基于机器视觉的轮毂外观自动分拣装置、分拣方法和分拣系统

摘要

本发明涉及一种基于机器视觉的轮毂外观自动分拣装置，包括检测主体，所述检测主体包括：定位组件，用于通过夹紧装置固定轮毂且带动轮毂进行Z轴运动和旋转运动；至少三组的光源相机组件分别对应设置在固定后轮毂的上方、下方以及侧边；检测框架，通过连接装置固定定位组件和各组光源相机组件，各光源相机组件通过网络接口与上位机连接。该装置实现轮毂的型号识别、固定定心、以及自动外观检测功能，具有检测效率高、准确率高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及轮毂外观检测技术，具体涉及一种基于机器视觉的轮毂外观自动分拣装置、分拣方法和分拣系统。

背景技术

轮毂制造过程中，确保行驶的安全性为首要考虑的技术问题。对于轻合金轮毂质量检测，轮毂迥异的横断面铸造结构及复杂的几何形状，一般都是用X-射线实时检，对显示在监控屏幕上的X光轮毂图像，现有技术是通过人眼进行缺陷的识别，同时进行轮毂质量合格与否的判断，存在效率低、准确性差的缺点。另一方面，图像理解技术应用于铸造产品的内部缺陷识别技术中，由于变化多样的铸件结构成为目标识别过程中复杂多变的图像背景，而从复杂图像背景中快速准确的提取目标的轮廓特征一直是图像处理技术领域的难题，导致图像理解技术没有在轮毂检测中广泛应用。

针对上述情况，该领域逐渐对基于图像理解的轮毂缺陷自动检测方法进行改进。具体为利用PLC控制系统精确控制轮毂的移动、转动以及X光管的移动，PLV控制系统的参数由PC机中的轮毂铸造缺陷软件设定。X光拍摄轮毂的各个位置的图像，所述位置由PC机中的轮毂铸造缺陷软件设定，轮毂铸造缺陷检测软件通过检测算法自动识别轮毂中的铸造缺陷，大大提高轮毂检测的自动化程度和检测标准的客观性。如专利申请文件200610132358.5公开的一种基于图像理解的轮毂铸造缺陷自动检测方法及装置。然而，在现有图像轮毂缺陷检测系统中，不能通过计算机自动判断轮毂拍摄部位，轮毂拍摄面不全，拍摄花费时间长，且光源设置不合理导致外部光源对成像造成干扰，影响成像；并且在检测时只能由操作人员根据实际图像进行主观视觉判断，手动调节轮毂拍摄部位，以使人眼可以清晰检测轮毂关键部位是否存在缺陷，其整个操作过程时间长，效率低，且准确率低；再者，现有图像轮毂缺陷检测系统中，无法适应不同型号，不同大小的轮毂及不同轮廓的图形。因此，如何提高轮毂外观缺陷自动检测分拣的技术仍是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种基于机器视觉的轮毂外观自动分拣装置，该装置实现轮毂的型号识别、固定定心、以及自动外观检测功能，具有检测效率高、准确率高的优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种基于机器视觉的轮毂外观自动分拣装置，包括检测主体，所述检测主体包括：定位组件，用于通过夹紧装置固定轮毂且带动轮毂进行Z轴运动和旋转运动；至少三组的光源相机组件分别对应设置在固定后轮毂的上方、下方以及侧边；检测框架，通过连接装置固定定位组件和各组光源相机组件，各光源相机组件通过网络接口与上位机连接。

具体的优选方案中，所述光源相机组件包括一相机件、设置在相机件侧边的至少一个光源件以及连接相机件和光源件、相机件和检测框架的光源相机支架；所述光源件能够从各自的指定位置沿指定方向发射平面光束到轮毂表面的同一部分上，形成照射区域；所述相机件在给定位置能用于检测轮毂表面上照射区域的反射光束，并产生图像信号。

本发明所述的定位组件包括沿Z轴分布的上定位组件和下定位组件，所述定位组件包括一端与检测框架连接且通过升降机构可进行升降滑动的连接支架，以及设于连接支架另一端用于夹紧轮毂的夹爪机构；所述夹爪机构用于支撑轮毂中心，并带动轮毂相对于连接支架旋转，以实现自动旋转调整检测角度。

进一步的技术方案中，所述检测框架由顶板和支撑顶板的边框架构成，所述顶板为罩型结构，所述顶板上设有若干个观察窗，所述检测框架上设有出气口朝向定芯后轮毂位置的吹气除尘机构。

进一步的优选方案为，本发明分拣装置还包括设于检测框架内部下方的检测段输送装置，所述检测段输送装置包括输送框架、设于输送框架上方两内侧的滚轮机构、连接所述滚轮机构的电动机以及分布于输送框架上方两外侧的光电传感器，对应所述定位组件的输送框架位置上设有用于下方的定位组件(11)进行发射光源和拍摄的检测窗，所述轮毂下方设有粗定位组件，所述粗定位组件通过夹爪机构对轮毂周边进行夹紧和松开的操作。

在一个具体优选方案中，所述检测段输送装置前端设有上料输送装置，后端设有下料输送装置，所述上料输送装置和下料输送装置均包括运输框架、设于运输框架上方两内侧的滚轮以及连接所述滚轮的电动机。

本发明另一方面还提供了一种基于机器视觉的轮毂外观自动分拣方法，是使用上述的基于机器视觉的轮毂外观分拣装置，其在所述轮毂进行检测时，由定位组件的气动夹爪内撑固定且沿Z轴移动至检测照射区域，触发光源相机组件进行拍摄轮毂一部分，随后根据检测轨迹旋转轮毂调节角度进行拍摄，直至获取轮毂的所有面的图像。

其中优选的方案，在所述轮毂进行检测前，所述光源相机组件通过伸缩机构进行光源件和相机件的位置调节，以适应不同外径大小的轮毂。

其中优选的方案，在所述轮毂进行检测前，所述轮毂通过上料输送装置输送至检测段输送装置，传感器检测到轮毂到位后，粗定位装置的夹爪对轮毂周边进行夹紧，并通过直线往复机构将轮毂中心对准定位组件的气动夹爪，待气动夹爪內撑固定后，粗定位装置的夹爪机构松开轮毂。

其中优选的方案，在所述轮毂进行检测时，上位机系统接收拍摄的图像，并根据视觉检测算法评估当前轮毂的质量，视觉检测算法具体为根据识别的轮毂型号调用相应的标准参数，根据标准参数与当前轮毂进行图像匹配，输出检测结果。

其中优选的方案，在所述轮毂评估质量后，如果判断为不合格需要重新进产线加工，则轮毂自动分离到不合格制品的装箱机构；如果判断为合格，轮毂自动往后级打包机构流水线传递；如果判断为不合格需要人工手工修补，则轮毂自动分离到手工修补工位。

本发明再一方面还提供了一种基于机器视觉的轮毂外观分拣系统，所述系统包括：

轮毂输送模块，用于实现轮毂的自动输送；

轮毂定位模块，用于分步通过粗定位和內撑定位的操作实现轮毂的定位；

轮毂识别模块，用于利用光源相机组件实现对轮毂的型号及缺陷类别识别功能；

自动外观检测模块，用于通过定位组件的升降机构对轮毂位置调整来适应相机件距离进行自动检测；

主控模块，用于控制设备的机电运转，开关信号的输出控制以及接近传感器、光电传感器信号的采集。

进一步的方案中，所述系统还包括设备运行状态报警模块，用于实现轮毂外观检测系统中的分级报警功能，该模块通过颜色不同的灯表示设备正常运行，异常或等待、不需急停以及异常报警、需急停三种状况。

本发明的优点和有益效果在于：

1)本发明轮毂的定位功能可将轮毂从上料输送线流转到本工位中间位置，完成对轮毂的(用内撑方式)定心，定位结构稳定、可靠，可自动识别不同型号轮毂，自适应不同型号轮毂外观检测；轮毂完全定位后自动触发检测系统，实现自动控制Z轴运行，自动运行检测轨迹。该装置还能自动识别轮毂高度调整主轴适应相机高度。

2)本发明的轮毂初定位装置在输送线上的功能是使轮毂的中心定位在固定的位置，该装置通过4个夹爪的对称运动实现对轮毂的定心，对称运动通过齿轮齿条的对称结构保证。

3)自动调取轮毂的检测轨迹并进行自动外观检测，本发明装置图像识别装置主要利用工业相机和光源实现轮型号类别的识别，使轮毂外观检测设备能够根据识别的轮毂型号调用相应的参数对轮毂外观缺陷的检测；检测过程中为轮毂外观检测自动检测提供标准，可快速检测轮毂缺陷类别判定产品合格率；而Z方向采用直线导轨则保证检测精度。

4)本发明分拣装置设有轮毂的上、下料输送功能，提供不同型号轮毂的输送功能，输送线的宽度要兼容14-18英寸轮毂，输送线的高度为800mm左右，方便人工或自动化设备上下轮毂；此外，上下料输送线走线合理、美观，便于维护。

5)本发明分拣装置和系统自动化程度高，节约人工成本；且该系统运行时设备有故障信息提醒，当设备发生异常则可自动急停保护。

6)本发明分拣方法中视觉检测的标准的客观性强且稳定性高，可以大大提升产品的检测质量，保证产品的质量可靠稳定性。

附图说明

图1为检测主体的实施方式的结构示意图；

图2为光源相机组件的整体结构示意图；

图3为光源相机组件的相机和光源外露的结构示意图；

图4为图5中的部位A-A的剖视图；

图5为图4的光源相机组件的剖视位置标示图；

图6为定位组件的结构示意图；

图7为检测段输送装置的结构示意图；

图8为检测段输送装置的侧面示意图；

图9为粗定位装置的结构示意图；

图10为输送装置的整体示意图；

图11为轮毂外观自动分拣装置的整体示意图；

图12为轮毂外观自动分拣方法的步骤示意图；

图13为轮毂外观自动分拣系统的结构示意图；

图14-19为轮毂外观自动分拣装置检测所得轮毂部分成像图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的一种基于机器视觉的轮毂外观分拣装置，包括检测主体1，所述检测主体1包括：定位组件，用于通过夹紧装置固定轮毂且带动轮毂进行Z轴运动和旋转运动；至少三组的光源相机组件，分别对应设置在固定后轮毂的上方、下方以及侧边；检测框架，通过连接装置固定定位组件和各组光源相机组件，各光源相机组件2通过网络接口与上位机连接。

如图1示出的基于机器视觉的轮毂外观分拣装置的一个具体实施例中，定位组件10为上定位，定位组件11为下定位，两个定位组件结构相同，沿Z轴夹爪机构相向设置。图6所示，其中定位组件10包括一端与检测框架30连接且通过升降机构15可进行升降滑动的连接支架13，以及设于连接支架13另一端用于夹紧轮毂12的夹爪机构14；所述夹爪机构14由气动夹爪140、气动卡盘141和旋转电机142组成，所述气动卡盘141前端连接所述气动夹爪140，后端与连接支架13固定连接，所述旋转电机142的输出轴连接所述气动卡盘141的中心轴。

光源相机组件20包括一相机件21、设置在相机件21侧边的至少一个光源件22以及连接相机件21和光源件22、相机件21和检测框架30的光源相机支架23。图2-3示出了光源相机组件的一个具体实施例，在该实施例中，光原件22有两个，分别设置在相机的两侧。

两个光源件22能够从各自的指定位置沿指定方向发射平面光束到轮毂12表面的同一部分上，形成照射区域；所述相机件21在给定位置能用于检测轮毂12表面上照射区域的反射光束，并产生图像信号。

所述光源相机支架23包括连接所述相机件21和检测框架30的主支架230，以及连接所述相机件21和各光源件22的次支架231，所述主支架230通过内部设有的伸缩机构24进行调节相机件21、光源件22与轮毂12的间距，见图4-5。

本发明的检测框架可以但不限于为矩形框架，以能实现本发明其他结构为准的基础上，可以为其他形状。在一个具体的优选实施例中，图1所示，所述检测框架30为矩形框架，其由顶板31和支撑顶板31的边框架32构成，所述顶板31为罩型结构，所述顶板31上设有若干个观察窗33，所述检测框架30上设有出气口朝向定芯后轮毂位置的吹气除尘机构。

本发明的有一个实施例中，所述分拣装置还包括设于检测框架30内部下方的检测段输送装置40，如图7-8所示，所述检测段输送装置40包括输送框架41、设于输送框架41上方两内侧的滚轮机构42、连接所述滚轮机构42的电动机43以及分布于输送框架41上方两外侧的光电传感器44，对应所述定位组件10、11所在的Z轴的输送框架41位置上设有用于下方的定位组件11进行发射光源和拍摄的检测窗，所述轮毂下方设有粗定位组件45，所述粗定位组件45通过夹爪机构对轮毂12周边进行夹紧和松开的操作。

具体的如图9所示，所述粗定位装置45设于滚轮机构42的下方，所述粗定位装置45包括安装底座450、设于安装底座450上的直线行走双杆451设在直线行走双杆451两端且与直线行走双杆451垂直的两个夹爪连接杆452以及设在夹爪连接杆452上的四个夹爪50，四个所述夹爪50向上伸出高于滚轮机构42的上表面，所述夹爪50对应的滚轮机构42横向位置设有行走通道60。所述夹爪连接杆452通过直线往复机构可沿直线行走双杆451进行相向或反向运动，从而使夹爪50间距的减小或增大。

所述直线往复机构包括有做直线往复运动的液压执行元件54、与液压执行元件54移动端连接的齿轮齿条组件以及将齿轮齿条组件连接于安装底座上的滑行组件.

所述齿轮齿条组件由分别与两个所述夹爪连接杆452连接且平行设置的第一齿条51和第二齿条52，以及设于分别于第一齿条51和第二齿条52啮合的齿轮53组成；所述第一齿条51的齿牙和第二齿条52的齿牙设在相向面以实现与同一齿轮53啮合；所述滑行组件由固定于安装底座的两组导轨60以及分别与第一齿条51和第二齿条52固连接的两组滑块61组成，两组滑块61带动第一齿条51和第二齿条52分别在各自导轨60上滑动。

所述液压执行元件54的固定端与直线行走双杆451固定连接，一所述夹爪连接杆452内侧边连接液压执行元件451的移动端。

当液压执行元件451进行直线往复运动时，带动一夹爪连接杆452沿直线行走双杆451进行相向或反向运动，进而带动该夹爪连接杆452连接的第一齿条51作直线滑行运动，并通过齿轮53带动第二齿条52作直线滑行运动，第二齿条52带动另一夹爪连接杆452沿直线行走双杆451进行相向或反向运动，实现夹爪50的收紧或松开。

图10示出了输送装置的又一个具体的实施例，所述分拣装置还包括分别设于检测段输送装置40前端的上料输送装置70以及后端的下料输送装置80，所述上料输送装置70和下料输送装置80包括运输框架71、81、设于运输框架71、81上方两内侧的滚轮72、82以及连接所述滚轮72、82的电动机73、83。

本发明的输送装置提供不同型号轮毂的输送功能，本申请对输送装置的高度、宽度和滚轮转速不作具体限定。在实际应用中，输送装置的高度为800mm左右，方便人工上下轮毂(结合上下游的输送装置高度)；自动上料线由两排滚筒组成，两排滚筒之间的距离要能适应14-18英寸轮毂(结合上下游的输送装置宽度)；足够的宽度保护轮毂在输送的过程中不被磕碰、摩擦损伤；输送装置滚轮转速优选为12m/min(结合上下游的输送装置速度)；三段式的输送装置走线合理、美观，便于维护。其中下料输送装置还包括把异常轮毂(例如型号识别不清)从检测好的轮毂中分拣出来。

图11所示为输送装置置于检测主体1内部下端时的整体结构。检测段运输装置的上表面高度在上定位组件10和下定位组件11之间的位置。

本发明基于机器视觉的轮毂外观分拣方法使用本发明基于机器视觉的轮毂外观分拣装置，其在所述轮毂12进行检测时，由定位组件10、11的气动夹爪140内撑固定且沿Z轴移动至检测照射区域，触发光源相机组件20进行拍摄轮毂12一部分，随后根据检测轨迹旋转轮毂12调节角度进行拍摄，直至获取轮毂12的所有面的图像。

其在所述轮毂12进行检测时，根据初步拍摄轮毂12的一部分进行轮毂12型号识别，然后根据识别反馈提取对应型号预存的检测轨迹运行当前轮毂12。

其在所述轮毂12进行检测前，所述光源相机组件20通过伸缩机构24进行光源件22和相机件21的位置调节，以适应不同外径大小的轮毂12。

其在所述轮毂12进行检测前，所述轮毂12通过上料输送装置70输送至检测段输送装置40，传感器检测到轮毂到位后，粗定位装置45的夹爪对轮毂12周边进行夹紧，并通过直线往复机构将轮毂12中心对准定位组件10、11的气动夹爪140，待气动夹爪140內撑固定后，粗定位装置45的夹爪机构松开轮毂12。

其在所述轮毂12进行检测时，上位机系统接收拍摄的图像，并根据视觉检测算法评估当前轮毂12的质量，视觉检测算法具体为根据识别的轮毂12型号调用相应的标准参数，根据标准参数与当前轮毂12进行图像匹配，输出检测结果。

在一个具体实施例中，使用带有输送装置的分拣装置，如图12所示，该分拣方法包括以下步骤：

步骤1)将轮毂放至输送线的上料输送装置，运输至检测段输送装置的检测区域；

步骤2)粗定位装置对轮毂进行初定位，通过夹爪机构对轮毂进行夹紧定位；

步骤3)定位组件对轮毂中心进行內撑定芯，并沿Z轴运动和旋转运动调整轮毂的位置和角度；

步骤4)定位完成后，传感器触发PLC系统发出光源件和相机件拍摄信号，对轮毂进行拍照，并对轮毂进行信号识别的判断；

步骤5)根据信号识别的反馈进行自动运行表面检测过程；

步骤6)检测完毕后，轮毂主轴回到原点，定位组件的夹爪机构內撑气缸松开；

步骤7)检测段输送装置将轮毂输送至下料输送装置，继而由下料输送装置送走，结束一个轮毂的检测流程。

其中，在检测步骤中，通过上位机对所述轮毂评估质量，评估结果有三个：如果判断为不合格需要重新进产线加工，则步骤7)中轮毂自动分离到不合格制品的装箱机构；如果判断为合格，步骤7)中轮毂自动往后级打包机构流水线传递；如果判断为不合格需要人工手工修补，则步骤7)中轮毂自动分离到手工修补工位。

判断为不合格需要人工手工修补的轮毂在人工修理完后，由人工套袋后放置到指定工位；通过指定工位放置的工业相机成像判别当前位置的轮毂的颜色；同时系统根据装箱需求自动判断是从前级检测流水线还是人工修理后的工位取轮毂包装；如果是人工修理后的工位取轮毂包装，则系统根据装箱需求自动判断何时从人工修理后的工位取轮毂包装；将轮毂放置到待装箱轮毂工位。

本发明基于机器视觉的轮毂外观分拣系统的具体实施例，如图13所示，所述系统包括：

轮毂输送模块101，用于实现轮毂12的自动上料和下料输送；

轮毂定位模块102，用于分步通过粗定位和內撑定位的操作实现轮毂12的定位；

轮毂识别模块103，用于利用光源相机组件20实现对轮毂12的型号及缺陷类别识别功能；

自动外观检测模块104，用于通过定位组件10、11的升降机构15对轮毂12位置调整来适应相机件21距离进行自动检测；

主控模块105，用于控制设备的机电运转，开关信号的输出控制以及接近传感器、光电传感器信号的采集；

设备运行状态报警模块106，用于实现轮毂12外观检测系统中的分级报警功能，该模块通过颜色不同的灯表示设备正常运行，异常或等待、不需急停以及异常报警、需急停三种状况。

其中主控模块105具体用于控制操作包括相机件曝光外部触发、光源开关控制、输送装置运行控制、光电传感器信号采集、伺服电机的控制及其传感器的信号收集、气缸的控制及其传感器的信号收集、三色警示灯信号控制以及设备开关复位急停按钮的控制。

轮毂输送模块101沿输送线依次上料输送单元、检测段输送单以及下料输送单元，所述下料输送单元处正常轮毂下料外，还用于异常轮毂的分离下料。

所述轮毂定位单元102包括粗定位单元和定位单元；所述粗定位单元通过粗定位装置45使轮毂12的中心定位在固定的位置；所述定位单元在轮毂12中心固定后，用夹爪机构14对轮毂12进行精确定心。

基于本发明轮毂外观分拣装置的检测试验，采用CCD相机实现动态图像的拍摄，检测所得成像图如图14-19所示，可以看出轮毂的表面为亚光，成像效果非常适合视觉处理。在所有有瑕疵的表面都可以清晰获得很优良的待处理图像，因此可以稳定的利用软件检出瑕疵制品部分。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。