本發(fā)明是一種產(chǎn)品質(zhì)量的視覺檢測系統(tǒng)，特別是一種基于機(jī)器視覺的電機(jī)換向器質(zhì)量檢測系統(tǒng)及檢測方法，屬于電機(jī)換向器產(chǎn)品質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)及方法的創(chuàng)新技術(shù)。

背景技術(shù)：

電機(jī)作為工業(yè)、交通、國防及日常生活中不可或缺的重要基本設(shè)備。換向器作為電機(jī)的核心器件之一，其質(zhì)量好壞嚴(yán)重影響電機(jī)的質(zhì)量。換向器的外觀質(zhì)量檢測是換向器生產(chǎn)線中一個重要的工序。目前，換向器的質(zhì)量檢測仍然采用人工檢測的方式，這就會導(dǎo)致檢測的效率低、誤判率和漏檢率高，而且有人工干涉，也會對測量的尺寸精度產(chǎn)生影響。此外，人工檢測需要大量的勞動力，換向器的質(zhì)量檢測工序占全部生產(chǎn)勞動力的20%-30%，而且人工檢測容易疲勞，檢測準(zhǔn)確率低，成本高，產(chǎn)品的一致性差。因此，采用先進(jìn)的機(jī)器視覺技術(shù)、人工智能技術(shù)、自動化技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)，設(shè)計并開發(fā)換向器質(zhì)量視覺自動檢測系統(tǒng)是一個必然選擇，也是當(dāng)前市場的迫切需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于考慮解決上述問題的一種檢測精度高、漏檢率低、檢測速度快、實用型強(qiáng)，以及可以代替人工檢測方式的基于機(jī)器視覺的電機(jī)換向器質(zhì)量檢測系統(tǒng)。本發(fā)明實現(xiàn)換向器形狀、端面和側(cè)面的非接觸式視覺檢測，自動分揀缺陷產(chǎn)品，提高檢測速度和精度，提高生產(chǎn)效率。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種操作簡單，方便實用的基于機(jī)器視覺的電機(jī)換向器質(zhì)量檢測系統(tǒng)的檢測方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的電機(jī)換向器質(zhì)量檢測系統(tǒng)，包括檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)、形狀和上下端面檢測系統(tǒng)、側(cè)面檢測系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、抓取輸送機(jī)構(gòu)、上下端面檢測平臺、側(cè)面檢測平臺和產(chǎn)品分揀機(jī)構(gòu)，其中形狀和上下端面檢測系統(tǒng)和側(cè)面檢測系統(tǒng)通過圖像采集與數(shù)據(jù)接口與檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)連接，檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)和人工設(shè)定提供本系統(tǒng)所需各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

本發(fā)明基于機(jī)器視覺的電機(jī)換向器質(zhì)量檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟：

1）學(xué)習(xí)過程：首先檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)算法，獲取各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；

2）檢測過程：檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)算法獲取的各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)通過圖像采集與數(shù)據(jù)接口傳輸給形狀和上下端面檢測系統(tǒng)及側(cè)面檢測系統(tǒng)，形狀和上下端面檢測系統(tǒng)及側(cè)面檢測系統(tǒng)通過計算對比分析，得到檢測結(jié)果。

上述學(xué)習(xí)算法包括以下步驟：

1）圖像預(yù)處理；

2）檢測標(biāo)準(zhǔn)特征提取，針對形狀、端面和側(cè)面不同檢測問題，分別采用基于幾何特征方法提取形狀檢測特征參數(shù)，基于灰度統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)和能量熵提取端面檢測特征參數(shù)以及基于幾何特征和灰度統(tǒng)計特征提取側(cè)面檢測特征參數(shù)；

3）運(yùn)用統(tǒng)計計算方法結(jié)合支持向量機(jī)建立檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

上述圖像預(yù)處理包括圖像分割、濾除噪聲以及輪廓提取步驟。

本發(fā)明綜合采用光機(jī)電一體化和機(jī)器視覺技術(shù)，開發(fā)換向器質(zhì)量在線視覺檢測自動化設(shè)備，用來實現(xiàn)對換向器的形狀、溝槽、上下端面以及側(cè)面的綜合檢測及分揀。該系統(tǒng)運(yùn)用圖像處理技術(shù)和機(jī)器視覺技術(shù)，實識別缺陷換向器，并結(jié)合機(jī)電設(shè)備進(jìn)行分揀，可以代替現(xiàn)有的人工檢測模式，排除人工檢測主觀因素干擾，提高檢測效率、準(zhǔn)確率和自動化程度，降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品品質(zhì)更加穩(wěn)定。解決了人工檢測所帶來的品質(zhì)不穩(wěn)定、檢測成本高、工作效率低等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例系統(tǒng)圖；

圖2為本發(fā)明實施例中檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實施例中形狀與端面檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明實施例中側(cè)面檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，本發(fā)明基于機(jī)器視覺的電機(jī)換向器質(zhì)量檢測系統(tǒng)，包括檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1、形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2、側(cè)面檢測系統(tǒng)3、上料系統(tǒng)4、抓取輸送機(jī)構(gòu)5、上下端面檢測平臺6、側(cè)面檢測平臺7和產(chǎn)品分揀機(jī)構(gòu)8，其中形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2和側(cè)面檢測系統(tǒng)3通過圖像采集與數(shù)據(jù)接口9與檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1連接，檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1通過學(xué)習(xí)和人工設(shè)定提供本系統(tǒng)所需各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

上述檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1通過學(xué)習(xí)算法獲取各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，這些檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)通過圖像采集與數(shù)據(jù)接口9傳輸給形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2及側(cè)面檢測系統(tǒng)3，形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2及側(cè)面檢測系統(tǒng)3通過計算對比分析，得到檢測結(jié)果。

圖2是檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1的原理圖，包括圖像采集接口11、形狀檢測參數(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)12、端面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)13、側(cè)面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)14、檢測標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模型庫15、數(shù)據(jù)接口16和人工設(shè)定檢測標(biāo)準(zhǔn)模型庫17；其中形狀檢測參數(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)12、端面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)13和側(cè)面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)系統(tǒng)14通過圖像采集接口11，獲取良品換向器圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)學(xué)習(xí)算法提取換向器形狀、端面和側(cè)面的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并保存到檢測標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模型庫15；同時，根據(jù)人工檢測的經(jīng)驗知識，設(shè)定不同規(guī)格換向器的檢測標(biāo)準(zhǔn)，保存到人工設(shè)定檢測標(biāo)準(zhǔn)模型庫17；檢測標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模型庫15與人工設(shè)定檢測標(biāo)準(zhǔn)模型庫17之間通過數(shù)據(jù)接口16連接，向各種檢測提供所需的檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。本發(fā)明檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1通過學(xué)習(xí)和人工設(shè)定提供本系統(tǒng)所需各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1在學(xué)習(xí)時，換向器在上下端面檢測平臺上，通過圖像采集，形狀和端面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)得到相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并保存到檢測標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模型庫；當(dāng)換向器在側(cè)面檢測平臺上，通過圖像采集，側(cè)面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)得到相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并保存到檢測標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模型庫；同時，把人工檢測的經(jīng)驗知識也可以保存到人工設(shè)定檢測標(biāo)準(zhǔn)模型庫；通過數(shù)據(jù)接口，為各種檢測提供檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

上述形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2的原理圖如圖3所示，包括形狀視覺光源系統(tǒng)21、形狀檢測圖像采集系統(tǒng)22、孔徑檢測系統(tǒng)23、形狀檢測系統(tǒng)24、端面檢測光源系統(tǒng)25、端面檢測圖像采集系統(tǒng)26和上下端面檢測系統(tǒng)27；其中形狀檢測光源系統(tǒng)21提供檢測所需的底光源；形狀檢測圖像采集系統(tǒng)22利用在線獲取換向器的圖像，傳遞給孔徑檢測系統(tǒng)23進(jìn)行換向器孔徑檢測，孔徑檢測算法利用檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)檢測參數(shù)，和實際檢測值對比，得出孔徑合格、偏大和偏小結(jié)果并輸出；同時，形狀檢測圖像采集系統(tǒng)22把采集的圖像傳遞給形狀檢測系統(tǒng)24，形狀檢測算法對換向器的鉤槽、分度、外徑、鉤型等外觀形狀進(jìn)行計算分析，并和檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)檢測參數(shù)對比，判斷是良品或者缺陷產(chǎn)品及輸出結(jié)果；端面檢測光源系統(tǒng)25以上光源方式提供檢測端面所需光源；端面檢測圖像采集系統(tǒng)26采集換向器上下端面圖像，并傳遞給上下端面檢測系統(tǒng)27進(jìn)行檢測，該算法利用檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

上述形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2在檢測換向器時，形狀視覺光源系統(tǒng)21上部安放待檢換向器，與形狀檢測圖像采集系統(tǒng)22處于換向器兩側(cè)，為形狀檢測圖像采集系統(tǒng)22提供背景光；形狀檢測圖像采集系統(tǒng)22利用面陣工業(yè)相機(jī)，獲取待檢換向器的圖像，并傳輸給形狀檢測系統(tǒng)24，形狀檢測系統(tǒng)24調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與形狀檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)模型參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出；同時，采集的圖像傳輸給孔徑檢測系統(tǒng)23，孔徑檢測系統(tǒng)23調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與孔徑檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出。端面檢測光源系統(tǒng)25采用環(huán)形光源，與端面檢測圖像采集系統(tǒng)26處于同側(cè)，為端面圖像采集提供正面光源；端面檢測圖像采集系統(tǒng)26利用面陣工業(yè)相機(jī)，獲取待檢換向器的端面圖像，并傳輸給上下端面檢測系統(tǒng)27，調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與端面檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)模型參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出。

上述側(cè)面檢測系統(tǒng)3的原理圖如圖4所示，包括側(cè)面視覺光源系統(tǒng)31、側(cè)面自動旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)32、側(cè)面圖像采集系統(tǒng)33和側(cè)面檢測系統(tǒng)34；其中側(cè)面視覺光源系統(tǒng)提供側(cè)面檢測所需的線性光源，側(cè)面檢測圖像采集系統(tǒng)33利用線陣工業(yè)相機(jī)，以線掃描方式，獲取側(cè)面自動旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)32上多個勻速旋轉(zhuǎn)的待檢換向器圖像，并傳遞給側(cè)面檢測系統(tǒng)34；同時，側(cè)面檢測系統(tǒng)34通過數(shù)據(jù)訪問接口獲得檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)中側(cè)面檢測的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行對比分析，得到檢測結(jié)果。

上述側(cè)面視覺光源系統(tǒng)31采用線型光源，多個換向器安裝在側(cè)面自動旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，并定速旋轉(zhuǎn)，側(cè)面圖像采集利用線陣工業(yè)相機(jī)，以線掃描方式，獲取側(cè)面圖像；所采集圖像傳輸給側(cè)面檢測，由側(cè)面檢測調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與側(cè)面檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)模型參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出。

此外，本發(fā)明還包括有上料系統(tǒng)4、抓取輸送機(jī)構(gòu)5、上下端面檢測平臺6、側(cè)面檢測平臺7和產(chǎn)品分揀機(jī)構(gòu)8。

本發(fā)明基于機(jī)器視覺的電機(jī)換向器質(zhì)量檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括如下步驟：

1）學(xué)習(xí)過程：首先檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1通過學(xué)習(xí)算法，獲取各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；

2）檢測過程：檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)1通過學(xué)習(xí)算法獲取的各種檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)通過圖像采集與數(shù)據(jù)接口9傳輸給形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2及側(cè)面檢測系統(tǒng)3，形狀和上下端面檢測系統(tǒng)2及側(cè)面檢測系統(tǒng)3通過計算對比分析，得到檢測結(jié)果。

上述學(xué)習(xí)算法包括以下步驟：

1）圖像預(yù)處理；

2）檢測標(biāo)準(zhǔn)特征提取，針對形狀、端面和側(cè)面不同檢測問題，分別采用基于幾何特征方法提取形狀檢測特征參數(shù)，基于灰度統(tǒng)計特征數(shù)據(jù)和能量熵提取端面檢測特征參數(shù)以及基于幾何特征和灰度統(tǒng)計特征提取側(cè)面檢測特征參數(shù)；

3）運(yùn)用統(tǒng)計計算方法結(jié)合支持向量機(jī)建立檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

上述圖像預(yù)處理包括圖像分割、濾除噪聲以及輪廓提取步驟。

本發(fā)明的工作原理如下：所述換向器質(zhì)量視覺檢測系統(tǒng)，分為兩個過程：學(xué)習(xí)過程和檢測過程。在學(xué)習(xí)時，由上料結(jié)構(gòu)自動排序并輸送換向器到換向器的固定頂起位置，再由抓取輸送結(jié)構(gòu)，逐個抓取換向器并以此輸送到上下端面檢測平臺和側(cè)面檢測平臺；形狀與端面檢測系統(tǒng)和側(cè)面檢測系統(tǒng)學(xué)習(xí)良品換向器的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并通過圖像采集與數(shù)據(jù)接口傳輸給檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)保存；在檢測時，由上料結(jié)構(gòu)自動排序并輸送換向器到換向器的固定頂起位置，再由抓取輸送結(jié)構(gòu)，逐個抓取換向器并以此輸送到上下端面檢測平臺和側(cè)面檢測平臺；形狀與端面檢測系統(tǒng)和側(cè)面檢測系統(tǒng)通過圖像采集與數(shù)據(jù)接口獲取檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，然后進(jìn)行分析對比，輸出檢測結(jié)果；根據(jù)檢測結(jié)果，再由產(chǎn)品分揀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分揀。

所述圖檢測標(biāo)準(zhǔn)模型學(xué)習(xí)系統(tǒng)，在學(xué)習(xí)時，換向器逐個放在在上下端面檢測平臺和側(cè)面檢測平臺，通過圖像采集，形狀檢測參數(shù)學(xué)習(xí)、端面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)和側(cè)面檢測參數(shù)學(xué)習(xí)，經(jīng)計算得到相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并保存到檢測標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模型庫；同時，把人工檢測的經(jīng)驗知識也可以保存到人工設(shè)定檢測標(biāo)準(zhǔn)模型庫；通過數(shù)據(jù)接口，為各種檢測提供檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。

所述形狀與端面檢測系統(tǒng)，當(dāng)換向器檢測時，逐個安放在上下端面檢測平臺，圖像采集利用面陣工業(yè)相機(jī)，獲取待檢換向器的圖像，并傳輸給形狀檢測，形狀檢測調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與形狀檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)模型參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出；同時，采集的圖像傳輸給孔徑檢測，孔徑檢測調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與孔徑檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出；在上下端面檢測時，端面圖像采集利用面陣工業(yè)相機(jī)，獲取待檢換向器的端面圖像，并傳輸給上下端面檢測，調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與端面檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)模型參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出。

所述側(cè)面檢測系統(tǒng)，當(dāng)換向器檢測時，多個換向器安裝在側(cè)面自動旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，并定速旋轉(zhuǎn)，側(cè)面圖像采集利用線陣工業(yè)相機(jī)，以線掃描方式，獲取側(cè)面圖像；所采集圖像傳輸給側(cè)面檢測，由側(cè)面檢測調(diào)用檢測標(biāo)準(zhǔn)模板學(xué)習(xí)系統(tǒng)1中與側(cè)面檢測有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)模型參數(shù)，進(jìn)行分析對比，確定檢測結(jié)果輸出。

該系統(tǒng)以機(jī)器視覺技術(shù)、分布式控制技術(shù)、機(jī)電一體化、面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)等技術(shù)實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的圖像采集、形狀和端面檢測、側(cè)面檢測和產(chǎn)品上料、分揀等功能；該系統(tǒng)運(yùn)行方式為：先學(xué)習(xí)檢測標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建檢測標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)模板庫，然后再利用學(xué)習(xí)所得標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行形狀、端面和側(cè)面檢測。