机器视觉系统对弹簧垂直度的在线检测方法 【技术领域】
本发明涉及利用机器视觉系统进行在线检测的技术领域，尤其涉及在弹簧生产现场，利用机器视觉系统对弹簧垂直度进行在线检测的方法。
背景技术
在流水作业的弹簧生产车间现场，对弹簧的垂直度需要进行在线检测。现有技术中，对弹簧垂直度的在线检测依靠人工进行检测，在弹簧生产机旁设4～5人进行弹簧垂直角度的目测和处理，将检测结果分为合格品(如垂直角度为0～15°)和不合格品(如≥15°)，大于合格精度的弹簧直接作为废品处理。
人工检测存在的缺点主要有：生产车间现场灰尘多、噪声大，工人检测工作环境恶劣；正常人眼在不间断观测运动物体30min左右，即会眼花、眼胀等不适，检测人员无法长时间不间断工作，无法保证产品出厂合格率；弹簧垂直度检测等带数量精度的检测，人眼很难准确判断，误差大，出错机会很多，无法保证检测质量；专业人员观测弹簧垂直度的速度最高为0.5个/s，对生产速率有极大限制。
发明的内容
针对现有技术对弹簧垂直度的在线检测依靠人工进行检测，工人容易产生视觉疲劳，劳动强度大，无法保证产品合格率以及检测质量，监测速度低等问题，本发明提供一种机器视觉系统对弹簧垂直度的在线检测方法，其大大降低工人的检测劳动强度，检测精度高、速度快，可以有效保证出厂产品的合格率。
本发明的技术方案如下：
一种机器视觉系统对弹簧垂直度的在线检测方法，包括以下步骤：
(1)准备工业相机，所述工业相机或由外部触发信号控制在线拍摄；
(2)根据待检测弹簧产品的尺寸大小调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间，以便获取清晰的拍摄图像；
(3)设定检测参量为弹簧垂直度，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度以及合格范围；
(4)由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧侧面的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；
(5)计算机对接收到得图像进行图像算法处理，提取弹簧侧面的图像；
(6)计算机对所述弹簧侧面偏离垂直线的偏角进行计算；
(7)通过计算出的角度值判断该产品是属于合格品/废品，通过外部触发与控制信号将两类产品从不同的出料口进行分拣。
其进一步的技术方案是：
对所述第(7)步，具体按下述步骤进行垂直度的判断和分检：
(8)判断垂直度是否在合格范围，如在合格范围(＜15°)则转向第(8A)步，若大于规定范围(≥15°)则转向第(8B)步：
(8A)作为合格品进行分拣；
(8B)直接作为废品剔除。
以及，其进一步的技术方案是：
对所述第(7)步，当检测到产品为废品时，计算机将通过人机界面进行图像提示，并启动报警装置。
本发明的有益技术效果是：
本发明采用机器视觉系统对弹簧垂直度进行在线检测，取代人工检测，用户可自动进行检测精度的调节。具有对产品检测合格品、废品这两类产品的记录、分类、统计、存储、查询功能。并通过友好人机界面在图像中提示不合格品情况，并给予声、光报警提示，大大降低工人的检测劳动强度。
人工检测速度一般为0.5个/s，而机器视觉系统检测速度可达2个/s左右，机器视觉系统的产品检测速度是人工的4倍，极大提高了生产效率。
人工检测由于环境和生理的原因，无法24小时不间断进行产品质量检测，而采用机器视觉系统检测则使其成为可能。设备的生产时间可最大限度地延长，提高了设备的利用率。
人为检测由于环境噪声大、灰尘多、视觉易疲劳，很难连续跟踪产品质量。数值化检测靠人工很难保证，非正常次品率一般在10～15％左右，造成了生产资源和生产成本的极大浪费；机器视觉系统的检测垂直度精度最高为0.5度，精度可每0.5度为一个梯度进行调整，设置为0.5、1、1.5、2、2.5度等几个精度等级，从而大大提高产品合格率以及检测质量。
【附图说明】
图1是合格品的弹簧侧面图像。
图2是废品的弹簧侧面图像。
图3是本发明的工艺步骤图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
图1、2是从弹簧侧面拍摄并经过处理后的图像。
在图1、2所示的拍摄图像中，为了更好的区分图形，图中粗线条的平行四边形框为弹簧侧面拍摄图像；带箭头的水平和垂直线为标准的二维(X，Y)坐标；平等四边行左上方直线为方便角度计算而作的夹角延长线；虚线是为了方便区分弹簧垂直度是否合格而作的辅助线(为合格品与不合格品的垂直度分界线)。
实施例一，对合格产品的检测：
如图1所示的弹簧侧面图像，其中Y轴与弹簧左边界夹角为垂直度的表示区域。
将北京微视1300UM型工业相机固定在弹簧检测输送装置的正上方，相机距弹簧侧面的距离为30cm，使用8mm COMPUTAR镜头，光圈调到最大值，曝光时间调为0.58ms。角度度检测精度设置为1°，设定合格品正常垂直度为0°～15°。采用专用红色LED背光光源，从弹簧正下方照射，并使用半封闭遮挡金属框体，以便比较稳定地取得视觉图像，体现弹簧侧面的明显特征。显示光源的电源为恒压恒流，为不具频变或高频变的稳定光源，以便能比较稳定地拍摄到清晰的图像，并显示于计算机的屏幕。采用高速弹簧进料振动料斗，保证弹簧按一定的方式和速度进入检测装置。
计算机根据不同生产厂商所生产设备的不同控制系统，取得相机与生产进程同步的触发与控制信号，启动所述工业相机拍摄在线运行的弹簧侧面地图像，并将获取的弹簧侧面图像，贮存于计算机中。
计算机对所拍摄的图像通过边缘提取、平滑去噪、二值化处理、傅利叶变换等算法进行图像处理，使图像更清晰，更符合弹簧的真实情况。上述图像处理过程中所采用的算法均为现有技术中的常规算法。
计算机对弹簧垂直角度进行计算。该角度是所述Y轴与弹簧左侧边界直线所形成的夹角的度数，该角度值也是所述垂直度值。
如检测出的角度值为12°，则该产品为合格品。计算机对该类合格品进行记录、分类、统计入库。
实施例二，对废品的检测：
如图2所示的弹簧侧面图像，其中Y轴与弹簧左边界夹角为垂直度的表示区域。
将北京微视1300UM型工业相机固定在弹簧检测输送装置的正上方，相机距弹簧侧面的距离为30cm，使用8mm COMPUTAR镜头，光圈调到1/3位置，曝光时间调为1ms，弧度检测精度设置为1°时，设定合格品正常弧度为0°～15°，在检测过程中获取弹簧侧面图像，计算出弹簧侧面图像中的垂直度值。
检测实施例其余的操作步骤与实施例1相同。
如检测出的角度值为20°，则该产品为废品。计算机通过友好人机界面在图像中提示不合格品情况，并给予声、光报警提示，对该类废品进行记录、分类、统计入库。
以上所有实施例中使用的图像采集设备(相机、照射光源、电源、图像采集卡等)及存贮设备(硬盘、光盘、软盘等)、图像处理设备(图像处理器的硬件及软件)、图像显示设备(硬件及软件)、报警装置以及上述各部分的控制系统(硬件及软件)皆采用已有技术设计制作或直接采用相关市售产品。
以上所述的本发明的工艺步骤示于图3，具体的步骤包括：
(1)准备工业相机，所述工业相机或由外部触发信号控制在线拍摄；
(2)根据待检测弹簧产品的尺寸大小调整拍摄相机的光圈大小、曝光时间，以便获取清晰的拍摄图像；
(3)设定检测参量为弹簧垂直度，并根据用户要求设置所述检测参量的检测精度以及合格范围；
(4)由外部触发与控制信号启动所述相机实时拍摄在线运行弹簧侧面的图像，并将拍摄的图像传输至计算机供检测；
(5)计算机对接收到得图像进行图像算法处理，提取弹簧侧面的图像；
(6)计算机对所述弹簧侧面偏离垂直线的偏角进行计算；
(7)通过计算出的角度值判断该产品是属于合格品/废品，通过外部触发与控制信号将两类产品从不同的出料口进行分拣。
对所述第(7)步，具体按下述步骤进行垂直度的判断和分检：
(8)判断垂直度是否在合格范围，如在合格范围(＜15°)则转向第(8A)步，若大于规定范围(≥15°)则转向第(8B)步：
(8A)作为合格品进行分拣；
(8B)直接作为废品剔除。
对所述第(7)步，当检测到产品为废品时，计算机将通过人机界面进行图像提示，并启动报警装置。
最后需要注意的是，以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。