一種基于機器視覺的全自動旋轉印刷產品缺陷檢測裝置的制作方法

本發明涉及一種基于機器視覺的全自動旋轉印刷產品缺陷檢測裝置，屬于旋轉印刷產品缺陷檢測技術領域，尤其涉及一種基于機器視覺的全自動檢測旋轉印刷產品缺陷裝置。

背景技術：

目前，常見的印刷品缺陷主要有:飛墨、針孔、偏色、漏印、黑點、刮擦、套印不準等。這么多的缺陷總的來說分為兩類:形狀缺陷和顏色缺陷。飛墨、針孔、漏印、黑點、刮擦等缺陷可以統一歸類為形狀缺陷，偏色歸類為顏色缺陷。在檢測時，對于形狀缺陷，可以不關心顏色信息，只需要根據待檢測圖像和標準圖像的像素差值就可以判斷，也就是用黑白相機就可以；但是偏色缺陷必須用彩色相機進行檢測，這樣才能夠計算色差。

目前，工業檢測用相機主要由CCD和CMOS兩種。CMOS相機起步較晚，所拍攝的畫面質量也不是很好，所以主要用在圖像質量要求不是很高的產品上，而工業上應用比較普遍的是CCD相機，

對于選線陣CCD相機(又稱線掃描相機)還是面陣相機，主要基于如下考慮:面陣相機較常見，應用比較廣泛，如從普通的電腦眼到監控攝像機都是面陣的；線陣CCD相機顧名思義，其感光器件只由一個像元寬的一列CCD組成。適用于以下情況,對固定的物體做一維測量；b)拍攝對象處于運動狀態，特別適合作圓周運動；c)需要圖像分辨率較高，其他情況下可以考慮使用面陣相機。線陣CCD相機每行像素數一般為1024,2048,4096,6144,8192；而一般的面陣僅為640,768,1280，大于2048的面陣很少見，另外，從線陣CCD獲取的圖像其垂直方向的像素行數可由用戶自由指定，因此可以很容易得到分辨率4096X 4096的高分辨率圖像；另外，線陣CCD相機能夠實現無漏采集，對于連續運動的印刷品來說，面陣相機不能勝任工作，只能選擇線陣CCD相機,適合旋轉印刷品缺陷檢測的情況。

由于目前產品檢測是直線式多個CCD攝像機組合檢測，產品是直線運動而不旋轉的，則需要多個CCD攝像機共同配合來檢測一個產品的整個表面，檢測產品質量存在干涉和重復，導致檢測不精確。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的缺陷，本發明提供一種基于機器視覺的全自動旋轉印刷產品缺陷檢測裝置。該旋轉印刷產品缺陷機器視覺檢測系統具有快速準確、可重復性強以及自動化程度高的特點，極大的減輕了旋轉印刷產品人工檢測的壓力，解決了傳統旋轉印刷產品人工檢測中的許多問題，提高了旋轉印刷產品的缺陷檢測質量和檢測速度，為工業領域旋轉印刷產品自動檢測提供了革命性的解決方案。

本發明使用產品旋轉機械裝置帶動產品360度旋轉，只需要一個CCD攝像機就可以滿足旋轉印刷產品缺陷檢測的要求，本發明可以針對圓瓶、橢圓雙面、方瓶多面、異形瓶多面和球形印刷產品缺陷進行檢測，利用CCD相機及產品旋轉機構的旋轉運動可以使回轉體印刷產品表面缺陷進行檢測，該印刷檢測裝置還可以檢測帶有外凸臺的回轉體曲面產品，印刷產品質量檢測效果良好，這種多色復雜曲面旋轉印刷產品缺陷檢測裝置克服了目前單個CCD相機不能檢測回轉體復雜曲面印刷產品缺陷的問題，換瓶方便、周期短、效率高。

本發明把圖像處理技術、機器視覺技術與印刷基本原理相結合，應用到印刷工業領域中，開發了基于機器視覺旋轉印刷產品缺陷檢測裝置，設計并建立了一套基于機器視覺的全自動旋轉印刷品缺陷在線檢測控制系統。該系統由工業控制計算機、線陣CCD相機、視頻圖像采集卡、照明光源以及采集同步控制裝置(旋轉編碼器)組成，提出基于圖像差分法的印刷品缺陷檢測方法，可以給出缺陷的位置、大小信息，以Visual C++6.0為軟件平臺，開發出了一套印刷品缺陷檢測系統軟件，能實時自動動檢測出數碼印刷過程中的缺陷，能夠顯示缺陷圖像以及缺陷位置、面積等信息，并能對缺陷圖像數據存儲管理，同時發出報警信息。

本發明可以通過采取以下技術方案予以實現：

如圖1所示，圖像采集單元3由高速圖像采集卡9、線陣CCD相機10、光學鏡頭與11及光源12安裝在一個固定的機構中，該機構固定在機架上，光源12也分別固定機架上并分布于光學鏡頭11的兩側，用于給線陣CCD相機10提供光照。光學鏡頭11與線陣CCD相機10所組成的機構位于產品夾緊旋轉系統2的正上方，方便旋轉印刷產品缺陷檢測。

如圖1所示，信號傳輸單元6是由旋轉編碼器203、同步卡7和I/O輸入輸出卡8三部分組成。

如圖3所示，產品夾緊旋轉系統2主要用于固定產品并帶動其旋轉，其中夾緊系統包括固定架201、伺服電機202、編碼器203、夾具204、頂塊205及產品夾緊氣缸14；固定架201固定在轉盤上，伺服電機202安裝在固定架201上并平行于轉盤，所述編碼器203及夾具204安裝在伺服電機202的輸出軸上，產品通過夾具204、頂塊205及產品夾緊氣缸14固定夾緊連接在伺服電機202的輸出軸上，并隨伺服電機202的輸出軸轉動而旋轉。

如圖4所示，印刷產品上料機械手系統1，包括上料機械手101、上料輸送帶102；

如圖5所示，印刷產品下料機械手系統16，包括下料機械手1601、下料輸送帶1602；

在本發明中，線陣CCD相機10與產品夾緊旋轉系統2之間是異步工作，為保證線陣CCD相機10掃描和產品夾緊旋轉系統2的運動同步，保證線陣CCD相機10的掃描圖像和模板圖像進行對應比較檢測，就要在線陣CCD相機10和產品夾緊旋轉系統2之間加上掃描定位裝置，即編碼器203來控制。編碼器203裝配在產品夾緊旋轉系統2的伺服電機202的輸出軸上，與印刷產品13同步運動，編碼器203每發出一個脈沖，就控制線陣CCD相機10曝光一次，編碼器203轉一周，線陣CCD相機10同時也完成了一幅圖像的采集，實現圖像進給與圖像掃描之間的同步，從而保證印刷產品缺陷檢測系統運行。

進行印刷產品13的印刷缺陷檢測時，把待檢測的印刷產品13通過上料機械手1夾住放進產品夾緊旋轉系統2上，通過頂塊205及產品夾緊氣缸14固定夾緊連接在伺服電機202的輸出軸上，伺服電機202帶著印刷產品13轉動時，印刷產品13的旋轉就實現了印刷品的不斷進給，同時用線陣CCD相機10進行圖像采集，高速圖像采集卡9自帶的參數設置軟件對相機的曝光時間及工作方式(由編碼器來控制相機曝光或是由相機自己進行曝光控制，也稱為外觸發模式和自由運行模式)進行控制，用戶可根據實際情況自行設定，掃描采集到的印刷品13上的印刷產品上的檢測標記線15開始記錄印刷產品上的圖像，將掃描采集到的印刷品13圖像經過圖像采集卡9傳送到信號處理單元6輸入到工業控制計算機4的內存，然后經過本發明開發的印刷品缺陷檢測系統軟件程序5進行圖像處理，實時進行判斷、分析并輸出檢測結果。

與現有技術相比，本發明的優勢在于：

1、全伺服運動控制，伺服電機與滾珠絲杠配合使用，走位控制精確，能達到±0.1mm套位精度。直接用參數設定印刷產品缺陷檢測的外形尺寸，圓瓶、橢圓瓶、方瓶、異形瓶和球形曲面印刷產品缺陷檢測全由參數化設置，無需調整機械結構，可以做到橢圓瓶雙面印刷、方瓶多面印刷、異形瓶多面印刷和球形曲面印刷產品缺陷檢測。

2、激光影像定位，任何瓶型都適用，定位精確，解決了玻璃瓶不好定位的問題。

3、為轉盤式結構，簡單且容易調試，減少了旋轉印刷產品缺陷檢測過程動作，滿足了現有旋轉印刷產品缺陷檢測問題。

4、直接在轉動的工位上完成旋轉印刷產品缺陷檢測動作，旋轉印刷產品缺陷檢測周期短，產品缺陷檢測效率高。

附圖說明

附圖中的標記為：如圖1所示1-上料機械手系統，包括上料機械手101，上料輸送帶102；2-產品夾緊旋轉系統，包括：201-固定架、202-伺服電機、203-旋轉編碼器、204-產品夾具、205-頂塊；3-圖像采集單元，包括：9-高速圖像采集卡、10-線陣CCD相機、11-光學鏡頭、12-光源；4-工業控制計算機；5-圖像質量檢測軟件系統；6-信號傳輸單元，包括：203-旋轉編碼器、7-同步卡、8-I/O輸入輸出卡；13-待檢測印刷產品；14-產品夾緊氣缸；15-印刷產品上的檢測標記線；16-下料機械手系統，包括1601-下料機械手，1602-下料輸送帶；

圖1是本發明所述一種基于機器視覺全自動旋轉印刷產品缺陷視覺檢測裝置的結構示意圖；

圖2是本發明所述旋轉印刷產品缺陷視覺檢測系統工作原理示意圖；

圖3是本發明所述產品夾緊旋轉系統結構示意圖；

圖4是本發明上料機械手系統結構示意圖；

圖5是本發明下料機械手系統結構示意圖；

圖6是本發明橢圓瓶印刷缺陷檢測工作原理示意圖；

圖7是本發明異形瓶印刷缺陷檢測工作原理示意圖；

圖8是本發明球形表面印刷缺陷檢測工作原理示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式作詳細描述。

本發明的工作原理：

如圖1、圖2、圖3、圖4及圖5，一種基于機器視覺的全自動旋轉印刷產品缺陷視覺檢測裝置的動作順序為：

在本發明中，線陣CCD相機10與產品夾緊旋轉系統2之間是異步工作，為保證線陣CCD相機10掃描和產品夾緊旋轉系統2的運動同步，保證線陣CCD相機10的掃描圖像和模板圖像進行對應比較檢測，就要在線陣CCD相機10和產品夾緊旋轉系統2之間加上掃描定位裝置，即編碼器203來控制。編碼器203裝配在產品夾緊旋轉系統2的伺服電機202的輸出軸上，與印刷產品13同步運動，編碼器203每發出一個脈沖，就控制線陣CCD相機10曝光一次，編碼器203轉一周，線陣CCD相機10同時也完成了一幅圖像的采集，實現圖像進給與圖像掃描之間的同步，從而保證印刷產品缺陷檢測系統運行。

進行印刷產品13缺陷檢測時，把待檢測的印刷產品13通過上料機械手1夾住放進產品夾緊旋轉系統2上，通過頂塊205及產品夾緊氣缸14固定夾緊連接在伺服電機202的輸出軸上，伺服電機202帶著印刷產品13轉動時，印刷產品13的旋轉就實現了印刷品的不斷進給，同時用線陣CCD相機10進行圖像采集，高速圖像采集卡9自帶的參數設置軟件對相機的曝光時間及工作方式(由編碼器來控制相機曝光或是由相機自己進行曝光控制，也稱為外觸發模式和自由運行模式)進行控制，用戶可根據實際情況自行設定，掃描采集到的印刷品13上的印刷產品上的檢測標記線15開始記錄印刷產品上的圖像，將掃描采集到的印刷品13圖像經過圖像采集卡9傳送到信號處理單元6輸入到工業控制計算機4的內存，然后經過本發明開發的印刷品缺陷檢測系統軟件程序5進行圖像處理，實時進行判斷、分析并輸出檢測結果。

如圖1所示，高速圖像采集卡9、線陣CCD相機10與光學鏡頭11安裝在一個固定的機構3中，該機構固定在機架上，光源12也分別固定機架上并分布于光學鏡頭11的兩側，用于給線陣CCD相機10提供光照。光學鏡頭11與線陣CCD相機10所組成的機構位于產品夾緊旋轉系統2的正上方，方便旋轉印刷產品缺陷檢測。

如圖3所示，產品夾緊旋轉系統2主要用于固定產品并帶動其旋轉，其中夾緊系統包括固定架201、伺服電機202、編碼器203、夾具204及頂塊205，固定架201固定在轉盤上，伺服電機202安裝在固定架201上并平行于轉盤，所述編碼器203及夾具204安裝在伺服電機202的輸出軸上，產品通過夾具204、頂塊205及產品夾緊氣缸14固定夾緊連接在伺服電機202的輸出軸上，并隨伺服電機202的輸出軸轉動而旋轉。

實施案例一：

參考圖6，橢圓瓶印刷缺陷檢測：所述固定機架上的光源12照明開啟，用于給線陣CCD相機10提供光照。上料機械手1夾持橢圓瓶印刷產品由傳送帶轉移到產品夾緊旋轉系統2上，產品夾緊氣缸14推動頂塊205與夾具204共同夾緊待檢測的已印刷的橢圓瓶，隨著伺服電機202輸出軸的轉動而旋轉，裝配在伺服電機202輸出軸的編碼器203也隨著伺服電機202輸出軸的轉動而旋轉，與已印刷的橢圓瓶13同步運動，編碼器203每發出一個脈沖，就控制線陣CCD相機10曝光一次，編碼器203轉一周，線陣CCD相機10同時也完成了一幅圖像的采集，實現圖像進給與圖像掃描之間的同步，從而保證印刷產品檢測系統運行。已印刷的橢圓瓶13的旋轉就實現了印刷品的不斷進給，同時用線陣CCD相機10進行圖像采集，高速圖像采集卡9自帶的參數設置軟件對相機的曝光時間及工作方式進行控制，掃描采集到的已印刷的橢圓瓶13上的檢測標記線15開始記錄已印刷的橢圓瓶13上的圖像，將掃描采集到的已印刷的橢圓瓶13上圖像經過圖像采集卡9傳送到信號處理單元6輸入到工業控制計算機4的內存，然后經過本發明開發的旋轉印刷品缺陷檢測系統軟件程序5進行圖像處理，實時進行判斷、分析并輸出檢測結果，完成整個已印刷的橢圓瓶的印刷缺陷檢測。

實施案例二：

參考圖7，已印刷的異形瓶印刷缺陷檢測：所述固定機架上的光源12照明開啟，用于給線陣CCD相機10提供光照。上料機械手1夾持已印刷的異形瓶由傳送帶轉移到產品夾緊旋轉系統2上，產品夾緊氣缸14推動頂塊205與夾具204共同夾緊待檢測的已印刷的異形瓶，隨著伺服電機202輸出軸的轉動而旋轉，裝配在伺服電機202輸出軸的編碼器203也隨著伺服電機202輸出軸的轉動而旋轉，與已印刷的異形瓶13同步運動，編碼器203每發出一個脈沖，就控制線陣CCD相機10曝光一次，編碼器203轉一周，線陣CCD相機10同時也完成了一幅圖像的采集，實現圖像進給與圖像掃描之間的同步，從而保證已印刷的異形瓶13檢測系統運行。已印刷的異形瓶13的旋轉就實現了異形瓶的不斷進給，同時用線陣CCD相機10進行圖像采集，高速圖像采集卡9自帶的參數設置軟件對相機的曝光時間及工作方式進行控制，掃描采集到的已印刷的異形瓶13上的檢測標記線15開始記錄已印刷的異形瓶13上的圖像，將掃描采集到的已印刷的異形瓶13上圖像經過圖像采集卡9傳送到信號處理單元6輸入到工業控制計算機4的內存，然后經過本發明開發的印刷品缺陷檢測系統軟件程序5進行圖像處理，實時進行判斷、分析并輸出檢測結果，完成整個已印刷的異形瓶的印刷缺陷檢測。

實施案例三：

參考圖8，已印刷的球形表面印刷缺陷檢測：所述固定機架上的光源12照明開啟，用于給線陣CCD相機10提供光照。上料機械手1夾持已印刷的球形產品由傳送帶轉移到產品夾緊旋轉系統2上，產品夾緊氣缸14推動頂塊205與夾具204共同夾緊待檢測的已印刷的球形產品，隨著伺服電機202輸出軸的轉動而旋轉，裝配在伺服電機202輸出軸的編碼器203也隨著伺服電機202輸出軸的轉動而旋轉，與球形產品13同步運動，編碼器203每發出一個脈沖，就控制線陣CCD相機10曝光一次，編碼器203轉一周，線陣CCD相機10同時也完成了一幅圖像的采集，實現圖像進給與圖像掃描之間的同步，從而保證球形產品檢測系統運行。球形產品13的旋轉就實現了球形產品的不斷進給，同時用線陣CCD相機10進行圖像采集，高速圖像采集卡9自帶的參數設置軟件對相機的曝光時間及工作方式進行控制，掃描采集到球形印刷品13上的檢測標記線15開始記錄球形產品上的圖像，將掃描采集到的球形產品13圖像經過圖像采集卡9傳送到信號處理單元6輸入到工業控制計算機4的內存，然后經過本發明開發的印刷品缺陷檢測系統軟件程序5進行圖像處理，實時進行判斷、分析并輸出檢測結果，完成整個已印刷的球形表面缺陷檢測。

綜上所述，結合較佳實施例對本發明進行了描述，但本發明并不局限于以上揭示的實施例，而應當涵蓋各種根據本發明的本質進行的修改、等效組合。根據本發明的技術方案和技術構思無需創造性腦力勞動而作出其他各種相應的變換方案，均屬于本發明所保護的范圍。