一种基于机器视觉的微工件自动分拣系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及自动分拣系统的技术领域，更具体地，涉及一种基于机器视觉的微工件自动化分拣系统及方法，包括工件运输模块、图像采集模块、图像处理模块、中央控制模块、工件筛选模块和直流稳压模块；所述工件运输模块包括振动盘和步进电机转盘，所述图像采集模块包括光纤传感器、光源和工业相机，所述图像处理模块为PC上位机，所述中央控制模块为PLC控制器，所述工件筛选模块包括气枪和挡板，所述直流稳压模块为12V直流稳压模块；本发明专利技术系统运用了摄像机标定，亚像素边缘检测和多边形逼近算法，提高了微工件的分拣精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的微工件自动分拣系统及方法
本专利技术涉及自动分拣系统的
，更具体地，涉及一种基于机器视觉的微工件自动分拣系统及方法。
技术介绍
目前国内对于零部件的外形缺陷的检测主要是采用人工检测，人工检测方法效率低、精度低、易疲劳且易受主观因素影响；而对于零部件尺寸的检测还有一些采用压电转换方法，但由于传感器工艺和机械结构的限制，难以检测尺寸较小的精密工件。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供了一种高效率、高精度的微工件自动分拣系统及方法。其具体技术方案如下：一种基于机器视觉的微工件自动分拣系统，包括工件运输模块、图像采集模块、图像处理模块、中央控制模块、工件筛选模块和直流稳压模块；所述工件运输模块用于将工件运送至图像采集模块、工件筛选模块的工作工位；所述图像采集模块与图像处理模块、中央控制模块连接，用于采集工件图片信息，并将图片信息发送至图像处理模块；所述图像处理模块与中央控制模块连接，用于分析工件是否为合格工件，并将分析结果发送至中央控制模块；所述中央控制模块用于控制图像采集模块的开关、接收图像处理模块发送的信息、控制工件筛选模块的开关；所述工件筛选模块用于将工件分送至正品区域和次品区域；所述直流稳压模块与中央控制模块和图像采集模块连接，用于向中央控制模块和图像采集模块提供稳定的直流电压。本专利技术通过利用图像采集模块可以采集工件轮廓信息，再利用图像处理模块利用计算机技术可以精确识别工件是否合格，然后再利用中央控制模块和工件筛选模块可将工件进行分区。本专利技术可以高效率、高精度的检测较小的精密工件，克服了人工检测方法效率低、精度低、易疲劳且易受主观因素影响的问题。作为优选，所述工件运输模块包括振动盘和步进电机转盘，所述图像采集模块包括光纤传感器、光源和工业相机，所述图像处理模块为PC上位机，所述中央控制模块为PLC控制器，所述工件筛选模块包括气枪和挡板，所述直流稳压模块为12V直流稳压模块；所述振动盘与步进电机转盘连接，可将工件送至步进电机转盘，所述光纤传感器和工业相机设于步进电机转盘上方，光源设于步进电机转盘下方，所述光纤传感器、光源、工业相机与PLC控制器电连接，工业相机还与所述PC上位机电连接，PC上位机与PLC控制器电连接，所述气枪、挡板与PLC控制器电连接，气枪和挡板设于步进电机转盘侧面，气枪和挡板配合将工件送至正品区域或者次品区域，12V直流稳压模块与光纤传感器和PLC控制器电连接。本专利技术巧妙的利用工业CCD相机对工件进行数据采集，将采集到的数据通过网口通信发送到工业PC上位机上，由PC上位机调用图像处理算法对数据进行分析处理后给出控制信号，再利用PLC控制器对控制信号进行处理，控制气枪筛选出不良品。本专利技术综合运用数字图像处理、机械控制、计算机软硬件等技术，适用于尺寸较小的精密工件的自动分拣工作，分拣精度高。进一步的，所述工业相机为Basler200万像素的工业CCD相机，采用远心镜头，视野是13.5mm，使用千兆以太网传输线传输图像，该类工业相机采集图片质量高，传输数据快。进一步的，所述步进电机转盘由步进电机和高平整度的透明玻璃组成，步进电机通过联动关系带动转盘旋转，高平整度的玻璃透明度好，有利于光源照射工件形成清晰轮廓，使相机可以采集高质量的工件轮廓图片。进一步的，所述光源为背景光源，可以为相机提供良好光源，形成高反差轮廓工件图。一种利用上述微工件分拣系统基于机器视觉的微工件分拣方法，包括以下步骤：步骤1：根据用户要求和现场环境因素，在PC上位机设置相关参数，运行系统；步骤2：振动盘震动工件以使工件自动下落至步进电机转盘，与此同时，步进电机转盘以固定速度旋转；步骤3：步进电机转盘带动工件旋转，光纤传感器感知工件到来，告知PLC控制器；步骤4：PLC控制器感知工件到来后，在一段时间后启动背景光源，并触发工业相机拍照；步骤5：工业相机捕捉背景光源透过工件的高反差轮廓图，并发送至PC上位机进行图像处理；步骤6：PC上位机处理后，将正品/次品信号发送PLC控制器，PLC控制器操控气枪和挡板，将工件送到正品区域或次品区域。本专利技术提供的方法可以精确的采集工件轮廓图像，再利用PC上位机对采集到的工件轮廓图像进行分析，可以实现对微工件的精确检测，并实现自动分拣的功能。进一步的，所述PC上位机的图形处理的过程依次是摄像机标定、预处理、亚像素边缘检测、多边形逼近算法处理；所述摄像机标定用于获取工件的尺寸和坐标信息，所述预处理用于去除噪点，所述亚像素边缘检测用于获得工件倒角轮廓，所述多边形逼近算法处理用于分析工件倒角轮廓是否合格。亚像素边缘检测法获得工件倒角轮廓精度高，可以达到±0.02mm，多边形逼近算法分析工件轮廓的缺陷信息的准确率高。进一步的，所述的摄像机标定是基于矩形网格状圆靶平面标定法，可以获得工件轮廓的尺寸和坐标信息，非线性优化所求参数，降低相机畸变，提高视觉测量准确度。进一步的，所述亚像素边缘检测的方法用于提取工件倒角轮廓，具体方法如下：基于摄像机标定获得的工件轮廓的尺寸和坐标信息，计算得出工件轮廓最小外接矩形，求得最小外接矩形的边缘点坐标和中心点坐标；根据工件轮廓的最小外接矩形边缘点坐标、中心点坐标和工件倒角的长度，获得出一个与工件轮廓相交且长度比最小外接矩形短的第二矩形，第二矩形和最小外接矩形中心点坐标相同，第二矩形的长度等于最小外接矩形的长度减去2倍的工件倒角长度，第二矩形的宽度不小于最小外接矩形的宽度；由工件边缘轮廓减去第二矩形轮廓，得到差值，差值为两个闭合且不相交的轮廓；根据倒角轮廓的特点获取工件倒角轮廓，若工件倒角长度短、面积小，则选择长度短、面积小的轮廓为工件倒角轮廓，若工件倒角长度长、面积大，则选择长度长、面积大的轮廓为工件倒角轮廓。所述多边形逼近算法用于分析倒角轮廓的是否合格，具体方法如下：计算得到工件倒角轮廓曲线两端点的连线；计算工件倒角轮廓曲线距离连线最远点到连线的距离；比较最远点到连线的距离是否小于设定值；如果大于设定值，则把该工件倒角轮廓曲线以最远点为分割点分为两段；重复以上3个步骤，直到新曲线的最远点到对应新曲线端点连线的距离小于设定值；分析倒角轮廓是否有缺陷，若工件倒角轮廓被分成两段弧形，则为合格倒角轮廓；若工件倒角轮廓被分成三段或者更多段弧形，则为不合格倒角轮廓。与现有技术相比，有益效果是：本专利技术巧妙的利用工业CCD相机对工件进行数据采集，将采集到的数据通过网口通信发送到工业PC机上，由PC机调用所设计的图像处理算法对数据进行分析处理后给出控制信号，再利用PLC对控制信号进行处理，控制气枪筛选出不良品。还设置照明模块，增强工件特征，以及排除其他自然光的干扰。系统运用了摄像机标定，亚像素边缘检测等图像处理技术对工件的轮廓图片进行处理、分析、检测，测量工件的外形尺寸精度可以达到±0.02mm。在检测弧形倒角的时候，系统开创性地使用多边形逼近算法，根据弧的形态进行分析工件的缺陷情况，大大地提高工件弧形的识别准确率。附图说明图1是本专利技术基于机器视觉的微工件自动分拣系统的控制框架图。图2是本专利技术基于机器视觉的微工件自动分拣系统的图像处理流程图。图3是亚像素边缘检测方法的示意图。图4是多边形的检测算法的示意图。具体实施方式附图仅用于示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的微工件自动分拣系统，其特征在于，包括工件运输模块、图像采集模块、图像处理模块、中央控制模块、工件筛选模块和直流稳压模块；所述工件运输模块用于将工件运送至图像采集模块、工件筛选模块的工作工位；所述图像采集模块与图像处理模块、中央控制模块连接，用于采集工件图片信息，并将图片信息发送至图像处理模块；所述图像处理模块与中央控制模块连接，用于分析工件是否为合格工件，并将分析结果发送至中央控制模块；所述中央控制模块用于控制图像采集模块的开关、接收图像处理模块发送的信息、控制工件筛选模块的开关；所述工件筛选模块用于将工件分送至正品区域或次品区域；所述直流稳压模块与中央控制模块和图像采集模块连接，用于向中央控制模块和图像采集模块提供稳定的直流电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的微工件自动分拣系统，其特征在于，包括工件运输模块、图像采集模块、图像处理模块、中央控制模块、工件筛选模块和直流稳压模块；所述工件运输模块用于将工件运送至图像采集模块、工件筛选模块的工作工位；所述图像采集模块与图像处理模块、中央控制模块连接，用于采集工件图片信息，并将图片信息发送至图像处理模块；所述图像处理模块与中央控制模块连接，用于分析工件是否为合格工件，并将分析结果发送至中央控制模块；所述中央控制模块用于控制图像采集模块的开关、接收图像处理模块发送的信息、控制工件筛选模块的开关；所述工件筛选模块用于将工件分送至正品区域或次品区域；所述直流稳压模块与中央控制模块和图像采集模块连接，用于向中央控制模块和图像采集模块提供稳定的直流电压。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微工件自动分拣系统，其特征在于，所述工件运输模块包括振动盘和步进电机转盘，所述图像采集模块包括光纤传感器、光源和工业相机，所述图像处理模块为PC上位机，所述中央控制模块为PLC控制器，所述工件筛选模块包括气枪和挡板，所述直流稳压模块为12V直流稳压模块；所述振动盘与步进电机转盘连接，可将工件送至步进电机转盘，所述光纤传感器和工业相机设于步进电机转盘上方，光源设于步进电机转盘下方，所述光纤传感器、光源、工业相机与PLC控制器电连接，工业相机还与所述PC上位机电连接，PC上位机与PLC控制器电连接，所述气枪、挡板与PLC控制器电连接，气枪和挡板设于步进电机转盘侧面，气枪和挡板配合将工件送至正品区域或次品区域，12V直流稳压模块与光纤传感器、PLC控制器电连接。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的微工件自动分拣系统，其特征在于，所述工业相机为Basler200万像素的工业CCD相机，使用千兆以太网传输线传输图像。4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的微工件自动分拣系统，其特征在于，所述步进电机转盘由步进电机和高平整度的透明玻璃组成。5.根据权利要求2所述的基于机器视觉的微工件自动分拣系统，其特征在于，所述光源为背景光源。6.一种基于机器视觉的微工件分拣方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据用户要求和现场环境因素，在PC上位机设置相关参数，运行系统；步骤2：振动盘震动工件以使工件自动下落至步进电机转盘，与此同时，步进电机转盘以固定速度旋转；步骤3：步进电机转盘带动工件旋转，光纤传感器感知工件到来，告知PL...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐今强，陈宜斌，欧兴锦，梁金坤，朱志发，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：广东,44