CN102218406A - 一种基于机器视觉的手机外壳缺陷智能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的手机外壳缺陷智能检测装置，包括传送装置、检测系统、次品剔除单元和计算机；所述传送装置包括两条传送带和一个转向汽缸，所述检测系统是分别对手机外壳的正面及左、右、前、后侧面进行检测，每个检测系统均包括光照单元和图像采集单元，所述光照单元对手机外壳的一面实施光照，由图像采集单元进行拍照，并将采集到的图像信号传输给计算机，由计算机识别出有缺陷的手机外壳，并将有缺陷的手机外壳的编号传输给次品剔除单元，由次品剔除单元将该有缺陷的手机外壳剔除。本发明能在线检测出手机外壳的划痕、毛刺、异色、压伤、气泡等缺陷，并自动分离次品，具有智能、高效、稳定、高精度的特点。

Description

一种基于机器视觉的手机外壳缺陷智能检测装置

技术领域

本发明涉及机器视觉自动检测领域，具体是一种基于机器视觉的手机外壳缺陷智能检测装置。

背景技术

机器视觉作为新兴的智能检测方法开始在工业、农业、安监等领域迅速应用并推广。机器视觉由工业相机、图像采集卡、光源、处理软件、执行机构等组成，能够替代部分人眼与大脑的功能，能对处理的对象自动识别与分析。机器视觉应用于产品缺陷检测，其优点是高效、稳定，能迅速地识别缺陷且与人工检测相比不会因为工作时间长而疲劳。另外，其无损检测的优点尤其在表面质量要求很高的产品检测中发挥重大作用。

基于机器视觉的手机外壳缺陷在线检测系统是机器视觉在手机外壳领域的创新应用。手机外壳属于精细制品，无论是塑料还是金属的手机外壳生产出来后要求外表面有很高的质量，任何划痕、毛刺、异色、压伤、塑料壳表面气泡等缺陷都是不允许的。目前手机外壳缺陷主要还是靠人眼来甄别，速度很慢，容易疲劳，而且手机壳都是大批量生产，只能通过随机抽样检测，这就更一步提高出品的次品率。消费者购买新手机时，丁点的外壳缺陷都是不能容忍的。所以，提高次品的检出率和检测速度对于生产厂商都尤为重要，而机器视觉在线检测正好能做到这一点。

商业化的手机外壳缺陷的机器视觉检测系统很少，很多都只是针对手机键盘的表面质量检测，例如德国的ISRA VISION公司和日本的KEYENCE公司。由于手机外壳的颜色多种多样，而且边缘还存在圆角过度，形成曲面，对光源、相机、图像处理算法要求很高，能够达到检测要求的商业化系统是少之又少。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种完整的基于机器视觉的手机外壳缺陷智能检测装置，能在线、实时、自动、智能地检测手机外壳的质量，并实现次品与合格品的分流。

本发明的目的实现所采用的技术方案如下：

一种基于机器视觉的手机外壳缺陷智能检测装置，包括传送装置、检测系统、次品剔除单元和计算机；所述传送装置包括两条传送带和一个转向汽缸，传送带由步进电机带动，两条传送带位于同一水平面且相互垂直排放，手机外壳在第一条传送带上输送，当第一条传送带末端的位置传感器检测到手机外壳时，由该检测信号控制转向汽缸将该手机外壳推到第二条传送带上；所述每个检测系统均包括光照单元和图像采集单元，所述光照单元对传送装置运送的手机外壳的一面实施光照，由图像采集单元对该面进行拍照，再将采集到的图像信号传输给计算机，由计算机识别出有缺陷的手机外壳，并将有缺陷的手机外壳的编号传输给次品剔除单元，由次品剔除单元将该有缺陷的手机外壳剔除。

所述检测系统分别是对手机外壳的正面及左、右、前、后侧面进行检测，所述左、右侧面检测系统设于一条传送带上，而前、后侧面检测系统设于另一条传送带上，所述正面检测系统设于任意一条传送带上。

所述图像采集单元包括图像采集卡、工业相机和位置传感器；所述位置传感器负责检测手机外壳的到来，无物体经过时输出高电平，有物体经过时输出低电平，并将信号发送给连接到计算机的信号采集卡上，通过计算机程序记录经过手机外壳数并编号，所述工业相机对到达其正对位置的手机外壳进行拍照，并将图像信号经由图像采集卡传送给计算机。

所述光照单元包括光源、光源控制器和不透光的遮光罩；所述光源控制器与计算机上的信号采集卡相连，所述光源由所连接的光源控制器控制其亮度调节；所述光源和工业相机均置于不透光的遮光罩内。

所述手机正面检测系统采用的光源为环形光源和同轴光源，所述同轴光源置于相机的正下方，环形光源置于同轴光源的正下方，两种光源和相机的轴线重合，当手机外壳到达相机正下方时，先点亮同轴光源，相机马上拍照，然后熄灭同轴光源，点亮环形光源，相机马上拍照。

所述手机前、后侧面检测系统的光源均采用条形光源，并且靠近与条形光源相配对的相机倾斜安装在传送带的两侧，条形光源的光照和相机均对准手机外壳前、后侧面，当手机外壳到达相机下方时，点亮条形光源，相机马上拍照。

所述手机左、右侧面检测系统的光源均采用条形光源，并且靠近与条形光源相配对的相机倾斜安装在传送带的两侧，条形光源的光照和相机均对准手机外壳左、右侧面，当手机外壳到达相机下方时，点亮条形光源，相机马上拍照。

所述次品剔除单元包括剔除气缸和第二位置传感器，所述剔除汽缸和位置传感器均安装在第二传送带的末端，剔除气缸的运动方向与第二条传送带的运动方向相垂直，当位置传感器检测到有缺陷的手机外壳到来时，将该信号传输给信号采集卡，由其发出控制信号给电磁阀，驱动剔除气缸运动。

所述检测系统是依次进行检测，前一个检测系统检测出的有缺陷的手机外壳的编号通过计算机还传输给后一个检测系统，后一个检测系统根据计算机发出的指令将不再对该编号的手机外壳进行检测。

本发明是一个完整的手机外壳缺陷检测装置，能完全替代而且优于人工检测方法，能迅速、准确地检测出缺陷并剔除，具体优点包括：

(1)为了加快图像处理的检测速度，提高实时性，使用多台计算机处理不同的图像数据，计算机之间通过以太网连接，除了交换数据与协调动作外，还可以把信息传送到办公室的监控计算机。

(2)能根据手机外壳的形状增加光源与相机的数目，使用汽缸推动手机外壳直角转向，以方便相机固定安装在传送带的正上方或两侧，实现连续化的检测。

(3)针对手机外壳薄且表面光滑反光的特点，使用了高精度的光电位置传感器，准确检测手机外壳到达指定位置以便触发相机拍照或者汽缸动作。

(4)针对手机外壳的不同部位采用了相应的光照单元，使得照片能够凸显缺陷，获得高质量的照片。

(5)一般缺陷与背景的颜色相差较大时很容易把缺陷检测出来，颜色相近就很难分辨缺陷，本发明使用了合适的光源与图像处理方法，适用于多种颜色与形状的手机外壳缺陷检测，能准确检测手机外壳的划痕、毛刺、异色、压伤、塑料壳表面气泡等缺陷。

(6)对于中间有通孔的手机外壳(例如显示屏位置为空的)，传感器会得到多个外壳到达信号，通过程序选择下降沿有效，保证了检测的准确性，适用各种手机外壳的检测。

附图说明

图1是本发明智能检测装置的示意框图；

图2是本发明智能检测装置的结构示意图；

图3是图1第一条传送带上相机、光源、遮光罩的安装示意图；

图4是图1第一条传送带及转向汽缸的安装示意图；

图5是图1中两个传送带及气缸安装的俯视图；

图6是队列方法说明示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1，第一工业计算机15安装了第一信号采集卡16和第一图像采集卡17，此计算机负责手机外壳顶面的缺陷检测。同轴光源23与同轴光源控制器24相连接，环形光源22与环形光源控制器25相连接，环形光源22位于同轴光源23的正下方，两种光源轴线重合，第一信号采集卡16分别输出控制信号给同轴光源控制器24和环形光源控制器25，从而分别控制同轴光源23和环形光源22的亮度，第一工业相机20与第一图像采集卡17直接相连，位于同轴光源23和环形光源22的正上方，并且这两种光源和第一工业相机20的轴线重合，如图2。其中，同轴光源23、环形光源22和第一工业相机20都处于密封不透光的方柱形遮光罩里。当手机外壳28被安放在本装置第一条传送带4上，位于传送带4始端的第一位置传感器26检测到手机外壳的到来，马上将输出的低电平信号通过第一信号采集卡16输入到第一工业计算机15，计算机程序记录经过的手机外壳数并编号。根据第一位置传感器26与第一工业相机20的距离和队列方法延迟一定时间后，手机外壳刚好到达第一工业相机20的正下方，第一信号采集卡16按程序要求先点亮同轴光源23，第一工业相机20马上拍照并将图片信息通过第一图片采集卡17，传送到第一工业计算机15，然后熄灭同轴光源23，点亮环形光源22，第一工业相机20马上拍照并将图片信息通过第一图片采集卡17，传送到第一工业计算机15，然后熄灭环形光源22，拍照在毫秒内完成，以免手机外壳28走出第一工业相机20的视野，如果检测到手机外壳顶面有缺陷，则把手机外壳编号发送到第二工业计算机10和第三工业计算机2，第二工业计算机10根据编号对有缺陷的手机外壳则不再做图像处理，第三工业计算机2则根据编号发送信息给次品剔除单元的剔除气缸29将有缺陷的手机外壳剔除掉。

第二工业计算机10安装了第二信号采集卡12和第二图像采集卡11，此计算机负责手机外壳的前，后侧面的缺陷检测。处于同一个不透光的遮光罩内的第二工业相机19和第一条形光源18均倾斜安装在传送带4的左侧，安装在传送带4右侧的第三工业相机9和第二条形光源7均处于密封不透光的方柱形遮光罩40里，如图3，遮光罩40安装在平台41上，遮光罩40侧面开有活动门，以便检查或调试光源与相机。第一条形光源18和第二条形光源7都由第一条形光源控制器13控制，第一条形光源控制器13的控制信号由程序通过第二信号采集卡12输出，第二工业相机19和第三工业相机9与第二图像采集卡11相连。当顶面没有检测出有缺陷的手机外壳到达第二位置传感器21，同样根据第二位置传感器21与第二工业相机19的距离和队列方法延迟一定时间后，第一条形光源18点亮，第二工业相机19立刻拍照，并把图片信息通过第二图像采集卡11，传送到第二工业计算机10和第三工业计算机2，如果检测到手机外壳前侧面有缺陷，第二工业计算机10根据编号对有缺陷的手机外壳则不再做图像处理，第三工业计算机2则根据编号发送信息给次品剔除单元的剔除气缸29将有缺陷的手机外壳剔除掉。

当第三位置传感器14检测到手机外壳的到来，同样根据第三位置传感器14与第二工业相机8的距离和队列方法延迟一定时间后，第二条形光源7点亮，第三工业相机8立刻拍照，并把图片相机通过第二图像采集卡11，传送到第二工业计算机10和第三工业计算机2，如果检测到手机外壳后侧面有缺陷，第二工业计算机10根据编号对有缺陷的手机外壳则不再做图像处理，第三工业计算机2则根据编号发送信息给次品剔除单元的剔除气缸29将有缺陷的手机外壳剔除掉。

当位于传送带4末端的第四位置传感器9检测到手机外壳的到来，程序发出信号由第二信号采集卡12输出高电平驱动电磁阀动作，从而控制转向气缸5把手机外壳28从第一条传送带4推到与传送带4在水平面相垂直的第二条传送带38上，如图3，图4。

第三工业计算机2安装了第三信号采集卡1和第三图像采集卡3，此计算机负责手机外壳的左，右侧面的缺陷检测。处于同一个不透光的遮光罩内的第四工业相机36和第三条形光源35均倾斜安装在传送带38的左侧，处于另一个不透光的遮光罩内的第四工业相机31和条形光源32均安装在传送带38的右侧，第三条形光源35和第四条形光源32都由第二条形光源控制器34控制，第二条形光源控制器34的控制信号由程序通过信号采集卡1输出，第四工业相机36和31与第三图像采集卡3相连。当前三个面都没有检测出有缺陷的手机外壳到达位于传送带38始端的第五位置传感器37，同样根据第五位置传感器37与第四工业相机36的距离和队列方法延迟一定时间后，第三条形光源35点亮，第四工业相机36立刻拍照，并把图片信息通过第三图像采集卡3，传送到第三工业计算机2，如果检测到手机外壳前侧面有缺陷，第三工业计算机2则根据编号发送信息给次品剔除单元的剔除气缸29将有缺陷的手机外壳剔除掉，对后面拍摄的手机外壳其它部位的图片不做处理。

当第六位置传感器33检测到手机外壳的到来，同样根据第六位置传感器33与第五工业相机31的距离和队列方法延迟一定时间后，第四条形光源32点亮，第五工业相机31立刻拍照，并把图片信息通过第三图像采集卡3，传送到第三工业计算机2，如果检测到手机外壳右侧面有缺陷，则程序发出信号由第三信号采集卡1输出高电平驱动电磁阀动作，从而控制剔除气缸29将有缺陷的手机外壳剔除。

当手机外壳到达位置传感器的位置时，由于安装位置受限等原因，传感器与相机并不能处于同一位置，必须有一定的距离。所以从传感器检测到手机到达到光源点亮再到相机拍照需要一定的延迟时间。如图5所示，传感器与相机的水平距离为L，假设传送带的速度为v。如果传感器与相机之间有多于2个的手机外壳(图5中有3个)，单纯使用延迟拍照的话就会造成漏拍照。例如图5，从传感器响应到相机拍照的延迟时间

t_d时间内从相机下面经过的传送带长度s＝t_d×v＝L，也就是传感器与相机的距离。如果相机只是每隔t_d时间拍照，那么如果在长为L的传送带上有n(n＞0)个手机外壳，则有n-1个手机外壳漏拍照了。本发明使用队列来解决此问题。假设第一个手机外壳到达传感器的时刻为t₀，则相机拍第一张照片的时刻为t₀+t_d。传感器检测到第二个手机外壳到来的时刻为t₀+Δt₁，相机拍第二张图片的时刻为t₀+t_d+Δt₁。由此类推，传感器响应的时刻为t₀+Δt₁+Δt₂+…+Δt_n，相机拍照的时刻为t₀+t_d+Δt₁+Δt₂+…+Δt_n。具体的操作是程序在内存中建立堆栈，先把Δt_n(n＝1，2，…)依次入栈，相机拍完一张图片后马上从堆栈中依据先进先出的原则读出Δt_n，此Δt_n就是上一张图片与下一张图片的拍摄时间间隔。为了保证内存不溢出，需要根据传送带L长度内的外壳个数n设定堆栈的高度n+k(n为传感器与相机之间的手机外壳数，k为裕量)，并适时清除旧数据，保证堆栈不溢出。

外壳经过时，传感器输出低电平，程序设置认定下降沿有效。对于中间有通孔的手机外壳经过传感器后会产生多个下降沿，本发明在第一个下降沿发生后设置信号采集屏蔽时间t_p。t_p与手机外壳的沿传送带的长度m与传送带速度V的关系为

$\frac{m}{v}<t_p<{\mathrm{\&Delta;t}}_n(n=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;)$

Δt_n为相邻两个手机外壳经过同一个传感器的时间间隔。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的手机外壳缺陷智能检测装置，其特征在于，包括传送装置、检测系统、次品剔除单元和计算机；所述传送装置包括两条传送带和一个转向汽缸，传送带由步进电机带动，两条传送带位于同一水平面且相互垂直排放，手机外壳在第一条传送带上输送，当第一条传送带末端的位置传感器检测到手机外壳时，由该检测信号控制转向汽缸将该手机外壳推到第二条传送带上；所述每个检测系统均包括光照单元和图像采集单元，所述光照单元对传送装置运送的手机外壳的一面实施光照，并由图像采集单元对该面进行拍照，再将采集到的图像信号传输给计算机，由计算机识别出有缺陷的手机外壳，并将有缺陷的手机外壳的编号传输给次品剔除单元，由次品剔除单元将该有缺陷的手机外壳剔除。

2.根据权利要求1所述的智能检测装置，其特征在于，所述检测系统分为手机外壳的正面及左、右、前、后侧面检测系统，所述左、右侧面检测系统设于一条传送带上，而前、后侧面检测系统设于另一条传送带上，所述正面检测系统设于任意一条传送带上。

3.根据权利要求2所述的智能检测装置，其特征在于，所述图像采集单元包括图像采集卡、工业相机和位置传感器；所述位置传感器负责检测手机外壳的到来，并将信号发送给连接到计算机的信号采集卡上，通过计算机程序记录经过手机外壳数并编号，所述工业相机对到达其正对位置的手机外壳进行拍照，并将图像信号经由图像采集卡传送给计算机。

4.根据权利要求3所述的智能检测装置，其特征在于，所述光照单元包括光源、光源控制器和不透光的遮光罩；所述光源控制器与计算机上的信号采集卡相连，所述光源由所连接的光源控制器控制其亮度调节；所述光源和工业相机均置于不透光的遮光罩内。

5.根据权利要求4所述的智能检测装置，其特征在于，所述手机正面检测系统采用的光源为环形光源和同轴光源，所述同轴光源置于相机的正下方，环形光源置于同轴光源的正下方，两种光源和相机的轴线重合。

6.根据权利要求4或5所述的智能检测装置，其特征在于，所述手机前、后侧面检测系统的光源均采用条形光源，并且靠近与条形光源相配对的相机倾斜安装在传送带的两侧，条形光源的光照和相机均对准手机外壳前、后侧面。

7.根据权利要求4或5所述的智能检测装置，其特征在于，所述手机左、右侧面检测系统的光源均采用条形光源，并且靠近与条形光源相配对的相机倾斜安装在传送带的两侧，条形光源的光照和相机均对准手机外壳左、右侧面。

8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的智能检测装置，其特征在于，所述次品剔除单元包括剔除气缸和位置传感器，所述剔除汽缸和位置传感器均安装在第二条传送带的末端，剔除气缸的运动方向与第二条传送带的运动方向相垂直，当所述位置传感器检测到有缺陷的手机外壳到来时，由该检测信号控制剔除气缸运动。

9.根据权利要求1或2或3或4或5所述的智能检测装置，其特征在于，所述检测系统是依次进行检测，前一个检测系统将检测出的有缺陷的手机外壳的编号通过计算机还传输给后一个检测系统，后一个检测系统根据计算机发出的指令将不再对该编号的手机外壳进行检测。

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