一種基於機器視覺的手機外殼缺陷智能檢測裝置的製作方法

2023-06-12 22:23:36

專利名稱：一種基於機器視覺的手機外殼缺陷智能檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及機器視覺自動檢測領域，具體是一種基於機器視覺的手機外殼缺陷智能檢測裝置。
背景技術：
機器視覺作為新興的智能檢測方法開始在工業、農業、安監等領域迅速應用並推廣。機器視覺由工業相機、圖像採集卡、光源、處理軟體、執行機構等組成，能夠替代部分人眼與大腦的功能，能對處理的對象自動識別與分析。機器視覺應用於產品缺陷檢測，其優點是高效、穩定，能迅速地識別缺陷且與人工檢測相比不會因為工作時間長而疲勞。另外，其無損檢測的優點尤其在表面質量要求很高的產品檢測中發揮重大作用。基於機器視覺的手機外殼缺陷在線檢測系統是機器視覺在手機外殼領域的創新應用。手機外殼屬於精細製品，無論是塑料還是金屬的手機外殼生產出來後要求外表面有很高的質量，任何劃痕、毛刺、異色、壓傷、塑料殼表面氣泡等缺陷都是不允許的。目前手機外殼缺陷主要還是靠人眼來甄別，速度很慢，容易疲勞，而且手機殼都是大批量生產，只能通過隨機抽樣檢測，這就更一步提高出品的次品率。消費者購買新手機時，丁點的外殼缺陷都是不能容忍的。所以，提高次品的檢出率和檢測速度對於生產廠商都尤為重要，而機器視覺在線檢測正好能做到這一點。商業化的手機外殼缺陷的機器視覺檢測系統很少，很多都只是針對手機鍵盤的表面質量檢測，例如德國的ISRA VISION公司和日本的KEYENCE公司。由於手機外殼的顏色多種多樣，而且邊緣還存在圓角過度，形成曲面，對光源、相機、圖像處理算法要求很高，能夠達到檢測要求的商業化系統是少之又少。

發明內容
本發明的目的在於，針對現有技術存在的上述缺陷，提供了一種完整的基於機器視覺的手機外殼缺陷智能檢測裝置，能在線、實時、自動、智能地檢測手機外殼的質量，並實現次品與合格品的分流。本發明的目的實現所採用的技術方案如下一種基於機器視覺的手機外殼缺陷智能檢測裝置，包括傳送裝置、檢測系統、次品剔除單元和計算機；所述傳送裝置包括兩條傳送帶和一個轉向汽缸，傳送帶由步進電機帶動，兩條傳送帶位於同一水平面且相互垂直排放，手機外殼在第一條傳送帶上輸送，當第一條傳送帶末端的位置傳感器檢測到手機外殼時，由該檢測信號控制轉向汽缸將該手機外殼推到第二條傳送帶上；所述每個檢測系統均包括光照單元和圖像採集單元，所述光照單元對傳送裝置運送的手機外殼的一面實施光照，由圖像採集單元對該面進行拍照，再將採集到的圖像信號傳輸給計算機，由計算機識別出有缺陷的手機外殼，並將有缺陷的手機外殼的編號傳輸給次品剔除單元，由次品剔除單元將該有缺陷的手機外殼剔除。所述檢測系統分別是對手機外殼的正面及左、右、前、後側面進行檢測，所述左、右側面檢測系統設於一條傳送帶上，而前、後側面檢測系統設於另一條傳送帶上，所述正面檢測系統設於任意一條傳送帶上。所述圖像採集單元包括圖像採集卡、工業相機和位置傳感器；所述位置傳感器負責檢測手機外殼的到來，無物體經過時輸出高電平，有物體經過時輸出低電平，並將信號發送給連接到計算機的信號採集卡上，通過電腦程式記錄經過手機外殼數並編號，所述工業相機對到達其正對位置的手機外殼進行拍照，並將圖像信號經由圖像採集卡傳送給計算機。所述光照單元包括光源、光源控制器和不透光的遮光罩；所述光源控制器與計算機上的信號採集卡相連，所述光源由所連接的光源控制器控制其亮度調節；所述光源和工業相機均置於不透光的遮光罩內。所述手機正面檢測系統採用的光源為環形光源和同軸光源，所述同軸光源置於相機的正下方，環形光源置於同軸光源的正下方，兩種光源和相機的軸線重合，當手機外殼到達相機正下方時，先點亮同軸光源，相機馬上拍照，然後熄滅同軸光源，點亮環形光源，相機馬上拍照。所述手機前、後側面檢測系統的光源均採用條形光源，並且靠近與條形光源相配對的相機傾斜安裝在傳送帶的兩側，條形光源的光照和相機均對準手機外殼前、後側面，當手機外殼到達相機下方時，點亮條形光源，相機馬上拍照。所述手機左、右側面檢測系統的光源均採用條形光源，並且靠近與條形光源相配對的相機傾斜安裝在傳送帶的兩側，條形光源的光照和相機均對準手機外殼左、右側面，當手機外殼到達相機下方時，點亮條形光源，相機馬上拍照。所述次品剔除單元包括剔除氣缸和第二位置傳感器，所述剔除汽缸和位置傳感器均安裝在第二傳送帶的末端，剔除氣缸的運動方向與第二條傳送帶的運動方向相垂直，當位置傳感器檢測到有缺陷的手機外殼到來時，將該信號傳輸給信號採集卡，由其發出控制信號給電磁閥，驅動剔除氣缸運動。所述檢測系統是依次進行檢測，前一個檢測系統檢測出的有缺陷的手機外殼的編號通過計算機還傳輸給後一個檢測系統，後一個檢測系統根據計算機發出的指令將不再對該編號的手機外殼進行檢測。本發明是一個完整的手機外殼缺陷檢測裝置，能完全替代而且優於人工檢測方法，能迅速、準確地檢測出缺陷並剔除，具體優點包括(1)為了加快圖像處理的檢測速度，提高實時性，使用多臺計算機處理不同的圖像數據，計算機之間通過乙太網連接，除了交換數據與協調動作外，還可以把信息傳送到辦公室的監控計算機。(2)能根據手機外殼的形狀增加光源與相機的數目，使用汽缸推動手機外殼直角轉向，以方便相機固定安裝在傳送帶的正上方或兩側，實現連續化的檢測。(3)針對手機外殼薄且表面光滑反光的特點，使用了高精度的光電位置傳感器，準確檢測手機外殼到達指定位置以便觸發相機拍照或者汽缸動作。(4)針對手機外殼的不同部位採用了相應的光照單元，使得照片能夠凸顯缺陷，獲得高質量的照片。(5) 一般缺陷與背景的顏色相差較大時很容易把缺陷檢測出來，顏色相近就很難分辨缺陷，本發明使用了合適的光源與圖像處理方法，適用於多種顏色與形狀的手機外殼缺陷檢測，能準確檢測手機外殼的劃痕、毛刺、異色、壓傷、塑料殼表面氣泡等缺陷。(6)對於中間有通孔的手機外殼(例如顯示屏位置為空的)，傳感器會得到多個外殼到達信號，通過程序選擇下降沿有效，保證了檢測的準確性，適用各種手機外殼的檢測。


圖1是本發明智能檢測裝置的示意框圖；圖2是本發明智能檢測裝置的結構示意圖；圖3是圖1第一條傳送帶上相機、光源、遮光罩的安裝示意圖；圖4是圖1第一條傳送帶及轉向汽缸的安裝示意圖；圖5是圖1中兩個傳送帶及氣缸安裝的俯視圖；圖6是隊列方法說明示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述，但本發明的實施方式不限於此。如圖1，第一工業計算機15安裝了第一信號採集卡16和第一圖像採集卡17，此計算機負責手機外殼頂面的缺陷檢測。同軸光源23與同軸光源控制器M相連接，環形光源 22與環形光源控制器25相連接，環形光源22位於同軸光源23的正下方，兩種光源軸線重合，第一信號採集卡16分別輸出控制信號給同軸光源控制器M和環形光源控制器25，從而分別控制同軸光源23和環形光源22的亮度，第一工業相機20與第一圖像採集卡17直接相連，位於同軸光源23和環形光源22的正上方，並且這兩種光源和第一工業相機20的軸線重合，如圖2。其中，同軸光源23、環形光源22和第一工業相機20都處於密封不透光的方柱形遮光罩裡。當手機外殼28被安放在本裝置第一條傳送帶4上，位於傳送帶4始端的第一位置傳感器沈檢測到手機外殼的到來，馬上將輸出的低電平信號通過第一信號採集卡16輸入到第一工業計算機15，電腦程式記錄經過的手機外殼數並編號。根據第一位置傳感器沈與第一工業相機20的距離和隊列方法延遲一定時間後，手機外殼剛好到達第一工業相機20的正下方，第一信號採集卡16按程序要求先點亮同軸光源23，第一工業相機 20馬上拍照並將圖片信息通過第一圖片採集卡17，傳送到第一工業計算機15，然後熄滅同軸光源23，點亮環形光源22，第一工業相機20馬上拍照並將圖片信息通過第一圖片採集卡 17，傳送到第一工業計算機15，然後熄滅環形光源22，拍照在毫秒內完成，以免手機外殼觀走出第一工業相機20的視野，如果檢測到手機外殼頂面有缺陷，則把手機外殼編號發送到第二工業計算機10和第三工業計算機2，第二工業計算機10根據編號對有缺陷的手機外殼則不再做圖像處理，第三工業計算機2則根據編號發送信息給次品剔除單元的剔除氣缸四將有缺陷的手機外殼剔除掉。第二工業計算機10安裝了第二信號採集卡12和第二圖像採集卡11，此計算機負責手機外殼的前，後側面的缺陷檢測。處於同一個不透光的遮光罩內的第二工業相機19和第一條形光源18均傾斜安裝在傳送帶4的左側，安裝在傳送帶4右側的第三工業相機9和第二條形光源7均處於密封不透光的方柱形遮光罩40裡，如圖3，遮光罩40安裝在平臺41上，遮光罩40側面開有活動門，以便檢查或調試光源與相機。第一條形光源18和第二條形光源7都由第一條形光源控制器13控制，第一條形光源控制器13的控制信號由程序通過第二信號採集卡12輸出，第二工業相機19和第三工業相機9與第二圖像採集卡11相連。當頂面沒有檢測出有缺陷的手機外殼到達第二位置傳感器21，同樣根據第二位置傳感器21與第二工業相機19的距離和隊列方法延遲一定時間後，第一條形光源18點亮，第二工業相機19立刻拍照，並把圖片信息通過第二圖像採集卡11，傳送到第二工業計算機10和第三工業計算機2，如果檢測到手機外殼前側面有缺陷，第二工業計算機10根據編號對有缺陷的手機外殼則不再做圖像處理，第三工業計算機2則根據編號發送信息給次品剔除單元的剔除氣缸四將有缺陷的手機外殼剔除掉。當第三位置傳感器14檢測到手機外殼的到來，同樣根據第三位置傳感器14與第二工業相機8的距離和隊列方法延遲一定時間後，第二條形光源7點亮，第三工業相機8立刻拍照，並把圖片相機通過第二圖像採集卡11，傳送到第二工業計算機10和第三工業計算機2，如果檢測到手機外殼後側面有缺陷，第二工業計算機10根據編號對有缺陷的手機外殼則不再做圖像處理，第三工業計算機2則根據編號發送信息給次品剔除單元的剔除氣缸 29將有缺陷的手機外殼剔除掉。當位於傳送帶4末端的第四位置傳感器9檢測到手機外殼的到來，程序發出信號由第二信號採集卡12輸出高電平驅動電磁閥動作，從而控制轉向氣缸5把手機外殼28從第一條傳送帶4推到與傳送帶4在水平面相垂直的第二條傳送帶38上，如圖3，圖4。第三工業計算機2安裝了第三信號採集卡1和第三圖像採集卡3，此計算機負責手機外殼的左，右側面的缺陷檢測。處於同一個不透光的遮光罩內的第四工業相機36和第三條形光源35均傾斜安裝在傳送帶38的左側，處於另一個不透光的遮光罩內的第四工業相機31和條形光源32均安裝在傳送帶38的右側，第三條形光源35和第四條形光源32都由第二條形光源控制器34控制，第二條形光源控制器34的控制信號由程序通過信號採集卡 1輸出，第四工業相機36和31與第三圖像採集卡3相連。當前三個面都沒有檢測出有缺陷的手機外殼到達位於傳送帶38始端的第五位置傳感器37，同樣根據第五位置傳感器37 與第四工業相機36的距離和隊列方法延遲一定時間後，第三條形光源35點亮，第四工業相機36立刻拍照，並把圖片信息通過第三圖像採集卡3，傳送到第三工業計算機2，如果檢測到手機外殼前側面有缺陷，第三工業計算機2則根據編號發送信息給次品剔除單元的剔除氣缸四將有缺陷的手機外殼剔除掉，對後面拍攝的手機外殼其它部位的圖片不做處理。當第六位置傳感器33檢測到手機外殼的到來，同樣根據第六位置傳感器33與第五工業相機31的距離和隊列方法延遲一定時間後，第四條形光源32點亮，第五工業相機31 立刻拍照，並把圖片信息通過第三圖像採集卡3，傳送到第三工業計算機2，如果檢測到手機外殼右側面有缺陷，則程序發出信號由第三信號採集卡1輸出高電平驅動電磁閥動作， 從而控制剔除氣缸四將有缺陷的手機外殼剔除。當手機外殼到達位置傳感器的位置時，由於安裝位置受限等原因，傳感器與相機並不能處於同一位置，必須有一定的距離。所以從傳感器檢測到手機到達到光源點亮再到相機拍照需要一定的延遲時間。如圖5所示，傳感器與相機的水平距離為L，假設傳送帶的速度為ν。如果傳感器與相機之間有多於2個的手機外殼(圖5中有3個)，單純使用延遲拍照的話就會造成漏拍照。例如圖5，從傳感器響應到相機拍照的延遲時間G 二一，
V
td時間內從相機下面經過的傳送帶長度s = tdXv = L，也就是傳感器與相機的距離。如果相機只是每隔td時間拍照，那麼如果在長為L的傳送帶上有η (η > 0)個手機外殼，則有 η-1個手機外殼漏拍照了。本發明使用隊列來解決此問題。假設第一個手機外殼到達傳感器的時刻為、，則相機拍第一張照片的時刻為、+、。傳感器檢測到第二個手機外殼到來的時刻為、+Δ、，相機拍第二張圖片的時刻為、+、+Δ、。由此類推，傳感器響應的時刻為 to+ Δ V Δ t2+··· + Δ tn，相機拍照的時刻為t0+td+ Δ V Δ t2+··· + Δ tn。具體的操作是程序在內存中建立堆棧，先把AtnOi= 1,2,…)依次入棧，相機拍完一張圖片後馬上從堆棧中依據先進先出的原則讀出Atn，此Atn就是上一張圖片與下一張圖片的拍攝時間間隔。為了保證內存不溢出，需要根據傳送帶L長度內的外殼個數η設定堆棧的高度n+k(n為傳感器與相機之間的手機外殼數，k為裕量)，並適時清除舊數據，保證堆棧不溢出。外殼經過時，傳感器輸出低電平，程序設置認定下降沿有效。對於中間有通孔的手
機外殼經過傳感器後會產生多個下降沿，本發明在第一個下降沿發生後設置信號採集屏蔽
時間tp。tp與手機外殼的沿傳送帶的長度m與傳送帶速度V的關係為 m—<tp< Atn ( = 1,2,·· ·) νΔ tn為相鄰兩個手機外殼經過同一個傳感器的時間間隔。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於機器視覺的手機外殼缺陷智能檢測裝置，其特徵在於，包括傳送裝置、檢測系統、次品剔除單元和計算機；所述傳送裝置包括兩條傳送帶和一個轉向汽缸，傳送帶由步進電機帶動，兩條傳送帶位於同一水平面且相互垂直排放，手機外殼在第一條傳送帶上輸送，當第一條傳送帶末端的位置傳感器檢測到手機外殼時，由該檢測信號控制轉向汽缸將該手機外殼推到第二條傳送帶上；所述每個檢測系統均包括光照單元和圖像採集單元，所述光照單元對傳送裝置運送的手機外殼的一面實施光照，並由圖像採集單元對該面進行拍照，再將採集到的圖像信號傳輸給計算機，由計算機識別出有缺陷的手機外殼，並將有缺陷的手機外殼的編號傳輸給次品剔除單元，由次品剔除單元將該有缺陷的手機外殼剔除。
2.根據權利要求1所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述檢測系統分為手機外殼的正面及左、右、前、後側面檢測系統，所述左、右側面檢測系統設於一條傳送帶上，而前、後側面檢測系統設於另一條傳送帶上，所述正面檢測系統設於任意一條傳送帶上。
3.根據權利要求2所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述圖像採集單元包括圖像採集卡、工業相機和位置傳感器；所述位置傳感器負責檢測手機外殼的到來，並將信號發送給連接到計算機的信號採集卡上，通過電腦程式記錄經過手機外殼數並編號，所述工業相機對到達其正對位置的手機外殼進行拍照，並將圖像信號經由圖像採集卡傳送給計算機。
4.根據權利要求3所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述光照單元包括光源、光源控制器和不透光的遮光罩；所述光源控制器與計算機上的信號採集卡相連，所述光源由所連接的光源控制器控制其亮度調節；所述光源和工業相機均置於不透光的遮光罩內。
5.根據權利要求4所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述手機正面檢測系統採用的光源為環形光源和同軸光源，所述同軸光源置於相機的正下方，環形光源置於同軸光源的正下方，兩種光源和相機的軸線重合。
6.根據權利要求4或5所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述手機前、後側面檢測系統的光源均採用條形光源，並且靠近與條形光源相配對的相機傾斜安裝在傳送帶的兩側， 條形光源的光照和相機均對準手機外殼前、後側面。
7.根據權利要求4或5所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述手機左、右側面檢測系統的光源均採用條形光源，並且靠近與條形光源相配對的相機傾斜安裝在傳送帶的兩側， 條形光源的光照和相機均對準手機外殼左、右側面。
8.根據權利要求1或2或3或4或5所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述次品剔除單元包括剔除氣缸和位置傳感器，所述剔除汽缸和位置傳感器均安裝在第二條傳送帶的末端，剔除氣缸的運動方向與第二條傳送帶的運動方向相垂直，當所述位置傳感器檢測到有缺陷的手機外殼到來時，由該檢測信號控制剔除氣缸運動。
9.根據權利要求1或2或3或4或5所述的智能檢測裝置，其特徵在於，所述檢測系統是依次進行檢測，前一個檢測系統將檢測出的有缺陷的手機外殼的編號通過計算機還傳輸給後一個檢測系統，後一個檢測系統根據計算機發出的指令將不再對該編號的手機外殼進行檢測。
全文摘要
本發明公開了一種基於機器視覺的手機外殼缺陷智能檢測裝置，包括傳送裝置、檢測系統、次品剔除單元和計算機；所述傳送裝置包括兩條傳送帶和一個轉向汽缸，所述檢測系統是分別對手機外殼的正面及左、右、前、後側面進行檢測，每個檢測系統均包括光照單元和圖像採集單元，所述光照單元對手機外殼的一面實施光照，由圖像採集單元進行拍照，並將採集到的圖像信號傳輸給計算機，由計算機識別出有缺陷的手機外殼，並將有缺陷的手機外殼的編號傳輸給次品剔除單元，由次品剔除單元將該有缺陷的手機外殼剔除。本發明能在線檢測出手機外殼的劃痕、毛刺、異色、壓傷、氣泡等缺陷，並自動分離次品，具有智能、高效、穩定、高精度的特點。
文檔編號B07C5/342GK102218406SQ20111000076
公開日2011年10月19日 申請日期2011年1月4日 優先權日2011年1月4日
發明者文生平, 麥國銘 申請人:華南理工大學