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭、圖像采集卡及光源系統(tǒng)，其中工業(yè)鏡頭通過C/CS接口與CXD工業(yè)相機(jī)連接；CXD工業(yè)相機(jī)通過數(shù)據(jù)線與圖像采集卡相連；圖像采集卡通過計(jì)算機(jī)PCI插槽與計(jì)算機(jī)連接；光源系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)模塊提供要求的光照條件。 所述的檢測(cè)后處理模塊由PLC控制系統(tǒng)接收軟件控制系統(tǒng)提供的檢測(cè)結(jié)果信號(hào)，控制氣槍的閥門開關(guān)，對(duì)不合格零件進(jìn)行剔除。所述的軟件控制系統(tǒng)對(duì)采集到的端面圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并做出判斷.
所述的軟件控制系統(tǒng)采用Microsoft Visual C++6. 0開發(fā),能夠與圖像采集卡進(jìn)行硬件通信，對(duì)圖像采集卡采集到的微小零件圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和判斷，并達(dá)到要求的分辨率和精度.
所述的軟件控制系統(tǒng)針對(duì)微小零件圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的步驟包括
(1)圖像的預(yù)處理彩色圖像灰度化處理、濾波處理。將采集到的彩色圖像變換成灰度圖像，并將其進(jìn)行濾波處理，以減少處理時(shí)的干擾；
(2)圖像的二值化處理。對(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化處理，以方便后續(xù)處理工作；
(3)采用hough變換進(jìn)行圓度擬合，以提高檢測(cè)精度，并獲取圖像圓心參數(shù)；
(4)根據(jù)獲得的圖像圓心參數(shù)，以圓心為基準(zhǔn)，將整個(gè)圖像平移使其圓心與標(biāo)準(zhǔn)模版的圓心位置重合；
(5)將待檢測(cè)工件圖像與標(biāo)準(zhǔn)模版匹配。本發(fā)明在利用C⑶應(yīng)用技術(shù)來獲取工件圖像的同時(shí)，基于圖像處理技術(shù)對(duì)獲取的微小零件端面圖像進(jìn)行處理，因此和現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)
其一.能對(duì)微小零件進(jìn)行快速分揀，在零件分揀的過程中，零件的篩選和剔除完全自動(dòng)控制，無需人工干預(yù)，分揀時(shí)間短，效率高，且檢測(cè)精度可達(dá)0. 02mm。其二.使用方便，操作簡(jiǎn)單。在設(shè)備安裝調(diào)試完畢之后，只需要一個(gè)人即可操作控制軟件，點(diǎn)擊開始檢測(cè)之后，完全無需人工干預(yù)，即可完成分揀工作。檢測(cè)精度的具體計(jì)算如下
根據(jù)硬件參數(shù)，所采用的工業(yè)CCD相機(jī)采用的是1/3"面陣CCD，其靶面尺寸為h (水平)Xv(垂直)=4. 8mm X 3. 6mm,根據(jù)鏡頭說明書,所采用的鏡頭焦距f=17. 64mm,檢測(cè)清晰的物距D=50mm，則根據(jù)視場(chǎng)計(jì)算公式
f _ k _ V
m
計(jì)算可得h " =13. 6mm, v " =10. 2mm
根據(jù)實(shí)際采集的圖像數(shù)據(jù)，其圖像像素為HXV=720像素X576像素，
則水平分辨率= 13.6/720 = 0.0189應(yīng)
垂直分辨率6 二 10.2 / 576 = 0.0177
即檢測(cè)精度約為0. 02mm?？傊?，本發(fā)明主要解決了目前微小零件生產(chǎn)中針對(duì)零件表面質(zhì)量檢測(cè)效率低，漏檢率高，人工成本大的問題。該分揀系統(tǒng)主要包括工件篩選模塊、檢測(cè)模塊、軟件控制系統(tǒng)以及檢測(cè)后處理模塊。本發(fā)明主要用于解決對(duì)微小圓柱體零件的在線檢測(cè)并分揀，特別是對(duì)于零件表面的凹凸、刮傷、裂紋、麻點(diǎn)等缺陷能夠起到精確的判別并剔除，保證分揀出的產(chǎn)品的合格率，且要求達(dá)到較高的分揀速度。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I的結(jié)構(gòu)布局圖。圖3是微小零件圖像處理的流程圖。圖2中1.送料機(jī)構(gòu)；2.多通道篩選軌道；3.料筒；4.齒輪撥盤；5.微小零件；6. CXD背光板；7. CXD工業(yè)相機(jī)；8.氣槍；9.不合格品庫(kù)；10.合格品庫(kù)；
11.PLC控制器；12.計(jì)算機(jī)；13.圖像采集卡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明提供的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，由工件篩選模塊、檢測(cè)模塊、軟件控制系統(tǒng)以及檢測(cè)后處理模塊組成，其中檢測(cè)模塊處在工件篩選模塊軌道兩側(cè)；檢測(cè)模塊通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)上的軟件控制系統(tǒng)相連；檢測(cè)后處理模塊與檢測(cè)模塊直接相連，同時(shí)受計(jì)算機(jī)軟件控制系統(tǒng)控制。所述的工件篩選模塊主要是針對(duì)微小零件的篩選排序工作。該模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由送料機(jī)構(gòu)I、多通道篩選軌道2、料筒3、齒輪撥盤4等部分組成，其中多通道篩選軌道能對(duì)針對(duì)微小零件5進(jìn)行篩選、排序，并以特殊的軌道防止微小零件在輸送軌道上的旋轉(zhuǎn)、滾動(dòng)，使得其成同一方向等間距排列進(jìn)入測(cè)量。所述的特殊軌道是與零件外形匹配的凹形槽軌道，防止輸送軌道的運(yùn)動(dòng)造成微小零件的旋轉(zhuǎn)和滾動(dòng)。所述的工件篩選模塊，其工作過程是微小零件5由送料機(jī)構(gòu)I送入多通道篩選軌道2，經(jīng)過多通道篩選軌道的三級(jí)篩選，使得微小零件5成為單層單列排列，然后經(jīng)過齒輪撥盤3的分度，使其等間距分度，再經(jīng)過空間姿態(tài)調(diào)整，所述零件進(jìn)入凹形槽軌道，進(jìn)入檢測(cè)。所述的檢測(cè)模塊是對(duì)微小零件的端面圖像進(jìn)行采集，其硬件設(shè)備包括CCD工業(yè)相機(jī)7、工業(yè)鏡頭、圖像采集卡及光源系統(tǒng)，其中工業(yè)鏡頭通過C/CS接口與CXD工業(yè)相機(jī)連接；C⑶工業(yè)相機(jī)通過數(shù)據(jù)線與圖像采集卡相連；圖像采集卡通過計(jì)算機(jī)PCI插槽與計(jì)算機(jī)連接；光源系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)模塊提供要求的光照條件。所述的檢測(cè)后處理模塊主要是針對(duì)檢測(cè)的結(jié)果對(duì)不合格零件進(jìn)行剔除工作。該檢測(cè)后處理模塊由PLC控制系統(tǒng)接收軟件控制系統(tǒng)提供的檢測(cè)結(jié)果信號(hào)，控制氣槍的閥門開關(guān)，對(duì)不合格零件進(jìn)行剔除。所述的軟件控制系統(tǒng)對(duì)采集到的端面圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并做出判斷。該控制系統(tǒng)可以采用Microsoft Visual C++6. 0開發(fā),能夠與圖像采集卡進(jìn)行硬件通信,對(duì)圖像采集卡采集到的微小零件圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和判斷，并達(dá)到要求的分辨率和精度，如圖3所示，其針對(duì)微小零件的處理主要包括如下步驟
(I)圖像的預(yù)處理彩色圖像灰度化處理、濾波處理。將采集到的彩色圖像變換成灰度圖像，并將其進(jìn)行濾波處理，以減少處理時(shí)的干擾。(2)圖像的二值化處理。對(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化處理，以方便后續(xù)處理工作。(3)采用hough變換進(jìn)行圓度擬合，以提高檢測(cè)精度，并獲取圖像圓心參數(shù)。其具體實(shí)施如下
設(shè)在笛卡爾坐標(biāo)系下的圓的方程為
權(quán)利要求
1.一種基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其特征在于由工件篩選模塊、檢測(cè)模塊、軟件控制系統(tǒng)以及檢測(cè)后處理模塊組成，其中檢測(cè)模塊處在工件篩選模塊軌道兩側(cè)；檢測(cè)模塊通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)上的軟件控制系統(tǒng)相連；檢測(cè)后處理模塊與檢測(cè)模塊直接相連，同時(shí)受計(jì)算機(jī)軟件控制系統(tǒng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其特征在于工件篩選模塊主要由送料機(jī)構(gòu)(1)、多通道篩選軌道(2 )、料筒(3 )、齒輪撥盤(4 )組成，該模塊針對(duì)微小零件進(jìn)行篩選、排序，使得微小零件成同一方向等間距排列進(jìn)入測(cè)量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)模塊對(duì)微小零件的端面圖像進(jìn)行采集，其硬件設(shè)備包括CCD工業(yè)相機(jī)、工業(yè)鏡頭、圖像采集卡及光源系統(tǒng)，其中工業(yè)鏡頭通過C/CS接口與CXD工業(yè)相機(jī)連接；(XD工業(yè)相機(jī)通過數(shù)據(jù)線與圖像采集卡相連；圖像采集卡通過計(jì)算機(jī)PCI插槽與計(jì)算機(jī)連接；光源系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)模塊提供要求的光照條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其特征在于檢測(cè)后處理模塊由PLC控制系統(tǒng)接收軟件控制系統(tǒng)提供的檢測(cè)結(jié)果信號(hào)，控制氣槍的閥門開關(guān)，對(duì)不合格零件進(jìn)行剔除。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其特征在于軟件控制系統(tǒng)對(duì)采集到的端面圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并做出判斷.。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其特征在于所述的軟件控制系統(tǒng)采用Microsoft Visual C++6. 0開發(fā)，實(shí)現(xiàn)與圖像采集卡進(jìn)行硬件通信，對(duì)圖像采集卡采集到的微小零件圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和判斷，并達(dá)到要求的分辨率和精度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其特征在于所述的軟件控制系統(tǒng)針對(duì)微小零件圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的步驟包括 (1)圖像的預(yù)處理包括彩色圖像灰度化處理、濾波處理，具體是將采集到的彩色圖像變換成灰度圖像，并將其進(jìn)行濾波處理，以減少處理時(shí)的干擾； (2)圖像的二值化處理對(duì)灰度圖像進(jìn)行二值化處理，以方便后續(xù)處理工作； (3)采用hough變換進(jìn)行圓度擬合，并獲取圖像圓心參數(shù)； (4)根據(jù)獲得的圖像圓心參數(shù)，以圓心為基準(zhǔn)，將整個(gè)圖像平移使其圓心與標(biāo)準(zhǔn)模版的圓心位置重合； (5)將待檢測(cè)工件圖像與標(biāo)準(zhǔn)模版匹配。
全文摘要
本發(fā)明提供的基于圖像處理的微小零件自動(dòng)分揀系統(tǒng)，其由工件篩選模塊、檢測(cè)模塊、軟件控制系統(tǒng)以及檢測(cè)后處理模塊組成，其中檢測(cè)模塊處在工件篩選模塊軌道兩側(cè)；檢測(cè)模塊通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)上的軟件控制系統(tǒng)相連；檢測(cè)后處理模塊與檢測(cè)模塊直接相連，同時(shí)受計(jì)算機(jī)軟件控制系統(tǒng)控制。本發(fā)明主要解決了目前微小零件生產(chǎn)中針對(duì)零件表面質(zhì)量檢測(cè)效率低，漏檢率高，人工成本大的問題；本發(fā)明能夠?qū)ξ⑿A柱體零件的在線檢測(cè)并分揀，特別是對(duì)于零件表面的凹凸、刮傷、裂紋、麻點(diǎn)等缺陷能夠起到精確的判別并剔除，保證分揀出的產(chǎn)品的合格率，且要求達(dá)到較高的分揀速度。
文檔編號(hào)G01N21/89GK102621156SQ201210057870
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者盧紅, 王友 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)