基于高度测量的硬币表面质量检测装置及其检测方法

摘要

本发明提供了一种基于高度测量的硬币表面质量检测装置及其检测方法。在该硬币表面质量检测装置中，通过设置在检测工位上方的激光发射装置和面阵信号接收装置，采集硬币表面的高度数据，进而获得硬币的三维轮廓；然后将采集到的硬币的三维轮廓与标准硬币轮廓比对，进行硬币表面质量检测。上述检测装置和检测方法，利用了划痕等缺陷中硬币表面高度的变化进行检测，不依赖于硬币的放置角度，并且不受硬币表面漫反射的影响，检测结果准确性高，尤其对于硬币表面的划痕、粘坑、凸起的检测有明显效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于高度测量的硬币表面质量检测装置，本发明同时涉及基于高度测量的硬币表面质量检测方法。

背景技术

硬币作为一种小额货币，在日常生活中流通比较广泛。其中，在产品生产成形过程中，由于坯料本身存在缺陷，或者，模具出现不同程度的破损，容易导致印制的硬币的表面质量出现缺陷。因此，为了保证每一枚硬币在流通前达到出厂品质要求，需要对硬币进行全面的表面质量检测。

在现有的硬币表面质量检测方法中，主要使用图像传感器采集图像信号，然后加以分析实现。具体来说，通过使用适当角度和强度的光线照射硬币表面，不同的硬币表面图案将产生不同的反射光，然后通过图像检测算法对硬币表面反射图像进行处理，获得硬币表面质量检测结果。由于图像采集质量对入射光线的照射角度、待检硬币在传送带上的放置角度具有依赖性，在某些视角采集的图像不能如实反映硬币表面质量。该种检测方法对于硬币表面的脏污，明显的粘坑、凸起和表面划痕等缺陷有显著效果；但是，对于细小的划痕、粘坑和凸起等缺陷的检测效果并不理想。

为此，需要对硬币表面质量检测装置及方法进行改进，以求对硬币表面质量进行更准确、便捷的检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于高度测量的硬币表面质量检测装置。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种基于高度测量的硬币表面质量检测方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于高度测量的硬币表面质量检测装置，包括设置在硬币传输通道的检测工位上方的激光发射装置和面阵信号接收装置，还包括与所述面阵信号接收装置连接的数据处理模块；

所述激光发射装置设置在所述检测工位的正上方，用于向经过的硬币表面垂直入射线激光；所述面阵信号接收装置倾斜设置在所述检测工位的斜上方，用于接收由硬币表面反射的光线；

所述数据处理模块用于对所述面阵信号接收装置在单个硬币通过检测工位的对应时间内采集到的高度数据进行分析，获得硬币的三维轮廓，并将之与标准硬币轮廓进行比对，分析硬币表面质量。

其中较优地，所述激光发射装置与控制模块连接。

其中较优地，在所述检测工位的前方设置有用于检测硬币通过的光电传感器，所述光电传感器与所述控制模块连接，所述控制模块根据光电传感器的检测信号控制激光发射装置的激光发射动作。

其中较优地，还包括与传送带电机协同运动的旋转编码器，所述控制模块与所述旋转编码器连接。

其中较优地，所述激光发射装置和所述面阵信号接收装置一体化设置，采用激光轮廓测量仪。

一种基于高度测量的硬币表面质量检测方法，包括如下步骤：

(1)通过设置在检测工位上方的激光发射装置和面阵信号接收装置，采集硬币表面高度数据；

(2)通过分析单个硬币通过检测工位的对应时间内采集到的硬币的表面高度数据，获得硬币的三维轮廓；

(3)将步骤(2)生成的硬币的三维轮廓与标准硬币轮廓比对，进行硬币表面质量检测。

其中较优地，在所述步骤(1)中，所述激光发射装置设置在所述检测工位的正上方，用于向经过的硬币表面垂直入射线激光；所述面阵信号接收装置倾斜设置在所述检测工位的斜上方，用于接收由硬币表面反射的光线。

其中较优地，在所述步骤(2)中，数据处理模块对面阵信号接收装置在单个硬币通过检测工位的对应时间内采集到的硬币表面高度数据进行分析，生成以时间轴为横坐标，以单一时间坐标所对应的二维高度图像为纵坐标的模型，即获得硬币的三维轮廓。

其中较优地，在所述步骤(3)中，数据处理模块对硬币的三维轮廓与标准硬币轮廓比对的过程包括以下步骤：

(31)高度校正：根据一些相对标准面的测量值将测量数据每点的高度基准线性校正到与标准模型对齐；

(32)平面内的反射变换校正，使得被测模型与标样模型在形状、角度和位置上均实现基本对齐；

(33)局部精细定位与比对：采用标准模板和基准可变的相对模型同时进行比对；

(34)结果判别：所有区域比对完成后得到残点图，通过对残点图的分析，最终得到被测物的表面质量检测结果。

其中较优地，在所述步骤(1)中，通过激光轮廓检测仪采集硬币的表面高度数据。

本发明提供的基于高度测量的硬币表面质量检测装置及其检测方法，通过激光发射装置和面阵信号接收装置采集硬币的表面高度数据，进而获得硬币的三维轮廓；然后将采集到的硬币的三维轮廓与标准硬币轮廓比对，进行硬币表面质量检测。上述检测装置和检测方法，利用了划痕等缺陷中硬币表面高度的变化进行检测，不依赖于硬币的放置角度，并且不受硬币表面漫反射的影响，检测结果准确性高，尤其对于硬币表面具有微小尺寸的的划痕、粘坑、凸起等缺陷的检测有明显效果。此外，在硬币质量检测装置中，如果可以将图像检测结果和轮廓检测结果结合起来进行判别，检测结果将会更为准确。

附图说明

图1是基于高度测量的硬币表面质量检测装置的结构示意图；

图2是同一激光在不同高度位置被反射后的反射原理示意图；

图3是线状激光被具有不同高度的物体反射后的原理示意图；

图4是激光轮廓测量仪获得的局部硬币轮廓示例；

图5是基于高度测量的硬币表面质量检测方法的算法流程图；

图6是图5所示硬币表面质量检测方法中步骤3的算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于高度测量的硬币表面质量检测装置，包括设置在硬币传输通道的检测工位1上方的激光发射装置2和面阵信号接收装置3，还包括与面阵信号接收装置3连接的数据处理模块4。激光发射装置2和面阵信号接收装置3可以一体化设置，由现有的激光轮廓测量仪实现。

其中，激光发射装置2设置在检测工位1的正上方，用于向经过的硬币5表面垂直入射线激光；面阵信号接收装置3倾斜设置在检测工位1的斜上方，用于接收由硬币5表面反射的光线；数据处理模块4通过对面阵信号接收装置3在单个硬币通过检测工位的对应时间内采集到的硬币表面的高度数据进行分析，进而获得硬币5的三维轮廓，并将之与标准硬币轮廓进行比对，分析硬币表面质量。通过激光发射装置2和面阵信号接收装置3获得硬币表面高度数据并生成硬币的三维轮廓的原理，以及通过对比硬币的三维轮廓与标准硬币轮廓获得硬币表面质量检测结果的过程，将在下文详细讲述。

在图1所示的硬币表面质量检测装置中，以传输通道上硬币先经过的位置为前，还包括设置在检测工位1前方的光电传感器6，控制模块7分别与光电传感器6和激光轮廓测量仪连接，并且，控制模块7还可以与与传送带电机协同运动的旋转编码器8连接。

其中，光电传感器6用于确定硬币5是否即将到达，以确定激光发射装置2和面阵信号接收装置3的启动时间，控制模块7根据光电传感器6的检测信号控制激光发射装置2的激光发射动作。旋转编码器8可以与传送带电机同轴设置或者由传送带电机通过传动带动同步旋转，用于得到与传送带运动距离对应的脉冲信号。当不设置光电传感器时，也可以依照旋转编码器8输出脉冲连续采集检测工位1的高度数据，然后在数据分析的过程中，当发现高度数据明显变化时开始截取信号从而得到硬币的三维轮廓。光电传感器6和旋转编码器8还可以同时接入控制模块7，控制激光轮廓测量仪的数据采集。采集到的高度数据传输到数据处理模块4进行处理，判别被测物是否符合标准模型的规定。

下面结合图2至图6对使用上述硬币表面质量检测装置进行检测的方法进行详细讲述。

如图2所示，当激光发射装置2发射的激光沿着传播路径到达不同高度位置被反射后，面阵信号接收装置3将在不同位置接收到反射信号。如图3所示，当使用线激光对具有不同高度的物体表面进行扫描时，由于物体表面存在高度变化，在某一时刻将会在面阵信号接收装置3上呈现出与物体表面高度对应的二维高度图像。如图4所示，通过对单个硬币通过检测工位的对应时间内面阵信号接收装置3采集到的硬币表面的高度数据进行分析，生成以时间轴为横坐标，以单一时间坐标所对应的二维高度图像为纵坐标的模型，即可获得硬币的三维轮廓。然后通过将该三维轮廓与标准硬币轮廓进行比对，即可检测出硬币表面存在的缺陷。硬币的局部轮廓示例可以参见图4，在图4中可以清晰可见对应于硬币表面的三维轮廓。在该检测结果中，可以使用不同颜色或不同灰度表示不同的高度，从而使得检测结果更加明显。这种检测方法对除去颜色信号之外的其他表面特征和缺陷均具有较好的检测效果，尤其对于硬币表面具有微小尺寸的划痕、粘坑、凸起等表面缺陷的检测有明显效果。

上面对本发明提供的基于高度测量的硬币表面质量检测方法的原理进行了介绍，下面结合图5和图6对本发明提供的基于高度测量的硬币表面质量检测方法进行介绍。具体来说，如图5所示，包括如下步骤：(1)通过设置在检测工位上方的激光发射装置和面阵信号接收装置，采集硬币表面高度数据；(2)通过分析单个硬币通过检测工位的对应时间内采集到的硬币表面高度数据，获得硬币的三维轮廓；(3)将步骤(2)生成的硬币的三维轮廓与标准硬币轮廓比对，进行硬币表面质量检测。

其中，激光发射装置设置在检测工位的正上方，用于向经过的硬币表面垂直入射线激光；面阵信号接收装置倾斜设置在检测工位的斜上方，用于接收由硬币表面反射的光线。激光发射装置和面阵信号接收装置依据控制模块的信号启动即可实现步骤(1)。激光发射装置和面阵信号接收装置可以一体化设置，由现有的激光轮廓测量仪实现。在所述步骤(1)中，可以通过激光轮廓检测仪采集硬币的表面高度数据。

在步骤(2)和步骤(3)中，主要通过数据处理模块运用如下算法实现。

在步骤(2)中，数据处理模块对面阵信号接收装置在单个硬币通过检测工位的对应时间内采集到的硬币表面高度数据进行分析，生成以时间轴为横坐标，以单一时间坐标所对应的二维高度图像为纵坐标的模型，即获得硬币的三维轮廓。

如图6所示，在所述步骤(3)中，数据处理模块对硬币的三维轮廓与标准硬币轮廓比对的过程包括以下步骤：

(31)高度校正：由于在步骤(2)中生成的是高度图像，需要进行基准面的校平，类似于普通图像的亮度校正。高度校正中我们通常考虑被测物为刚体，仅存在整体的线性变化，主要根据一些相对标准面(如平整的传送带、被测物表面特殊区域等)的测量值将测量数据每点的高度基准线性校正到与标准模型对齐。

(32)平面内变换校正：高度校正后还需要对被测物轮廓进行平面内的反射变换校正，使得被测物的三维轮廓与标样模型在形状、角度和位置上均实现基本对齐。

(33)局部精细定位与比对：在完成整体校正后，局部区域可能由于畸变等原因，仍然需要精细定位，同时高度基准也可能有少量误差，检测时需要采用标准模板和基准可变的相对模型同时进行比对。

(34)结果判别：所有区域比对完成后得到残点图，通过对残点图的分析，最终得到被测物的表面质量检测结果。

综上所述，本发明提供的硬币表面质量检测装置及其检测方法，依据划痕等缺陷导致硬币表面高度发生变化进行检测，不依赖于硬币的放置角度，并且不受硬币表面漫反射的影响，检测结果准确性高，尤其对于硬币表面的划痕、粘坑、凸起的检测有明显效果。

以上仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。