專利名稱：高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測方法及設備的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及到生產線上自動檢測設備領域，特指一種對生產線上罐蓋質量進 行檢測的方法和設備。
背景技術：
在高速自動化生產線中，如何對產品進行快速、準確的質量檢測，并且將不合格產 品快速剔出，是直接關系到產品質量的重要技術難題。目前大多數產品質量檢測及分類主 要依靠人工方法，尤其對于金屬制品的質量檢測。人工檢測缺陷在于1、檢測速度慢、效率 低，無法滿足高速自動化生產線需求；2、檢測精度低，檢測質量受人為因素影響，錯誤、誤檢 率較高；3、工人勞動強度大，工作環境差；4、人力資源浪費，無法滿足當前工業現代化管理 要求。對于金屬材料產品的人工質量檢測還存在人工污染的問題。對于高速自動化生產線來說，罐蓋經過壓蓋、卷邊及涂膠等工藝流程之后，存在 的主要質量問題包括1、罐蓋表面有污染、破損、劃痕；2、膠水區缺膠、無膠；3、多個罐蓋重 疊。由于罐蓋為金屬材質，其質量判別標準包括清潔度檢測、形狀檢測、寬度檢測，因此基于 光電傳感器的檢測方案無法實現，只有采用機器視覺方法，通過獲取檢測對象的圖像進行 質量檢測。與常規的機器視覺檢測系統相比，金屬制品(針對罐蓋)的機器視覺檢測存在以 下難題1、成像較常規透明材料困難；2、罐蓋形狀特殊，無法用常規的機械裝置進行抓取、 傳送及剔出；3、罐質量檢測對象為罐多個區域，不同于常規的對象整體檢測；4、金屬材質 產品特征不明顯，檢測錯誤率高。因此，金屬材質罐蓋質量在線自動化檢測是一個懸而未決 的技術難題。
發明內容
本發明要解決的技術問題就在于針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一 種結構簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、精確度高、檢測速度快的高速生產線上罐蓋質量的 機器視覺在線檢測方法及設備。為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案。一種高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測方法，其特征在于在自動化生 成線上，將需要檢測的罐蓋分離成單個罐蓋，單個罐蓋在傳送裝置上運動；當罐蓋運動到傳 送裝置的檢測工位時，成像系統對罐蓋高速成像；獲取的罐蓋圖像輸送工業計算機并由工 業計算機進行處理，對多個檢測區域進行質量檢測，產生質量判斷信號；根據檢測結果，位 于傳送裝置剔出工位上的剔出裝置將不合格產品剔出；合格產品在傳送裝置上繼續運動， 經過整形裝置后有序地輸出。作為本發明的進一步改進所述工業計算機對產品圖像的處理流程為①獲取罐蓋的模板圖像，根據模板圖像確定檢測對象幾何特征和檢測區域參數；
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②檢測對象定位利用檢測區域參數在獲取的模板圖像中對檢測對象進行定位， 得出檢測對象在模板圖像中的位置信息；③多檢測區域標定利用位置信息和檢測區域幾何參數對多個檢測區域進行標 定；④多區域特征檢測對多個檢測區域分別進行檢測，并根據各個區域檢測結果給 出產品質量檢測結果。本發明進一步公開了一種高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測設備，其特 征在于包括進蓋裝置、傳送裝置、整形裝置、剔出裝置、成像系統、工業計算機以及電氣控 制系統，所述進蓋裝置裝設于傳送裝置的輸入端，所述整形裝置裝設于傳送裝置的輸出端， 所述傳送裝置的輸送線上設有檢測工位和剔出工位，所述成像系統裝設于檢測工位處，所 述剔出裝置裝設于剔出工位處，所述成像系統與工業計算機的圖像信號輸入端相連，所述 工業計算機的控制信號輸出端與剔出裝置相連。所述進蓋裝置包括進蓋槽、分蓋機構和下蓋電機，所述分蓋機構包括對稱布置的 第一分蓋導軌、第二分蓋導軌、行星輪體系，所述第一分蓋導軌包括第一分蓋導軌擋蓋薄 片、第一分蓋導軌分蓋槽和第一分蓋導軌螺旋槽。第二分蓋導軌包括第二分蓋導軌擋蓋薄 片、第二分蓋導軌分蓋槽和第二分蓋導軌螺旋槽，所述行星輪系包括第一行星輪、第二行星 輪、第三行星輪，所述進蓋槽位于第一分蓋導軌、第二分蓋導軌之間。所述下蓋電機通過行 星輪系與第一分蓋導軌、第二分蓋導軌相連。所述傳送裝置包括傳送裝置支架、傳送帶、密封箱體以及傳送裝置驅動電機，密封 箱體固定于傳送裝置支架上，所述傳送帶鋪設于密封箱體上，所述傳送帶通過傳動機構與 傳送裝置驅動電機相連。所述密封箱體通過密封箱體接口與真空泵相連，所述密封箱體接 口與密封箱體的內腔體相連通；所述密封箱體的上表面開設有若干個氣槽，與之對應在傳 送帶上開設有氣孔。針對傳送過程中傳輸階段、剔出階段和輸出階段對傳送摩擦力大小的 不同需求，采用氣壓控制方法并通過改變密封箱體上表面不同位置氣孔分布密度的方法實 現不同階段氣壓的調節。所述剔出裝置包括氣嘴、電磁閥、壓縮空氣輸入通道、空氣壓縮機，所述壓縮空氣 輸入通道用來連接空氣壓縮機，所述電磁閥采用常閉閥并與剔出控制器相連，所述剔出控 制器與工業計算機相連。整形裝置包括下蓋槽、整形齒輪機構、整形回轉體機構、產品傳輸通道以及真空泵 連接接口，所述整形齒輪機構包括整形齒輪、整形齒輪錐齒輪傳動裝置、整形齒輪傳動軸以 及整形齒輪驅動電機，所述整形齒輪驅動電機帶動整形齒輪傳動軸，所述整形齒輪傳動軸 通過整形齒輪錐齒輪傳動裝置與整形齒輪相連；所述整形齒輪機構和整形回轉體機構安裝 在下蓋槽之后的流水線上，整形齒輪機構、整形回轉體機構通過產品傳輸通道相連。所述成像系統包括視覺裝置支架以及固定于視覺裝置支架上的光源和工業(XD 相機，所述成像系統安裝在傳送裝置的檢測工位，所述工業(XD相機位于光源的正上方，所 述光源由第一光源和第二光源構成。與現有技術相比，本發明的優點就在于本發明實現了高速自動化生產線金屬罐 蓋質量自動化檢測，且具有結構簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、精確度高、檢測速度快等優 點，實現了每小時60000個的檢測速度，其檢測效果高于人工檢測效果，在檢測過程中不引入污染。本發明采用分布式控制網絡，各個控制節點可以實現對其控制對象的獨立控制，減少了對工業控制計算機的依賴。同時實現了各個控制節點實時控制與通信。本發明的檢測 算法可用于同類型異物檢測方法中。本發明通用性廣，稍加改造即可用于同類型產品質量 檢測。
圖1是檢測對象的俯視示意圖；圖2是本發明中高速罐蓋質量機器視覺在線檢測的工作流程示意圖；圖3是本發明中高速罐蓋質量機器視覺在線檢測方法的流程示意圖；圖4是本發明的高速罐蓋質量機器視覺在線檢測裝置整體結構左視圖；圖5是本發明的高速罐蓋質量機器視覺在線檢測裝置整體結構右視圖；圖6是本發明中進蓋裝置內部俯視結構示意圖；圖7是本發明中進蓋裝置內部側視機構示意圖；圖8是本發明中分蓋機構第一分蓋導軌的主視結構示意圖；圖9是本發明中分蓋機構第一分蓋導軌的俯視結構示意圖；圖10是本發明中分蓋機構第二分蓋導軌的主視結構示意圖；圖11是本發明中分蓋機構第二分蓋導軌的俯視結構示意圖；圖12是本發明中傳送裝置的結構示意圖；圖13是本發明中傳送裝置密封箱體上表面氣孔分布示意圖；圖14是本發明中傳送裝置傳送帶表面氣孔分布示意圖；圖15是本發明中傳送裝置和密封箱體和傳送帶共同作用產生的通氣孔分布示意 圖；圖16是本發明中剔出裝置的結構示意圖；圖17是本發明中整形裝置的結構示意圖；圖18是本發明中整形齒輪機構的結構示意圖；圖19是本發明中整形回轉體的結構示意圖；圖20是本發明中成像系統的結構示意圖；圖21是本發明的高速罐蓋質量機器視覺在線檢測裝置電氣系統框架結構示意 圖；圖22是本發明設備工業控制計算機所采用的檢測方法的流程示意圖；圖23是本發明檢測區域幾何參數的示意圖；圖24是本發明檢測方法定位步驟采用的定位區域的示意圖；圖25是本發明檢測方法定位步驟采用的邊緣定位方法的示意圖；圖26是本發明檢測方法定位步驟采用的檢測邊緣擬合方法的示意圖；圖27是本發明檢測方法定位步驟采用的嵌環檢測方法的示意圖；圖28是本發明檢測方法檢測效果的示意圖。圖例說明I、內表面檢測區域；II、嵌環檢測區域；III、膠水檢測區域；IV、卷緣檢測區域；V、 第一卷緣寬度檢測區域；VI、第二卷緣寬度檢測區域；1、進蓋裝置；11、進蓋槽；12、分蓋機構；13、下蓋電機；121、第一分蓋導軌；122、第二分蓋導軌；123、行星輪系；1231、第一行星輪；1232、第二行星輪；1233、第三行星輪；1211、第一分蓋導軌擋蓋薄片；1212、第一分蓋 導軌分蓋槽；1213、第一分蓋導軌螺旋槽；1221、第二分蓋導軌擋蓋薄片；1222、第二分蓋導 軌分蓋槽；1223、第二分蓋導軌螺旋槽；2、傳送裝置；21真空泵；211、真空泵氣管；22、傳送 裝置支架；23、傳送帶；24、密封箱體；25、傳送裝置驅動電機；26、檢測工位；27、剔出工位； 231、氣孔；241、真空泵接口 ；242、氣槽；3、整形裝置；31、下蓋槽；32、整形齒輪機構；33、整 形回轉體機構；34、產品傳輸通道；35、真空泵連接接口 ；321、整形齒輪；322、整形齒輪錐齒 輪傳動裝置；323、整形齒輪傳動軸；324、整形齒輪驅動電機；331、整形回轉體；332、整形回 轉體錐齒輪傳動裝置；333、整形回轉體傳動軸；334整形回轉體驅動電機；4、剔出裝置；41、 氣嘴；42、電磁閥；43、壓縮空氣輸入通道；44、空氣壓縮機；5、成像系統；51、工業CXD相機； 52、光源；53、視覺裝置支架；521、第一光源；522、第二光源。
具體實施例方式以下將結合具體實施例和說明書附圖對本發明做進一步詳細說明。參見圖1，為檢測對象的俯視示意圖。檢測對象由內表面檢測區域I、嵌環檢測區 域II、膠水檢測區域III、卷緣檢測區域IV、第一卷緣寬度檢測區域V及第二卷緣寬度檢測 區域VI組成。檢測目的在于檢測產品內表面檢測區域I、嵌環檢測區域II、膠水檢測區域 III、卷緣檢測區域IV是否被污染，膠水檢測區域III是否缺膠或無膠，第一卷緣寬度檢測 區域V及第二卷緣寬度檢測區域VI卷緣寬度，各檢測區域是否合乎規格，在制造過程中多 個罐蓋擠壓在一起。不合格特征表現在獲取的圖像中包括黑點、壓痕、劃傷等突變特征，卷 緣區域厚度超過標準，膠水區域偏白等。如圖2和圖3所示，為本發明工業計算機中對成像系統5采集到的圖像進行處理 的流程圖。首先，獲取檢測對象的模板圖像；在獲取的模板圖像中，提取出檢測對象的幾何 尺寸(表現為像素)，包括圓心、外徑；并且提取出檢測區域參數，其包括檢測對象圖像中內 表面檢測區域I內圓半徑、表面檢測區域I外圓環內徑、表面檢測區域I內圓環外徑、嵌環 檢測區域II的內徑和外徑、膠水檢測區域III的內徑和外徑、卷緣檢測區域IV的內徑和外 徑、第一卷緣寬度檢測區域V及第二卷緣寬度檢測區域VI中心點位置、長度、寬度。然后， 將模板圖像中檢測對象的圓心作為定位初始點，在外圓上選擇多個矩形區域作為檢測對象 的外圓搜索點。在實際檢測過程中，當獲取的模板圖像傳輸到工業計算機中后，首先利用設定的 定位區域對檢測對象進行定位，找到檢測對象的圓心，然后利用初始圓心與定位圓心的位 置關系對內表面檢測區域I、嵌環檢測區域II、膠水檢測區域III、卷緣檢測區域IV、第一卷 緣寬度檢測區域V及第二卷緣寬度檢測區域VI進行標定，使之位于檢測對象圖像中正確的 位置。然后對各個檢測區域分別檢測，并且根據多個檢測區域檢測結果給出檢測對象質量 判別結果。如圖4、5所示，本發明的高速罐蓋質量機器視覺在線檢測裝置包括進蓋裝置1、傳 送裝置2、整形裝置3、剔出裝置4、成像系統5、工業計算機以及電氣控制系統，進蓋裝置1 裝設于傳送裝置2的輸入端，整形裝置3裝設于傳送裝置4的輸出端，傳送裝置4的輸送線 上設有檢測工位26和剔出工位27，成像系統5裝設于檢測工位26處，剔出裝置4裝設于剔出工位27處，成像系統5與工業計算機的圖像信號輸入端相連，工業計算機的控制信號輸出端與剔出裝置4相連。參見圖6-11，本實施例中，進蓋裝置1包括進蓋槽11、分蓋機構12以及下蓋電機13。分蓋機構包括行星輪系123、對稱安裝于進蓋槽11兩側的第一分蓋導軌121和第二分蓋導軌122，行星輪系123包括第一行星輪1231、第二行星輪1232以及第三行星輪1233，第一分蓋導軌121與第二分蓋導軌122完全相同，第一分蓋導軌121包括第一分蓋導軌擋蓋薄片1211、第一分蓋導軌分蓋槽1212和第一分蓋導軌螺旋槽1213。第二分蓋導軌121包括第二分蓋導軌擋蓋薄片1221、第二分蓋導軌分蓋槽1222和第二分蓋導軌螺旋槽1223。第一分蓋導軌121和第二分蓋導軌122在下蓋電機13的帶動下做同向旋轉，罐蓋首先落在第一分蓋導軌121的第一分蓋導軌擋蓋薄片1211與第二分蓋導軌122的第二分蓋導軌擋蓋薄片1221之間，兩個擋蓋薄片的同時作用使得檢測對象無法向下運動；當第一分蓋導軌121與第二分蓋導軌122旋轉一定角度后，檢測對象落入第一分蓋導軌121的第一分蓋導軌分蓋槽1212與第二分蓋導軌122的第二分蓋導軌分蓋槽1222中；第一分蓋導軌121和第二分蓋導軌122繼續旋轉，檢測對象沿第一分蓋導軌121的第一分蓋導軌螺旋槽1213和第二分蓋導軌122的第二分蓋導軌螺旋槽1223向下運動，當運動到第一分蓋導軌螺旋槽1213和第二分蓋導軌螺旋槽1223末端時，落到傳送裝置2上。參見圖12，本實施例中，傳送裝置2包括傳送裝置支架22、傳送帶23、密封箱體24以及傳送裝置驅動電機25，密封箱體24固定于傳送裝置支架22上，傳送帶23鋪設于密封箱體24上，傳送帶23在傳送裝置驅動電機25的帶動下運動，傳送帶23的上表面始終向前運動。傳送裝置2的作用是將罐蓋由進蓋裝置1輸入端傳送到產品輸出端，并在傳送過程中實現對產品質量的檢測。密封箱體24的側面上依次設有檢測工位26和剔出工位27，成像系統5裝設于檢測工位26處，剔出裝置4裝設于剔出工位27處。如圖13-15所示，本實施例中，為了滿足在在傳送過程中傳輸區、剔出區、輸出區對于傳送裝置的需求，采用分段氣壓控制方法。在傳輸區，為了保證高的檢測速度，同時避免輕小罐蓋在運動過程中漂移，要求氣壓較大。在剔出區為了保證施加合適的力即可實現對罐蓋的剔出，要求罐蓋在此位置受到向下的大氣壓力較小。在輸出區要求氣壓在傳輸區氣壓和剔出區氣壓之間，壓力適中。針對上述要求，密封箱體24在與真空泵接口 241處通過真空泵氣管211與真空泵21相連，真空泵21將密封箱體24內的空氣抽出。密封箱體24上表面開設有若干個氣槽242，其分布情況如圖10所示，在傳輸區氣槽分布密集，在剔出區不開氣槽，在輸出區氣槽分布相對傳輸區疏松。傳送帶23上均勻開設氣孔231，其分布情況如圖11所示。由于傳送帶23裝配后緊密覆蓋于密封箱體24表面，因此在真空泵21工作時，氣槽242和氣孔231在傳送帶23表面產生通氣孔，其分布情況如圖12所示。通氣孔形成向下的氣壓梯度，從而將輕小罐蓋吸附在傳送帶23上，檢測對象與傳送帶23之間的摩擦力使檢測對象隨傳送帶23向前運動。在傳輸區，檢測對象受到的摩擦力最大；在輸出區，檢測對象受到的摩擦力次之；在剔出區，檢測對象受到的摩擦力最小。參見圖16，本實施例中，剔出裝置4安裝于傳動裝置2的剔出工位27處，其包括氣嘴41、電磁閥42、壓縮空氣輸入通道43、空氣壓縮機44。壓縮空氣輸入通道43用來連接空氣壓縮機44，電磁閥42采用常閉閥并與剔出控制器相連，剔出控制器與工業計算機相連。當剔出控制器接收到工業計算機發出的不合格信息后，向剔出控制器發出剔出信號，剔除控制器產生長度固定的脈沖信號，令電磁閥42通電導致閥門打開，壓縮空氣脈沖由氣嘴 41噴出，施加在不合格檢測對象上，將不合格產品由傳送帶23擊出，或擊出至次品箱中。參見圖17、圖18和圖19，本實施例中，整形裝置3包括下蓋槽31、整形齒輪機構 32、整形回轉體機構33、產品傳輸通道34、真空泵連接接口 35。其中，整形齒輪機構32包 括整形齒輪321、整形齒輪錐齒輪傳動裝置322、整形齒輪傳動軸323以及整形齒輪驅動電 機324。整形回轉體機構33包括整形回轉體331、整形回轉體錐齒輪傳動裝置332、整形回 轉體齒輪傳動軸333以及整形回轉體驅動電機334。整形齒輪驅動電機324與整形齒輪傳 動軸323相連，整形齒輪傳動軸323通過整形齒輪錐齒輪傳動裝置322與整形齒輪321相 連。整形齒輪機構32和整形回轉體機構33安裝在下蓋槽31之后的流水線上，整形齒輪機 構32、整形回轉體機構33通過產品傳輸通道34相連。合格的罐蓋產品由下蓋槽31進入產 品傳輸通道34中，水平運動的罐蓋沿下蓋槽31形成的曲面運動，運動方向由水平方向變為 曲面切線方向，罐蓋一邊首先與產品傳輸通道34底面接觸停止運動，另外一邊在慣性和真 空泵所產生的氣壓差作用下，繞靜止一邊旋轉繼續運動，使整個罐蓋豎直卡在整形齒輪321 上，在整形齒輪321的帶動下沿水平方向運動到另一端。后續進入產品傳輸通道34的罐蓋 對先進入的罐蓋產生推力，使之進入回轉體整形機構33。在回轉體整形機構33中，整形回 轉體機構331所構成的圓弧與檢測對象的外徑一致，罐蓋在回轉面的作用下豎直輸出。參見圖20，本實施例中，成像系統5包括視覺裝置支架53以及固定于視覺裝置支 架53上的光源52和工業(XD相機51，成像系統5安裝在傳送裝置2的檢測工位26。其中 工業(XD相機51位于光源52的正上方，光源52采用雙層環形光源結構，由第一光源521 和第二光源522構成，使得所有檢測對象的所有區域均能保證光照均勻，可以有效低消除 成像過程中單光源造成的陰影，這對于嵌環區域和卷緣區域的成像尤為重要。參見圖21，本實施例中，整個電氣控制系統對工業計算機、工業C⑶相機51、光電 信號處理器、剔出裝置氣壓控制器、剔出控制器、密封箱體氣壓測控裝置、下蓋電機控制器、 機械振動傳感器進行控制。其中工業(XD相機51通過1394總線與工業計算機相連，其他設 備與工業計算機組成RS485網絡。光電信號處理器由光電發射端、光電接收端構成，光電信 號處理器將光電接收端將接收到的光強信號量化化為數字信號，并且與預先設定的閾值進 行比較，當光強小于設定值時，認為有罐蓋通過，廣播該事件到所有節點，對通過罐蓋計數， 并且觸發工業C⑶相機51獲取圖像。當光源控制器接受到罐蓋通過事件即打開光源，對檢 測對象給光。工業接受觸發信號后一段時間才開始拍照以保證成像效果。工業C⑶相機51 圖像采集完成之后，通過1394總線將圖像傳輸到工業計算機中，工業計算機通過機器視覺 方法判斷，給出質量判別信號，信號通過控制網絡發送給剔出控制器，剔出控制器根據判別 信號，控制電磁閥的通斷，實現對次品的剔出。剔出控制器控制剔出過程，剔出工位和檢測 工位間隔一段距離，為了保證對不合格產品的準確剔出，在剔出工位之前安裝計數裝置，當 對某一個罐蓋判斷為不合格時，對于產品編號發送到剔出控制器，當計數裝置輸入與產品 編號一致時，對產品進行剔出。為了保證可靠性，結合傳送帶速度，計算傳送光電傳感器至 剔出工位距離所需的時間來進行剔出。密封箱體氣壓測控制裝置控制密封箱體24中的氣 壓，包括氣壓測量與控制，氣壓測量信號通過控制網絡發送給工業計算機，當氣壓過大或過 小時給出警報信號，氣壓控制通過控制真空泵電機轉速實現，目的是保證箱體內氣壓恒定。 剔出裝置氣壓控制器測量并控制剔出氣壓。氣壓控制通過空氣壓縮機的開關實現。
下蓋電機速度控制器通過控制直流電機的輸入電壓控制下蓋速度。工業計算機統 計進行一次判斷所需要的時間，利用這個時間控制下蓋電機13轉速。機械振動傳感器檢測 設備的振動狀況，安裝在密封箱體24上，可以對設備進行故障診斷。當設備振動劇烈時，降 低下蓋速度減輕振動。參見圖22，為本實施例中工業計算機對檢測對象的質量檢測方法步驟，包括1.檢測對象定位2.多檢測區域標定3.多區域特征檢測。三個步驟如下所述。內表面檢測區域I、嵌環檢測區域II、膠水檢測區域III、卷緣檢測區域IV、第一卷 緣寬度檢測區域V及第二卷緣寬度檢測區域VI1.檢測對象定位方法1)事先對檢測對象模板成像，根據圖像獲取檢測區域的特征值。如圖23所示，根 據檢測要求，內表面檢測區域I的一部分區域不要求檢測，檢測區域主要包括內表面檢測 區域I內圓區域、外圓環區域、嵌環檢測區域II、膠水檢測區域III、卷緣檢測區域IV，區域 參數主要包括圓心P1，內表面檢測區域I內圓半徑R1，內表面檢測區域I外圓環內徑R2、外 徑R3，嵌環檢測區域II內徑R4和外徑R5、膠水檢測區域III內徑R6和外徑R7，卷緣檢測 區域IV內徑R8和外徑R9，第一卷緣寬度檢測區域V矩形區域中心點P2、長度L1、寬度W1， 第二卷緣寬度檢測區域VI中心點P3、長度L2、寬度W3。2)設定定位參數。如圖24所示，在獲取的圖像中，以模板圖像中檢測對象圓心所 在位置為圓心產生多個矩形檢測窗口，窗口參數包括矩形中心點距圓心距離位置R10，窗口 長度L、寬度W，窗口中心線與水平線方向夾角。窗口設置要求
<formula>formula see original document page 10</formula>窗口寬度在10個像素左右。并且要求圓心參數盡可能靠近圖像中心或模板圖像 中檢測圖像中心位置。3)在獲取的檢測對象圖像矩形定位區域求出沿長度方向像素累加和一維輪廓，如 圖25所示。根據參數中心點位置，在每一個窗口中，對垂直于長邊的像素條進行灰度統計，得 到一個一維輪廓，對一維輪廓進行平滑，找到灰度突變點。過程如下假設矩形中心點為(X，一，長度為！^，寬度為仏角度為a，則沿中心線方向頂端像 素為(Xl，yi)，低端像素為(x2，y2)，且
<formula>formula see original document page 10</formula>從頂端像素開始根據中心點位置向矩形寬度方向拓展w\2，得到經過點(Xl，yi)，與水平方向夾角為90° -a的直線，直線經過的像素作為采樣點，對采樣點進行累加。沿經 過(x，y)，與水平方向夾角為a的直線以此求出采樣中心點以及采樣點，并且對采樣點進 行累加，直至到達低端像素為止。像素累加結果得到(S” S2，.....，Sn)利用高斯平滑窗口對序列進行平滑，窗口主要參數包括窗口寬度W和均方差o 2， 平滑系數 I = exp(-(Xi-x)2/2o2)以W = 5，o 2 = 0. 9為例，平滑過程如下Sn = 0. 108 X Sn_2+0. 574 X Sn^+Sn+0. 574 X Sn+1+0. 108 X Sn+25)對求得的一維平滑輪廓求導，找出局部最大值。第一個局部最大值對應的采樣 中心點，即圖像中檢測對象最外圍邊緣上的點。6)對獲取的多個檢測對象最外圍邊緣上的點用幾何方法來擬合圓，如圖26所示。 擬合的結果是找到圓心P2和卷緣半徑R11。2.檢測對象多區域標定用擬合得到的圓心、設定的檢測區域參數對各個檢測區域進行標定，方法如下1)根據擬合的圓心和預先設定的圓心之間的位置關系，獲得設定圓與檢測到的圓 的空間變換關系，根據變換關系，標定要檢測的各個區域。在本發明中，通過計算設定圓心 與目標圓心之間向量V = P2-P1。2)根據變換關系，對各個區域進行偏移運算。假定元檢測區域為Regl，其中心點 為P3，則標定后的檢測區域中心為P4 = P3+V。3.對各個區域進行檢測。多區域質量檢測方法如下<1>.內表面檢測區域I檢測方法內表面檢測區域I要實現對內表面污染、刮傷等檢測。對于內表面檢測區域I檢 測采用如下算法1)對內表面區域用高斯平滑算法進行平滑。采用13*13模板，對于模板中各個元
素的系數采用如下方法近似。 <formula>formula see original document page 11</formula>2)將平滑后的區域中的像素與圓區域進行比較，當|f' (x，y)-f(x，y) | > T時， 將該點視作異物。<2〉.嵌環檢測區域II檢測方法嵌環檢測區域II檢測要實現對內表面污染、刮傷等檢測。對于嵌環檢測區域II 采用如下檢測方法1)將嵌環區域均分為多個小圓環。2)在每一個小圓環中，將該小圓環均分為多個圓弧，令每一個圓弧內像素寬素較 小。3)按0° -360°方向對所有圓弧內的像素求和，得到一維數組(SnS2，……，Sn)， 如圖27所示。4)對所得的一維數組用高斯方法平滑，并且對平滑后的數組求導得到GracKS” S2ASn)，當Grad(Sffl) > T時，認為第m個圓弧塊內可能包含異物。
5)搜尋每一異物的四鄰域，對包含異物的鄰域數目相加得到N，若N > T’，則認為 該位置包含異物。<3〉.膠水檢測區域III檢測方法對于膠水檢測區域III的檢測與嵌環檢測區域II類似，膠水檢測區域III另一檢 測要求是檢測是否無膠、缺膠。對于缺膠和無膠嚴重的區域，除采用與嵌環檢測區域II相 同的方法之外，還采用與閾值檢測相結合的方法，實現如下1)對膠水區域進行閾值運算。2)對運算結果進行聯通運算，求出區域內聯通區域。3)統計各個聯通區域的面積，當聯通區域面積大于閾值TS時，認為該區域為無膠 缺膠區域。<4>.卷緣檢測區域IV檢測方法卷緣區域檢測要實現對內表面污染、刮傷、破損等檢測。對于卷緣檢測區域IV的 檢測采用如下算法1)將嵌環區域均分為多個小圓環。2)在每一個小圓環中，將該小圓環均分為多個圓弧，令每一個圓弧內像素寬素較 小。3)按0° -360°方向對所有圓弧內的像素求和，得到一維數組(Si，S2ASn)。4)將數組均分為多塊，求出各塊元素之和。如將數組分為K塊，分別為0，1. . . K，每一塊大小M = j每一塊元素之和Sj = Sum(MX j，MX j+1，......，MX (j+l)_l)5)求出數組中每個元素所在數據塊與相鄰兩個數據塊的均值。Avj = Sj/MAv = (Sj^+Sj+Sj^) /36)將元素與對應均值比較，如果大于閾值，則認為為異物點。<5〉.第一卷緣寬度檢測區域V及第二卷緣寬度檢測區域VI卷緣寬度檢測方法檢測目的在于檢測生產過程中是否多個罐蓋擠壓在一起，檢測方法如下1)事先在獲取的模板圖像中確定第一卷緣寬度檢測區域V及第二卷緣寬度檢測 區域VI，檢測區域為矩形區域，矩形一邊在卷緣形成的園內，另一邊在卷緣形成的圓外。2)根據檢測對象定位結果，對第一卷緣寬度檢測區域V及第二卷緣寬度檢測區域 VI標定。3)在標定后的區域中，沿矩形中心線方向分別求出垂直與中心線方向的單列像素 之和，得到一維數組(Zi，z2，....，zn)。4)對數組平滑并求導，求出導數正向變化最大值和反向變化最大值對應位置。5)將兩個位置相減，作為卷緣寬度，若寬度大于Td，則認為不合格。圖28給出了用上述方法對檢測對象進行檢測的結果，所采用檢測方法可以實現 同時對多個檢測區域實時質量檢測。以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也 應視為本發明的保護范圍。
權利要求
一種高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測方法，其特征在于在自動化生成線上，將需要檢測的罐蓋分離成單個罐蓋，單個罐蓋在傳送裝置上運動；當罐蓋運動到傳送裝置的檢測工位時，成像系統對罐蓋高速成像；獲取的罐蓋圖像輸送工業計算機并由工業計算機進行處理，對多個檢測區域進行質量檢測，產生質量判斷信號；根據檢測結果，位于傳送裝置剔出工位的剔出裝置將不合格產品剔出；合格產品在傳送裝置上繼續運動，經過整形裝置后有序地輸出。
2.根據權利要求1所述的高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測方法，其特征在 于所述工業計算機對產品圖像的處理流程為①獲取罐蓋的模板圖像，根據模板圖像確定檢測對象幾何特征和檢測區域參數；②檢測對象定位利用檢測區域參數在獲取的模板圖像中對檢測對象進行定位，得出 檢測對象在模板圖像中的位置信息；③多檢測區域標定利用位置信息和檢測區域幾何參數對多個檢測區域進行標定；④多區域特征檢測對多個檢測區域分別進行檢測，并根據各個區域檢測結果給出產 品質量檢測結果。
3.一種高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測設備，其特征在于包括進蓋裝置 (1)、傳送裝置(2)、整形裝置(3)、剔出裝置(4)、成像系統(5)、工業計算機以及電氣控制系 統，所述進蓋裝置(1)裝設于傳送裝置(2)的輸入端，所述整形裝置(3)裝設于傳送裝置 (4)的輸出端，所述傳送裝置(4)的輸送線上設有檢測工位(26)和剔出工位(27)，所述成 像系統(5)裝設于檢測工位(26)處，所述剔出裝置(4)裝設于剔出工位(27)處，所述成像 系統(5)與工業計算機的圖像信號輸入端相連，所述工業計算機的控制信號輸出端與剔出 裝置4相連。
4.根據權利要求3所述的高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測設備，其特征在 于所述進蓋裝置⑴包括進蓋槽(11)、分蓋機構(12)以及下蓋電機(13)，所述分蓋機構 (12)包括對稱布置的第一分蓋導軌(121)、第二分蓋導軌(122)、以及行星輪系(123)，所述 進蓋槽(11)位于第一分蓋導軌(121)、第二分蓋導軌(122)之間，所述下蓋電機(13)通過 行星輪系(123)與第一分蓋導軌(121)、第二分蓋導軌(122)相連。
5.根據權利要求3所述的高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測設備，其特征在 于所述傳送裝置(2)包括傳送裝置支架(22)、傳送帶(23)、密封箱體(24)以及傳送裝置 驅動電機(25)，密封箱體(24)固定于傳送裝置支架(22)上，所述傳送帶(23)鋪設于密封 箱體(24)上，所述傳送帶(23)通過傳動機構與傳送裝置驅動電機(25)相連。
6.根據權利要求5所述的高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測設備，其特征在 于所述密封箱體(24)通過密封箱體接口與真空泵(21)相連，所述密封箱體(24)的上表 面開設有若干個氣槽(242)，與之對應在傳送帶(23)上開設有氣孔(231)。
7.根據權利要求3或4或5或6所述的高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測設 備，其特征在于所述剔出裝置(4)包括氣嘴(41)、電磁閥(42)、壓縮空氣輸入通道(43)、 空氣壓縮機(44)，所述壓縮空氣輸入通道(43)用來連接空氣壓縮機44，所述電磁閥(42) 采用常閉閥并與剔出控制器相連，所述剔出控制器與工業計算機相連。
8.根據權利要求3或4或5或6所述的高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測 設備，其特征在于所述整形裝置(3)包括下蓋槽(31)、整形齒輪機構(32)、整形回轉體機構(33)、產品傳輸通道(34)、真空泵連接接口(35)，所述整形齒輪機構(32)包括整形 齒輪(321)、整形齒輪錐齒輪傳動裝置(322)、整形齒輪傳動軸(323)以及整形齒輪驅動電 機(324)，所述整形齒輪驅動電機(324)帶動整形齒輪傳動軸(323)，所述整形齒輪傳動 軸(323)通過整形齒輪錐齒輪傳動裝置(322)與整形齒輪(321)相連；所述整形齒輪機構 (32)和整形回轉體機構(33)安裝在下蓋槽(31)之后的流水線上，整形齒輪機構(32)、整 形回轉體機構(33)通過產品傳輸通道(34)相連。
9.根據權利要求3或4或5或6所述的高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測設 備，其特征在于所述成像系統(5)包括視覺裝置支架(53)以及固定于視覺裝置支架(53) 上的光源(52)和工業C⑶相機(51)，所述成像系統(5)安裝在傳送裝置(2)的檢測工位 (26)，所述工業CCD相機(51)位于光源(52)的正上方，所述光源(52)由第一光源(521) 和第二光源(522)構成。
全文摘要
一種高速生產線上罐蓋質量的機器視覺在線檢測方法及設備，該方法為在自動化生成線上，將需要檢測的罐蓋分離成單個罐蓋，單個罐蓋在傳送裝置上運動；當罐蓋運動到傳送裝置上的檢測工位時，成像系統對罐蓋高速成像；獲取的罐蓋圖像輸送到工業計算機并由工業計算機進行處理，對多個檢測區域進行質量檢測，產生質量判斷信號；根據檢測結果，位于傳送裝置剔出工位的剔出裝置將不合格產品剔出；合格產品在傳送裝置上繼續運動，經過整形裝置后有序地輸出。該裝置包括進蓋裝置、傳送裝置、整形裝置、剔出裝置、成像系統、工業計算機以及電氣控制系統。本發明具有結構簡單緊湊、成本低廉、操作簡便、精確度高、檢測速度快等優點。
文檔編號G01B11/02GK101799431SQ20101014185
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月8日 優先權日2010年4月8日
發明者侯備, 周博文, 張輝, 楊雙, 段峰, 熊路, 王耀南, 葛繼, 陳鐵健, 馬波 申請人:湖南大學