基于机器视觉的空调截止阀缺陷检测系统的研制.pdf

、I 匐 化 基于机器视觉的空调截止阀缺陷检测系统的研制 The de vel opm ent of cut - 0 竹 val v e i n ai r - condi t i on def ect s i nsp ect i on s yst em b ased on m achi ne vi s i on 梁君，蒋庆 ，汤建斌 ，舒军辉 L lANG J u n ， J I ANG Qi n g， 1 _ANG J i a n ． b i n， SHU J u n ． h u j 中国计量学院计量测试工程学院，杭州 3 1 0 0 1 8 摘 要文中根据空调截止阀生产线检测要求，研制了基于机器视觉的截止阀缺陷检测系统，实现了 截止阀挡圈、高度以及角度三个指标集成检测 ，并自动分离出不合格品。着重介绍了检测系 统的结构组成 ，并且介绍了模板匹配、图像分割 、边缘检测等相关图像算法。经实验测试表 明该视觉系统精度高， 稳定性好，有效地提高了截止阀检测生产线的工作效率。 关键词机器视觉；截止阀检测；视觉检测 ；图像处理 中图分类号T M5 7 1 ． 2 文献标识码A O o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ 3 ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 1 1 上 ． 0 9 0 引言 2 0 1 3 年我国空调年产量高达1 ． 1 2 亿台，空调截 止 阀的年需求量至少为空调年产量的2 倍，那么每 年就至少要2 ． 2 4 亿个。其 中截止阀挡圈缺件检测、 接管高度检 测以及接管 角度检测是生产线中三个 重要工艺 指标 。 目前 国内截 止阀检测主要依靠人 工方法 ，人工检 测缺 陷在于 人工成本 高、效率 低 ，无法满足 自动化生产 线需求 ；检 测精度低、 易出错 ，检测质量受人为因素影 响⋯。挡圈因人为 因素的误 检已引发截止阀使用过程 中的多起安全 事故 ，对企 业和员工造 成巨大损失 和伤害 ，而接 管高度和接管角度的不良品使其无法正常的安装 使用，造成 了资源的浪费。 检 测指标如 图1 所示 。挡圈缺件检测是其 中最 重要的一项安全工艺指标 ，角度检测如 图1 中O c 所 示 ，工艺 要求 出厂标准允许误差值为 2。 ，高度 检 测如 图1 中h 所示 ，工艺要求 出厂标准允许误差 值为 2 mm。文 中视觉 系统将对挡圈 、高度和角 度三个指标集成到一个工序来完成 】 ，有效地节 省 了人工成本 ，提高了生产效率。 L f ～ 图1 截止 阀检测工艺 指标图 文章编号1 0 0 9 -0 1 3 4 2 0 1 4 1 1 I- - 一 0 0 3 3 0 4 截止阀视觉检测系统 截止阀视觉检测系统设计参数如表1 所示 。 表1 截止阀检测系统设计参数表 参数名称 具体要求 生产节拍 挡 圈口径范 围 挡圈误检率 高度检测范围 高度检测精度 角度检测范 围 角度检 测精度 2 9／ 个 1 6 mm 2 O mm 小于1 ‰ 2 0mm 4 Omm O． 1 mm 30。～ 7 0。 0． 1。 系统 结构采用八工位转盘的形式对截止 阀进 行检测处理 ，每工位可 同时放置一个产品 。系统 结构 如图2 所 示 。转盘 八个工位平 均分配 ，每个 工位的功能如下 工位一 、工位二是上料工位； 工位三是判断有无工件工位 ，；工位四是检测工 位 ；工位五 、工位六 、工位七是剔除工位 ，工位 五 剔除 挡 圈不 良工 件 ，工位 六 剔除 高度 不 良工 件、工位七剔除角度不 良工件 ；工位八是合格下 料工 位 。 该系统主要包括控制单元、检测单元、驱动单 元以及机械结构单元，系统硬件组成如图3 所示。 检测单元 由一 台工控机 ，一个光 电传感器 ， 两台CC D，两个光源及光 源频 闪控制器构成 。 由于所检 测的挡圈位 于阀 口内部，照 明过程 中容 易出现 阀 口内部不明亮均匀，存在 阴影部分 ，给 收稿日期2 0 1 4 - 0 8 - 0 7 作者简介梁君 1 9 9 0一，男，浙江乐清人，硕士研究生，主要从事检测 自动化、微机应用技术的科研工作。 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 -1 1 上 【 3 3 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 匐 似 挡圈 、角度 检测 高度检测 a 系统整体结构 b 转盘 结构 图2 系统结构 图 检 测单元 控制单元 驱动单元 面匿 司 ] 篁 l 弱 PLC 躅 圆 _ J _ 1 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ．_ _ J 图3 截止 阀检测 系统的硬件组成框 图 图像采集 以及后续处理带来误差 。因此采用环形 光源照 明，该光源能3 6 0 。均匀照射在被测物上， 并且无阴影产生 ，清晰度高；检测接管高度和接 管角度则需要对截止阀接管进行照射成像 ，通过 红色背光源照明可以使接管边缘突 出，有利于计 算接管的高度和角度。摄像头选用美 国B a n n e r 3 0 万像素彩色CC D和黑白CC D各一 台，这是因为检 测挡圈时 ，被测截 止阀为黄铜材质 ，而挡圈表面 呈银色 ，检测过程 需要分辨 颜色 ，同时检测区域 为整个阀体大小，角度检测精度为0 ． 1 。 ，因此选用 3 0 万像素彩色CC D；检 测高度过程中 ，由于只需 采集截止阀接管的边缘信息，无需分辨颜色，同 时检测区域为接管长度，高度检测精度为0 ． 1 mm， 因此选用3 0 万像素黑白C C D。 [ 3 4 】 第3 6 卷第1 1 期2 0 1 4 - 1 1 上 控制单元主要 由一台欧姆龙C P I L系列的P L C 组成 ，实现对 驱动单元 中的转盘 电机 、光源频 闪 控制 器、报警灯 、次 品剔除气缸 、下料气抓等部 件 的实时控制 。其 中检测节拍可 以通过调节转盘 转动 速度从而达到生产要求 。由于存在两台CC D 拍摄 ，光源通过频 闪控制器实现 光源拍摄 照明， 避免光源间的互相影响。 2 图像检测方法 成像 系统 采集到的图像 进行处理 的流程 图如 图4 所示。首先，注册检测对象的模板 图像；在获 取 的模板 图像 中，提取 出检测对象的检测指标 特 性，包括挡圈的颜色 特性 ，接管的边缘特性 ，并 且设 定相应的检 测区域参数 。在检测过程 中，当 获取 检测图像 时，首先将设定的定位区域参数 对 检测图像进行定位 ，然后再在相应 的检测区域 内 进行检测处理。 注册模板图像 在模板图像中提取检 测对象参数 设定检测 区域范围 获取检测对象图像 获取检测对象位置，在定位 区域 范围中对图像进行检测 挡圈检测l I 高度检测 I l 角度检测 区域标定l l 区域标定 I I 区域标定 挡圈区域l l 高度区 域I l 角 度区 域 检测 l l 检测 I I 检测 给出检测结果 图4图像处理流程 图 2 ． 1标定区域定位 由于 系统采 用的是8 工 位转 盘形式 检测 ，在 转动过程 中，电机与转盘之间存在一定 的弹性缓 冲 ，使得各个工位进入检测状 态时不 完全在 同个 区域 内。也就是说 ，每次获取 的图像 中，处理 区 域的位置 都有不同。所 以在进 行图像处理前需要 准确计算 匹配 区域 的位置 ，从而使 图像处理在正 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m