专利名称：一种基于机器视觉的灯头质量自动检测装置和检测方法
技术领域：
本发明一种基于机器视觉的灯头质量自动检测系统和检测方法，涉及电灯灯头制造领域，具体涉及一种基于机器视觉的灯头质量自动分类检测方法和系统，其适用于各种规格灯头生产线的在线实时检测，属于机器视觉工业检测领域。
背景技术：
灯头是灯具发光体与电源的界面，也是灯具的主要支撑部件，其质量直接决定了灯具的整体质量水平。目前，各灯头制造企业在生产过程中主要是借助于人的视觉和主观判断能力采取人工抽检或全检的方法来保证产品的质量。这种人工检验方法由于受检验人员视力、情绪、疲劳、光线等因素的影响，工作效率低，分选差异大，检测效果有限，特别是随着灯头生产效率和生产自动化水平的提高，产量成倍增加，企业为了满足灯具制造商对质量的苛刻要求，则需要投入大量的人力来进行灯头质量检测，这在很大程度上增加了企业的负担，成为企业提高效率和效益的瓶颈。因此，需要开发灯头产品质量高效、快速检验的成套技术与设备。

发明内容
技术问题
本发明所要解决的技术问题是针对现有灯头产品人工检测效率低下、劳动强度大、漏检率大和分选差异大等问题，提供一种基于机器视觉的节能灯头产品质量自动检测系统和方法。技术方案
本发明为了解决上述技术问题，采用如下技术方案
一种基于机器视觉的灯头质量自动检测系统，包括机械本体、振动送料器、机器视觉系统、电气控制执行装置，其中，机械本体通过导料槽与振动送料器连接，电气控制执行装置设在机械本体内部，在机械本体上设有机器视觉系统；
所述的机械本体分为上下两层，下层设有三相电机和减速器，下层与上层之间通过链条进行动力传递，上层设有两个皮带轮，两个皮带轮之间安装皮带，在皮带上设有工位夹， 皮带轮正行程的末端设置了正品出料口，在出料口的前η个工位处设置了次品剔除口及气缸喷气口，0 <η^5 ；皮带正行程开始处与导料槽的送料口相连。所述机器视觉系统包括数据采集平台、系统检测软件、高性能计算机、双通道图像转换卡和开关量卡；其中，所述数据采集平台包括摄像机、光源罩、红外光电传感器，所述摄像机设置在机械本体上皮带轮两侧，光源罩在摄像机前方，红外光电传感器设置在皮带轮下方；所述开光量卡和双通道图像转换卡设在高性能计算机上，所述红外光电传感器与开光量卡电气连接，摄像机和双通道图像转换卡电气连接。所述振动送料器包括振动磁铁、料盘、导料槽构成，其中，振动磁铁安装在料盘的底部，导料槽呈螺旋状安装在料盘内部并通过其延伸部分与振动送料器和机械本体的连接。—种基于机器视觉的灯头质量自动检测方法，其具体步骤如下 1).振动器中的灯头通过导向槽的导向作用，由无序变得有序。2).导向槽中的有序灯头在重力作用下，进入皮带轮一端的工位夹，工位夹利用其在半圆路径和直线路径上曲率不同的特点，夹住导向槽上传输过来的灯头，并渐渐将灯头夹紧。3).被夹紧的灯头进入检测区域，通过光源照射，图像采集装置获取灯头的序列图像，将当前序列图像特征和标准灯头的图像特征进行对比，并结合设置的可容忍缺陷阈度， 对当前工位上的灯头进行判断归类。另外为了防止自然光的干扰，在光源的前端安装了光源罩，为相机提供了一个稳定的光源环境。4).灯头进入次品剔除区，剔除区的喷气口根据判断归类结果把不合格的产品通过高压气体吹落到次品箱。5).灯头进入皮带轮的另一端，即正品区，工位夹利用其在半圆路径和直线路径上曲率不同的特点，将夹紧的灯头松开，松开的灯头在自身重力作用下通过正品出料口进入正品箱。所述的缺陷阈度有焊片缺损度、玻璃炸裂度、灯头变形度、灯头撕裂度、灯头堵眼度、玻璃缺损度。有益效果
本发明一种基于机器视觉的灯头质量自动检测系统和方法，减少了工人的劳动强度和人为主观因素的干扰，同时可以长时间的连续快速工作，企业只需要用较少的人力就可以完成大批量灯头的准确检测，生产效率明显提高，取得了良好的经济效益。


图1为本发明主视2为本发明侧视3为本发明俯视图
图4为本发明主体系统原理5为本发明电气结构中1.振动送料器、2.导料槽、3.灯头、4.、5.工位夹、6.皮带、7.皮带轮、8.从链轮、 9.链条、10.主链轮、11.减速箱、12.三相电机、13.正品出料口、14.机架、15.次品出料口、 16.图像采集相机一、17.图像采集相机二、18.相机一的镜头、19.相机二的镜头、20.光源一、21.光源二、22.光源罩一、23.光源罩二、24.灯头底部光源支架、25.汽缸、26.喷气口、 27.相机支架、28.光源支架、29.灯头底部光源、30.光电开关、31.开关量卡、32.疵品剔除系统、33. PCI总线、34.电脑显示器、35.电脑主机。
具体实施例方式一种基于机器视觉的节能灯头产品质量自动检测系统，包括振动送料器、机械本体、机器视觉系统和电气控制执行装置。如图1所示，振动送料器1主要由振动磁铁、料盘以及导料槽2构成，导料槽2是连接振动器1和工位夹4、5的桥梁，在振动磁铁的振动作用下，它负责把无序的灯头3从料盘里取出来，然后通过料槽的导向作用把灯头变得有序并送到机械本体上的工位夹4和5。机械本体主要包括机架14、三相电机12、皮带轮7和工位夹4、5，机架14分为两层，下层放置了三相电机12及减速箱11作为动力源，上层放置了两个皮带轮7，三相电机12通过减速箱11和主链轮10连接，主链轮10和从链轮8通过链条 9的连接实现了下层和上层之间的动力传递，在上层中，两个皮带轮7之间安装了皮带6，并在皮带6上安装了工位夹4、5，皮带轮7正行程的末端设置了正品出料口 13，在出料口 13的前5个工位处设置了次品出料口及气缸喷气口，次品出料口 15及气缸喷气口 26如图3所示，主要功能是将检测出来的次品通过高压气体剔除掉，在上层上方还设置了数据采集平台，用于安放数据采集相机16、17，为了保证采集数据的精度，还设置了光源20、21及灯头。 如图2、图3、图4和图5所示，机器视觉系统包括系统检测软件、机器视觉光源20和21、可变焦摄像机镜头18和19、摄像机16和17、双通道图像转换卡、高性能计算机34、35、8通道开关量卡31和红外光电传感器30，摄像机16、17前端分别安装了可变焦摄像机镜头18和 19，并通过相机支架27固定在机架14上，机器视觉光源20和21分别和光源罩22、23连接并通过光源支架28固定在机架14上，灯头底部光源29通过灯头底部光源支架24固定在机架14上，红外光电传感器30电气连接到8通道开关量卡31上，用来检测工位的到来，摄像机16、17通过电气连接到双通道图像转换卡上，通道开关量卡31和双通道图像转换卡通过PCI总线与电脑主机35相连，检测软件安装在电脑主机35上，并通过与电脑主机35相连接的电脑显示器34和键盘实现人机交互功能。电气控制执行装置包括1台可编程逻辑控制器及其软件、3个电磁继电器、1个2位2通电磁阀以及气源，可编程逻辑控制器和通道开关量卡31电气连接，负责电气部分的底层控制，主要用于控制振动送料器1、三相电机12 的开启及接受来自开关量卡31的剔除信号，控制电磁阀通断，使与气源连接的喷气口能正确的剔除次品。 下面结合图1对工位夹4、5的取料和放料过程进行详细说明，工位夹4、5安装在皮带6上，皮带6通过皮带轮7的带动作正向运动，继而安装在皮带6上的工位夹4、5也沿着皮带的运动方向作相应的运动并形成固定的运动路径。工位夹4、5之间的距离随着其运行路径曲率的增大而增大，例如当工位夹4、5运行到其路径的半圆部分时，由于圆有一定的曲率，工位夹4、5间的距离就较大，当工位夹4、5运行到其路径的直线部分时，由于直线的曲率为零，工位夹4、5之间的距离就比较小。利用这个原理，在图1中右皮带轮和皮带6 的分离处安装导料槽2，这样导料槽2中的灯头3就会自动进入工位夹4、5，随着工位夹4、5 向左作正向运动，灯头3将渐渐被夹紧，从而为图像采集相机16、17的拍摄提供一个相对稳定的环境。假若经过检测判断为正品，当工位夹4、5运行到左皮带轮和皮带6的衔接处时， 其运行路径将由直线过渡到曲线，路径曲率将增大，工位夹4、5间的距离也将增大，灯头3 将被松开，这时灯头3将在自身重力的作用下沿着正品出料口 13落到正品箱里；若经过检测判断为次品，如图3所示，当工位夹4、5运行到出料口 13的前5个工位处，灯头3将被气缸喷气口 26喷出的高压气体吹落到次品出料口 15，进而进入次品收集箱。
下面对检测软件的原理和功能做进一步的说明，检测软件可以分为离线学习和在线检测两部分，离线学习部分通过图像采集相机16、17对标准的灯头进行图像采集，学习灯头的焊片、玻璃和灯头大小等参数并将之存储。在线检测部分有三个并行运行的线程同步信号检测线程、图像处理分析线程和次品剔除线程。同步信号检测线程的主要任务是通过红外光电传感器30实时的检测工位信号，工位夹4、5每移动一个工位，发出一个信号，当该线程接收到工位信号时将触发图像处理分析线程执行。图像处理分析线程首先通过图像采集相机16、17对当前工位上的灯头进行图像采集，然后采取去噪、分割、平滑等图像处理方法得到比较理想的图像。进而针对节能灯头的主要缺陷如灯头堵眼、玻璃炸裂、焊片缺损和灯头变形等提取灯头的相关几何参数如圆心、半径、区域面积和圆度等，与前面离线学习的参数比较，并结合设置的可容忍缺陷裕度，对当前工位上的灯头进行判断归类，若判断为正品，则该灯头将远行到正品出料口 13落到正品箱里，否则，将发出次品剔除信号，触发剔除线程开始执行。次品剔除信号负责将接收到得次品信号传输到电气控制执行装置中，具体为，计算机通过.开关量卡31把剔除信号发送到可编程控制器，可编程控制器控制向安装在汽缸25上的电磁阀发出通信号，从而使喷气口 26喷出高压气体将次品吹落到次品出料口 15。本发明的具体检测过程为
(1)振动送料器、三相电机、图像采集相机、计算机等通电，启动计算机，进入检测程序界面，设置相关参数。启动三相电机和振动送料器。(2)振动送料器通过导料槽将无序灯头变得有序，并送入皮带轮一端的工位夹。(3)工位夹正向运动将灯头夹紧，进入相机二的检测区域，触发该位置的光电传感器，同步检测信号线程开始工作，发出工位信号，图像处理分析线程开始运行。图像处理分析线程首先对灯头的内口进行质量分析，判断是否存在灯头变形和内玻璃缺损等缺陷。(4)被检测灯头继续运行，进入相机一的检测区域，图像处理分析线程对灯头的上表面进行质量分析，判断是否存在焊片缺损、灯头堵眼和玻璃炸裂等缺陷，并综合灯头内口的判断结果对灯头做出最终判断，即是否为正品，若为次品，发出剔除信号。(5)被检测灯头进入次品剔除区，根据检测结果，剔除线程控制电气执行系统将正品和次品分离，将次品吹落到次品箱。(6)被检测灯头进入正品落料区，正品通过正品出料口进入正品箱。本发明的保护范围不限于上述实施例。
权利要求
1.一种基于机器视觉的灯头质量自动检测系统，包括机械本体、振动送料器、机器视觉系统、电气控制执行装置，机械本体通过导料槽与振动送料器连接，电气控制执行装置设在机械本体内部，在机械本体中设置有机器视觉系统；其特征在于所述的机械本体分为上、下两层，下层设有三相电机和减速器，下层与上层之间通过链条进行动力传递，上层设有用于传输灯头的皮带轮，皮带轮之间安装皮带，在皮带上设有工位夹，皮带轮正行程的末端设置了正品出料口，在出料口的前η个工位处设置了次品剔除区和气缸喷气口，0 <η^5 ；皮带正行程开始处与导料槽的送料口相连。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的灯头质量自动检测系统，其特征在于，所述机器视觉系统包括数据采集平台、安装有灯头检测软件的计算机、双通道图像转换卡和开关量卡；其中，所述数据采集平台包括摄像机、光源罩、红外光电传感器，所述摄像机设置在机械本体上皮带轮两侧，光源罩在摄像机前方，红外光电传感器设置在机械本体中；所述开光量卡和双通道图像转换卡设置在计算机上，所述红外光电传感器与开光量卡电气连接， 摄像机和双通道图像转换卡电气连接。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的灯头质量自动检测系统，其特征在于，所述振动送料器包括振动磁铁、料盘、导料槽构成，其中，振动磁铁安装在料盘的底部，导料槽呈螺旋状安装在料盘内部并通过其延伸部分与振动送料器和机械本体相连接。
4.一种基于机器视觉的灯头质量自动检测方法，其特征在于其步骤如下，(1)振动送料器中的灯头通过导料槽的导向作用，由无序变得有序；(2)导料槽中的有序灯头在重力作用下，进入皮带轮一端的工位夹，工位夹利用其在半圆路径和直线路径上曲率不同的特点，夹住导料槽上传输过来的灯头，并渐渐将灯头夹紧；(3)被夹紧的灯头进入检测区域，机器视觉系统中图像采集装置获取灯头的序列图像， 将当前序列图像特征和标准灯头的图像特征进行对比，并结合设置的缺陷阈度，对当前工位上的灯头进行判断归类；(4)灯头进入次品剔除区，剔除区的气缸喷气口根据判断归类结果把不合格的产品通过高压气体吹落到次品箱；(5)当灯头进入皮带轮的另一端，即正品区，工位夹利用其在半圆路径和直线路径上曲率不同的特点，将夹紧的灯头松开，松开的灯头在自身重力作用下通过正品出料口进入正品箱。
5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的灯头质量自动检测方法，其特征在于，所述缺陷阈度包括焊片缺损度、玻璃炸裂度、灯头变形度、灯头撕裂度、灯头堵眼度和玻璃缺损度。
全文摘要
本发明一种基于机器视觉的灯头质量自动检测系统和检测方法，属于机器视觉工业检测领域。本发明针对现有灯头产品人工检测效率低下、劳动强度大、漏检率大和分选差异大等问题，提供一种基于机器视觉的节能灯头产品质量自动检测系统和检测方法，包含机械本体、振动送料器、机器视觉系统和电气控制执行装置；本发明减少了工人的劳动强度和人为主观因素的干扰，检测结果更为准确，生产效率明显提高，取得了良好的经济效益。
文档编号G01N21/896GK102221557SQ20111008012
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者乔兵, 连红森 申请人:南京航空航天大学