【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及检测设备，尤其是一种水表字轮印刷缺陷检测机及检测方法。
技术介绍
1、水表作为用水计量器具，在节水管理和水资源管理方面具有不可替代的作用。传统的只具有流量采集的机械式水表使用字轮仓作为计数机构，具有数据采集与传输的智能水表也需要在电子器件与字轮计量不相符合时，以字轮计量检定为标准，两者都离不开字轮。字轮印刷的缺陷会导致读数错误，单个字轮的印刷图案仅6mm，难以使用人工检测。同人工检测相比，机器视觉检测速度快，精度高，成本低、不受人体肉眼视力的限制，广泛应用于工业缺陷检测中。
2、现在市面上的字轮印刷检测设备主要有两种，一种是人工检测，另一种是机器视觉检测，前者字轮经过平面镜反射及凸透镜反射便于检验员观察，但是水表字轮印刷缺陷种类繁多并且微小，人眼难免会因为视觉疲劳造成检测错误，且检测效率低下。后者机器视觉检测通过相机拍摄经人设计特征提取算法进行检测，易受图像灰度成像的影响，缺少鲁棒性，对复杂场景和未知缺陷难以满足精度需求。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种水表字轮印刷缺陷检测机及检测方法，实现了水表字轮印刷的自动检测，识别准确率、鲁棒性得到了大幅的提升，大大提高了设备的检验效率，节约企业用人成本，设备成本。
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、一种水表字轮印刷缺陷检测机，用于对水表字轮侧面印刷质量进行检测，所述检测机包括plc、上料模块、检测模块、落料模块；所述检测模块包括回转平台(6)、挡板(4)、工业相机(7)、计算机；所
4、所述工业相机以俯视向视角对其下方的水表字轮拍照，其成像结构包括360°的环外侧镜头(9)，通过折反射系统捕获水表字轮的外侧曲面图像以形成圆环形状的拍摄图像；
5、所述计算机以检测算法对工业相机的拍摄图像进行分析以判定水表字轮是否存在印刷缺陷；所述plc根据计算机的判定结果，控制落料模块将水表字轮中的合格品与缺陷品分离。
6、所述回转平台处设有与工业相机相连的光电传感器(5)；所述光电传感器位于工业相机旁侧，其传感方向朝向回转平台周沿处的水表字轮的输送路径，当回转平台的水表字轮触发光电传感器时，工业相机进入延时拍照工况，使该水表字轮精确移动至工业相机的拍照位后再对其拍摄，以避免水表字轮位置偏差造成折反射系统捕获的水表字轮外侧曲面图像出现错误；
7、所述工业相机的拍照位处设有环形光源(11)。
8、所述水表字轮的反面为带有多个引脚的不平整面；所述振动盘的输送轨道有落料孔，当水表字轮以反面朝上的姿态进入输送轨道时，水表字轮的正面与输送轨道的接触面无法与输送轨道匹配，因振动盘振动过程而落入落料孔并进入振动盘底部，当水表字轮为反面朝下的姿态时，水表字轮通过引脚与输送轨道传输面配合，经输送轨道送入与振动盘相连的直振轨道，plc通过控制直振器的频率来控制直振轨道传输待测水表字轮进入回转平台的速度。
9、所述plc设于控制柜(13)内，计算机的检测判定结果通过socke通信发送到plc；所述回转平台由电机及控制转速的凸轮分割器驱动旋转，控制柜顶部设有用于减震降噪的阻尼器(12)。
10、所述水表字轮设有多个引脚，回转平台处设有与水表字轮引脚匹配的字轮限位口，当水表字轮进入回转平台后，后进入回转平台的水表字轮顶托先进入回转平台的水表字轮使其引脚进入限位口并被卡住，使相邻水表字轮之间留有间隔以避免遮挡水表字轮的侧面印刷图像，从而优化工业相机的拍摄质量。
11、所述挡板对未进入限位口的水表字轮进行限位，将其压入限位口。
12、所述落料模块包括吹气方向朝向回转平台的落料吹气气缸；当完成检测的水表字轮进入落料模块后，根据计算机的判定结果，plc控制落料吹气气缸执行吹起落料作业，把合格字轮吹入合格字轮收集箱，把缺陷字轮吹入缺陷字轮收集箱，以实现合格与缺陷字轮分离；所述落料吹气气缸包括缺陷品落料吹气气缸(8)、合格品落料吹气气缸(10)；缺陷品落料吹气气缸的吹气方向上设有与缺陷字轮收集箱相通的第一中空支架，吹入第一中空支架的水表字轮落入缺陷字轮收集箱；合格品落料吹气气缸的吹气方向上设有与合格字轮收集箱相通的第二中空支架，吹入第二中空支架的水表字轮落入合格字轮收集箱。
13、水表字轮印刷缺陷检测方法，采用以上所述的水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述水表字轮的侧面印刷图像为数字字符；所述检测方法为包括极坐标变换、形状模板匹配、仿射变换校正、剪切图像的机器视觉算法，其对于十个数字字符训练十个单独的结构相同的分类模型，以提高检测精度，具体包括以下步骤；
14、步骤s1、先将工业相机拍摄的字轮图像使用极坐标变换展开；
15、步骤s2、利用形状模板匹配展开图像中每个数字的位置和角度，然后通过仿射变换将字符校正到标准位姿，将每个数字区域剪切为固定尺寸规格的图像，一共剪切出十个字符，将待检测印刷区域聚焦于单个字符所在区域进行检测；
16、步骤s3、所述分类模型基于深度学习模型mobilenetv2改进算法，将剪切后的图像输入到训练好的改进mobilenetv2算法网络中进行缺陷检测分类；如果所有字符检测分类都为正常则该字轮为合格品，某一字符检测为其他种类则该字轮为缺陷品。
17、所述步骤s2中，将每个数字区域剪切为尺寸为224x224的图像。
18、所述步骤s3的深度学习模型mobilenetv2中，设t是模块的扩展因子，c是输出的特征矩阵维度，n是当前特征图尺寸bottleneck模块重复次数，s是步长，则深度学习模型mobilenetv2的网络结构如下表1所示，
19、表1 mobilenetv2整体结构
20、
21、步骤s3中采用以下方法对深度学习模型mobilenetv2的网络模型进行改进；
22、方法a、在表1网络的1122x16层bottleneck中加入注意力机制模块cbam来加强浅层网络自适应提取特征；cbam模块通过通道注意力模块cam和空间注意力模块sam两种子模块实现自适应提取所需的特征信息，如图9的a区域右侧所示两种分支。当字轮图像已通过模板匹配对齐剪切成单张图像时，则只用cbam模块中左侧分支的cam模块来关注通道的特征信息，去除了右侧全局最大池化分支，改进后的bottleneck如图9中(b)所示；
23、方法b、采用具有多分支结构的receptive filed block模块rfb来替代网络的72x160层；以rfb模块捕捉不同尺度的特征并减少模型的计算量和参数量，提升检测速度；从表1可得，输入为72x16的bottleneck层参数量和计算量最多；为了减少模型的计算量和参数量，此处采用具有多分支结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水表字轮印刷缺陷检测机，用于对水表字轮侧面印刷质量进行检测，其特征在于：所述检测机包括PLC、上料模块、检测模块、落料模块；所述检测模块包括回转平台(6)、挡板(4)、工业相机(7)、计算机；所述上料模块的振动盘(1)通过由直振器驱动的直振轨道(2)按设定速度向回转平台输出待测的水表字轮；所述回转平台向工业相机输送水表字轮的过程中，检测模块以挡板对水表字轮的位置进行调整以使其位于工业相机的拍照视野中心；
2.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述回转平台处设有与工业相机相连的光电传感器(5)；所述光电传感器位于工业相机旁侧，其传感方向朝向回转平台周沿处的水表字轮的输送路径，当回转平台的水表字轮触发光电传感器时，工业相机进入延时拍照工况，使该水表字轮精确移动至工业相机的拍照位后再对其拍摄，以避免水表字轮位置偏差造成折反射系统捕获的水表字轮外侧曲面图像出现错误；
3.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述水表字轮的反面为带有多个引脚的不平整面；所述振动盘的输送轨道有落料孔，当水表字轮以反面朝上的姿态进
4.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述PLC设于控制柜(13)内，计算机的检测判定结果通过socke通信发送到PLC；所述回转平台由电机及控制转速的凸轮分割器驱动旋转，控制柜顶部设有用于减震降噪的阻尼器(12)。
5.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述水表字轮设有多个引脚，回转平台处设有与水表字轮引脚匹配的字轮限位口，当水表字轮进入回转平台后，后进入回转平台的水表字轮顶托先进入回转平台的水表字轮使其引脚进入限位口并被卡住，使相邻水表字轮之间留有间隔以避免遮挡水表字轮的侧面印刷图像，从而优化工业相机的拍摄质量。
6.根据权利要求5所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述挡板对未进入限位口的水表字轮进行限位，将其压入限位口。
7.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述落料模块包括吹气方向朝向回转平台的落料吹气气缸；当完成检测的水表字轮进入落料模块后，根据计算机的判定结果，PLC控制落料吹气气缸执行吹起落料作业，把合格字轮吹入合格字轮收集箱，把缺陷字轮吹入缺陷字轮收集箱，以实现合格与缺陷字轮分离；所述落料吹气气缸包括缺陷品落料吹气气缸(8)、合格品落料吹气气缸(10)；缺陷品落料吹气气缸的吹气方向上设有与缺陷字轮收集箱相通的第一中空支架，吹入第一中空支架的水表字轮落入缺陷字轮收集箱；合格品落料吹气气缸的吹气方向上设有与合格字轮收集箱相通的第二中空支架，吹入第二中空支架的水表字轮落入合格字轮收集箱。
8.水表字轮印刷缺陷检测方法，采用权利要求1所述的水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述水表字轮的侧面印刷图像为数字字符；所述检测方法为包括极坐标变换、形状模板匹配、仿射变换校正、剪切图像的机器视觉算法，其对于十个数字字符训练十个单独的结构相同的分类模型，以提高检测精度，具体包括以下步骤；
9.根据权利要求8所述的水表字轮印刷缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，将每个数字区域剪切为尺寸为224x224的图像。
10.根据权利要求8所述的水表字轮印刷缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤S3的深度学习模型MobileNetV2中，设t是模块的扩展因子，c是输出的特征矩阵维度，n是当前特征图尺寸Bottleneck模块重复次数，s是步长，则深度学习模型MobileNetV2的网络结构如下表1所示，
...【技术特征摘要】
1.一种水表字轮印刷缺陷检测机，用于对水表字轮侧面印刷质量进行检测，其特征在于：所述检测机包括plc、上料模块、检测模块、落料模块；所述检测模块包括回转平台(6)、挡板(4)、工业相机(7)、计算机；所述上料模块的振动盘(1)通过由直振器驱动的直振轨道(2)按设定速度向回转平台输出待测的水表字轮；所述回转平台向工业相机输送水表字轮的过程中，检测模块以挡板对水表字轮的位置进行调整以使其位于工业相机的拍照视野中心；
2.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述回转平台处设有与工业相机相连的光电传感器(5)；所述光电传感器位于工业相机旁侧，其传感方向朝向回转平台周沿处的水表字轮的输送路径，当回转平台的水表字轮触发光电传感器时，工业相机进入延时拍照工况，使该水表字轮精确移动至工业相机的拍照位后再对其拍摄，以避免水表字轮位置偏差造成折反射系统捕获的水表字轮外侧曲面图像出现错误；
3.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述水表字轮的反面为带有多个引脚的不平整面；所述振动盘的输送轨道有落料孔，当水表字轮以反面朝上的姿态进入输送轨道时，水表字轮的正面与输送轨道的接触面无法与输送轨道匹配，因振动盘振动过程而落入落料孔并进入振动盘底部，当水表字轮为反面朝下的姿态时，水表字轮通过引脚与输送轨道传输面配合，经输送轨道送入与振动盘相连的直振轨道，plc通过控制直振器的频率来控制直振轨道传输待测水表字轮进入回转平台的速度。
4.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述plc设于控制柜(13)内，计算机的检测判定结果通过socke通信发送到plc；所述回转平台由电机及控制转速的凸轮分割器驱动旋转，控制柜顶部设有用于减震降噪的阻尼器(12)。
5.根据权利要求1所述的一种水表字轮印刷缺陷检测机，其特征在于：所述水表字轮设有多个引脚，回转平台处设有与水表字轮引脚匹配的字轮限位口，...
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