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专利号: 2013101656475
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 将固体从固体中分离;分选
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:包括用于对钢珠进行自动检测和分类的流水线,用于为钢珠瑕疵检测提供照明光源的红色LED柔性漫射光照明光源,用于拍摄被检钢珠图像的单目多视角机器视觉检测装置和用于对被检钢珠图像进行图像处理、检测、识别、分类以及协调控制流水线上各动作机构的协调动作的微处理器,所述流水线包括用于将被检钢珠从待测物件容器中以每次一粒按一定速度和节拍钢珠喂送到上料输入口的上料动作机构,用于将被检钢珠通过单目多视角机器视觉检测装置的传输机构,用于将落入到分选输入口的已检钢珠根据分选判断结果收集到相对应的钢珠分选容器中的分选执行机构;所述的微处理器还包括: 图像读取模块,用于从单目多视角机器视觉检测装置中的摄像机读取包含有从5个不同视角拍摄的被检钢珠的图像;图像处理模块,用于从一幅图像中分割出5幅不同视角的钢珠图像和将5幅不同视角的图像背景中分割出钢珠图像,并根据知识库中保存的传感器的标定结果对5幅不同视角的钢珠图像进行透视投影转换处理;图像抓拍触发模块,用于对钢珠实施抓拍;传感器标定模块,用于对摄像机的标定、畸变矫正以及透视投影变换,将标定摄像机的内部参数以及透视投影变换的参数存储到知识库中;图像融合模块,用于将不同视角所获得的钢珠图像进行融合以便识别和检测整个钢珠表面的瑕疵;钢珠外观识别模块,用于根据国家标准对被检钢珠进行各种瑕疵的识别;分选控制模块,根据钢珠外观识别结果自动完成被检钢珠的自动分选;钢珠质量统计模块,根据钢珠外观识别结果将钢珠进行分类统计;人机交互模块,用于在人工干预下完成检测参数的设定、虚拟检测线的设定和控制检测结果的输出。

2.如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的单目多视角机器视觉检测装置;由I个摄像机和4个平面镜所构成的单目多视角立体视觉装置,通过一个摄像机的一次成像来获取从5个视角拍摄的钢珠表面图像,实现一种以钢珠为观察中心的全方位视觉装置;主要由摄像机、漫射光照明光源和I个平面镜斗型腔组成;斗型腔由尺寸相同的等腰梯形平面镜组成,镜面朝向腔体内侧,且腔体的中轴线重合于摄像机的主光轴;摄像机镜头由漫射光照明光源小口端探入腔体内,镜头入射光线由漫射光照明光源发出的漫射光线和镜面反射光线组成;被测钢珠沿着导轨以某一速度Vl滚动斜穿过平面镜斗型腔,当钢珠滚动至腔体的中轴线附近时,摄像机抓拍钢珠图像,并开始进行计时,t=0 `;所拍摄的图像包含被测钢珠的5副不同视角的影像,且这些影像来自于5不同透视投影点;所述的单目多视角机器视觉检测装置一共有5个不同透视投影点,在摄像机中直接成像的为实体摄像机的透视投影点,所拍摄的图像如附图12中的视角O ;其他4个均为由摄像机和反射镜面所成像的为虚拟摄像机的透视投影点,所拍摄的图像分别来自于视角I〜视角4,所述的单目多视角立体视觉装置具有严格一致的内部参数和颜色系统;为了获得整个钢珠球面的图像,当钢珠的直径为D、钢珠以Vl速度纯滚动情况下,当计时器时间为t=l.57D/V1时,钢珠原底部正好转动到顶部,这时控制摄像机抓拍钢珠图像,又获得5个不同视角的钢珠图像。

3.如权利要求1或2所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的红色LED柔性漫射光照明光源,采用360度发射出的红色LED光投射到比较粗糙的碗状漫射体上,碗状漫射体为具有积分效果的半球面内壁,通过半球型内壁的漫反射板多次反射,实现全空间区域的漫射红色光照明,对凹凸不平、裂缝表面瑕疵检测起到特殊作用,并达到完全消除阴影,产生一种无方向、柔和的红色光,然后再投射到钢珠的整个表面上。

4.如权利要求1或2所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的图像融合模块,用于将不同视角所获得的钢珠图像进行融合以便识别和检测整个钢珠表面的瑕疵;对重叠区域图像采用图像融合方法,由于加权平均法具有算法简单、运算速度快的优点,本发明采用加权平均法融合策略;该算法的思想是将2幅图像对应的像素点乘以一个加权系数后再相加得到融合图像的像素值;对于源图像和拼接图像,通过融合后得到的图像用公式(I)进行计算, 式中,L(x,y),R(x,y)分别表示两幅拼接图像I1和I2的重叠区域,L(x,y) e I1,R(x,y) e I2, α I为权值,取值范围为[O, I], α I的值可以由重叠区域的像素点计算得到,a l=sl/(sl+s2) ,si为I1中重叠区域的所有像素和,s2为I2中重叠区域的所有像素和; 本发明中,将t=0时刻用实体摄像机拍摄的图像称为俯视图,t=l.57D/V1时刻用实体摄像机拍摄的图像称为仰视图,t=0时刻用虚拟摄像机拍摄的图像分别称为左视图、主视图、右视图和后视图;用主视图上的钢珠图像直径D处为拼接融合的基准;首先,将左视图和主视图、右视图和后视图按“高平齐和宽相等”原则以钢珠主视图的直径处为基准进行拼接融合,得到左、主和右、后视图的融合拼接图像,拼接融合重合区域的大小为0.287D;然后,对左、主和右、后视图的融合拼接图像进行二次融合拼接得到左、主、右、后视图的融合拼接图像,融合拼接处在主视图和右视图部分,拼接融合重合区域的大小仍然为0.287D ;接着,对左、主、右、后视图的融合拼接图像与俯视图进行融合拼接得到左、主、右、后、俯视图的融合拼接图像,融合拼接处在主视图和俯视图部分,拼接融合重合区域的大小仍然为0.287D ;最后,左、主、右、后、俯视图的融合拼接图像与仰视图进行融合拼接得到左、主、右、后、俯、仰视图的融合拼接图像,融合拼接处在主视图和仰视图部分,拼接融合重合区域的大小仍然为0.287D。

5.如权利要求1或2所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的图像抓拍触发模块,用于对钢珠实施抓拍;具体做法是在实体摄像机的直接成像区域内画一条虚拟触发线,用MHI算法跟踪钢珠的运动,当钢珠滚动至虚拟触发线时触发摄像机抓拍钢珠图像,这时设置计时器t=0,并从抓拍的钢珠图像中计算出钢珠的直径D ;当计时器时间t=l.57D/V1时,再次触发摄像机抓拍钢珠图像; 所述的MHI算法,MHI中得到的运动历史图像是一段时间间隔中的相邻图像帧进行帧间差分和灰度化处理之后得到的,这种得到运动历史图像的算法对于始终处于运动状态的目标可以很好地得到运动轮廓模板并且计算量比较小,MHI算法能用于创建一个运动梯度图像并通过SOBEL算子计算得到运动梯度的方向和大小,同时利用该结果可进一步用于估算对象的运动方向,由于MHI算法不需要背景建模只进行帧间差分处理就可以得到前景运动对象,因而该算法对于提取前景运动对象具有很高的实时性,计算方法如公式(2)所示, 式中,D(x,y,t)运动区域的二进制图像序列,τ为持续时间,Ητ (χ, y, t-1)为上一个时刻的运动历史二进制图像序列; 通过MHI算法获得了轨道上的钢珠前景运动对象后,判断钢珠前景运动对象是否与虚拟触发线相接触,如果相接触就进行抓拍。

6.如权利要求1或2所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的钢珠外观识别模块,用于根据国家标准对被检钢珠进行各种瑕疵的识别;首先,对左、主、右、后、俯、仰视图的融合拼接图像采用LOG算子进行局部二值化处理,然后统计二值化后的瑕疵区域像素点数目;L0G算子就是Laplacian-Gauss算子,该算子把Gauss平滑滤波器和Laplacian锐化滤波器结合了起来,先平滑掉噪声,再进行边缘检测;通过LOG算子进行局部二值化处理的左、主、右、后、俯、仰视图的融合拼接图像,在6个不同视角方向同时检测整个钢珠表面是否存在着任何缺陷;统计整个钢珠表面像素点的数量以及缺陷像素点的数量,并用公式(3)计算就能得到钢珠的缺陷量化指标, 式中,Σ η为整个钢珠表面像素点的数量,Σ i为缺陷像素点的数量; 进一步,计算钢珠的最大缺陷面积;通过LOG算子进行局部二值化处理后的钢珠融合拼接图像,如果钢珠表面存在缺陷的话,进一步用遍历的方式计算钢珠的最大缺陷面积,具体做法是:对LOG算子进行局部二值化处理后的钢珠融合拼接图像中的各封闭区域统计其像素值,然后找出最大的封闭区域,其中每个封闭区域都是钢珠的表面缺陷;然后利用摄像机的标定结果,即每个像素对应钢珠实际面积大小关系,计算出钢珠的最大缺陷面积Defectmax ; 如果Indexdefeet≥δ就将Flagdefeet=O,表明钢珠存在着缺陷;否则设置为Flagdefeet=I ;δ根据质量控制要求进行设定,对于有严格要求的钢珠品质,δ设置为0.0001 ;对于有进一步分类要求的情况,还需要根据瑕疵的形状进一步进行识别和判断;识别和判断结果写入到数据库中,检测数据表主要由生产批次、检测时间、Indexdefect和Defectniax四个item构成。

7.如权利要求1或2或6所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的钢珠质量统计模块,根据钢珠外观识别结果将钢珠进行分类统计;分类统计是根据检测数据表的记录进行统计的,通过对数据库的表操作得到某一生产批次钢珠质量情况统计表,更进一步得到某一生产批次钢珠某种缺陷的分析结果;通过钢珠的质量统计诊断在钢珠生产过程中产生某种缺陷的原因。

8.如权利要求1或2或6所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:分选控制模块,根据钢珠外观识别结果Flagdrfert自动完成被检钢珠的自动分选;电磁快门单元将合格钢珠和不合格钢珠自动分开;电磁快门状态与缺陷符号状态相一致,当Flagde^t=I时,控制电磁快门状态为I,这时轨道与合格钢珠收集管道相通;当Flagdefert=O时,控制电磁快门状态为0,这时轨道与不合格钢珠收集管道相通。

9.如权利要求1或2所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的上料动作机构,用于将检测钢珠以一定的速度和节拍,将钢珠依次、均速地送入检测轨道;主要由钢珠上料容器罐和送检动作单元构成,其中送检动作单元由电机和送检控制盘所组成;所述的电机带动所述的送检控制盘转动,送检控制盘上开有四个槽;槽的宽度大于被检钢珠的直径,送检控制盘的材料刚度低于钢珠的材料刚度;所述的送检控制盘每旋转一周就会有4颗钢珠从钢珠上料容器罐的管道中通过所述的送检控制盘的槽,钢珠输送的节拍是由所述的电机控制的。

10.如权利要求1所述的基于单目多视角机器视觉的钢珠表面缺陷在线自动分选装置,其特征在于:所述的传输机构,用于将检测钢珠以一定滚动速度通过沿着检测导轨以某一速度Vl滚动斜穿过平面镜斗型腔;所述的检测轨道由三个部分构成,包括紧靠所述的送检控制盘的导引加速段、穿越平面镜斗型腔的均速转动段和紧靠电磁快门单元的钢珠分选段;为了便于提取钢珠前景对象,检测轨道表面进行黑色无反射设计,其刚度略低于钢球的刚度;所述的导引加速段与水平面成一个角度Θ,导引加速段的导轨中间部分开有一个V型槽,V型槽由深变浅,V型槽的最深处的宽度值略大于钢珠的直径D,V型槽的最浅处的宽度值为钢珠直径D的1/8 ;所述的均速转动段的导轨中间部分开有一个V型槽,V型槽的深度与所述的导引加速段的导轨V型槽最浅处相同,V型槽的宽度为钢珠直径D的1/8 ;当钢珠从所述的送检控制盘的槽中穿过时,钢珠正好落在导轨上;钢珠由自身重力作用在由深变浅V型槽中加速并作纯转动,当钢珠进入到导轨的均速转动段时钢珠为纯转动并且转动速度为Vl ;接着钢珠在其动能的作用下继续滚动通过所述的均速转动段,钢珠在所述的均速转动段有两次图像抓拍,两次距离间隔为1.57D ;在对两次抓拍的钢珠全景图像进行处理和识别后,识别结果控制所述的电磁快门;当钢珠沿着轨道滚动到电磁快门附近的钢珠分选段时,根据电磁快门的状态决定钢珠的最后滚动方向,如果检测结果是合格品,那么就将电磁快门的状态设置为I, 钢珠就自动流向合格钢珠收集罐内。