本發(fā)明涉及先進制造領域的智能化檢測技術，具體的說是一種基于三維視覺的沖壓件表面缺陷檢測系統(tǒng)。

背景技術：

沖壓加工是借助于沖壓設備的壓力，使板材在沖壓模具里產(chǎn)生分離，從而獲得一定形狀和尺寸的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術，具有智能、精密、高效、高速等特點。然而，沖壓生產(chǎn)過程中，總會有因加工誤差、材料缺陷、模具損傷等客觀因素而導致的廢品存在，如不能及時檢測并剔除掉，將會嚴重影響后續(xù)的裝配等環(huán)節(jié)，導致產(chǎn)品總體質(zhì)量水平的下降，增加成本，影響生產(chǎn)效率。因此，能否在全自動沖壓生產(chǎn)線上實現(xiàn)產(chǎn)品在線質(zhì)量檢測也就變得至關重要，成為評判其自動化程度的一個重要指標。

然而，目前國內(nèi)大多數(shù)廠家對沖壓產(chǎn)品的缺陷檢測還停留在人目離線檢測的階段，效率低、穩(wěn)定性差、成本高的人目檢測嚴重制約了沖壓生產(chǎn)線的自動化進程。因此十分需要研究一項新的技術來完成生產(chǎn)過程中的沖壓產(chǎn)品三維表面缺陷在線檢測系統(tǒng)。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述傳統(tǒng)的沖壓件檢測方法存在的檢測效率低、穩(wěn)定性差、成本高的人目檢測，難以在線快速檢測三維沖壓件的表面缺陷等問題，本發(fā)明提供一種基于機器視覺的對沖壓產(chǎn)品三維表面缺陷檢測裝置和檢測方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的對沖壓產(chǎn)品三維表面缺陷檢測裝置，包括沖壓件輸送機構、機器視覺運動控制平臺、機器視覺照明系統(tǒng)、相機自標定和相機參數(shù)設置模塊、沖壓件表面三維掃描點云數(shù)據(jù)采集模塊、點云數(shù)據(jù)與三維cad模型配準與表面缺陷識別模塊及檢測結果顯示模塊；

沖壓件輸送機構：包括沖壓件輸入機構和沖壓件輸出機構，沖壓件輸入機構和沖壓件輸出機構之間設置有檢測工作箱，所述工作箱內(nèi)設有透明且傾斜的滑道；滑道的高位端連接沖壓件輸入機構，滑道的低位端連接沖壓件輸出機構；

機器視覺運動控制平臺：包括檢測工作箱頂部和底部分別設置的三軸運動平臺，所述三軸運動平臺上安裝有自動化視覺裝置，所述自動化視覺裝置包括線型激光器和ccd相機；

機器視覺照明系統(tǒng)：包括在相機周邊設置的24相彩色led光源；

相機自標定和相機參數(shù)設置模塊：用于標定相機內(nèi)參、焦距以及外參信息；

沖壓件表面三維掃描點云數(shù)據(jù)采集模塊：完成沖壓件的三維點云的數(shù)據(jù)采集和沖壓件的姿態(tài)控制，通過將提取光條圖像中線結構光的光條中心，并根據(jù)傳感器模型計算出測量位置上的沖壓件三維表面點的坐標，形成三維點云；

點云數(shù)據(jù)與三維cad模型配準與表面缺陷識別模塊：用于將三維點云數(shù)據(jù)與三維cad模型進行對比，根據(jù)對比結果識別沖壓件是否具有表面缺陷；

檢測結果顯示模塊：用于顯示識別的結果。

作為本發(fā)明的進一步改進在于，所述檢測工作箱與24相彩色led光源對應的頂部和底部位置均為穹頂結構，24相彩色led光源分為三組，每組8個同一顏色的led燈呈環(huán)形分布，三組led燈組成rgb三色并嵌裝在穹頂結構的內(nèi)側，各led燈獨立控制。采用穹頂燈光照的布局來可實現(xiàn)多照明角度，每一組led等的單獨照明可以實現(xiàn)rgb三原色的單色照明；其組合則可實現(xiàn)多種顏色的真彩色照明。

本發(fā)明還提供了一種基于三維視覺的沖壓件表面缺陷檢測方法，包括如下步驟：

1）利用相機自標定和參數(shù)設置模塊首先對標定板進行拍照，拍照結束之后設置標定的參數(shù)，根據(jù)標定板的格式確定相機標定參數(shù)；然后進行相機標定的工作，通過單目標定測量相機的內(nèi)參和畸變系數(shù)，通過雙目標定得出相機的焦距以及外參信息；

2）標定完成之后，進行擬合調(diào)整，使圖像的擬合效果達到最佳；

3）開啟led燈，利用沖壓件表面三維掃描點云數(shù)據(jù)采集模塊，完成測量過程中的圖像三維點云的數(shù)據(jù)采集和沖壓件的姿態(tài)控制，通過將提取光條圖像中線結構光的光條中心，并根據(jù)傳感器模型計算出測量位置上的物體三維表面點的坐標，形成三維點云；

4）通過點云數(shù)據(jù)與三維cad模型配準與缺陷檢測模塊先獲取沖壓件三維表面輪廓的坐標數(shù)據(jù)后，將沖壓件數(shù)據(jù)與三維cad模型數(shù)據(jù)對齊、做差，再通過差異閾值判斷是否存在缺陷。具體而言，其通過將點云的高度信息映射為二維平面彩色圖像，并從平面彩色圖像中提取用于模板匹配的特征，再與標準產(chǎn)品的點云映射平面彩色圖像進行配準，標準產(chǎn)品的點云映射平面彩色圖像來自三維cad模型，根據(jù)配準結果，進行顏色對比，通過計算顏色差異，實現(xiàn)缺陷識別。

5）將缺陷信息通過檢測結果顯示模塊予以顯示。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：一，沖壓件通過滑道時，可以被ccd相機全方位捕捉，表面缺陷一覽無余，識別方便；二：穹頂結構可以提供全方位照明，無死角，沖壓件的影像清晰，便于比對；三，其對沖壓件的圖像進行識別，快速判斷其是否具有表面缺陷，判斷準確；四，能夠實現(xiàn)在線逐一檢測，比以往的抽檢檢測更加全面，檢測無遺漏；五，比人目檢測更加準確。該裝置可以用于各種沖壓件的自動化生產(chǎn)線上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的檢測工作箱結構示意圖。

圖2為本發(fā)明中穹頂結構與led燈結構示意圖。

圖3為本發(fā)明中穹頂結構與led燈的平面投影圖。

圖4為相機自標定和參數(shù)設置模塊的單目標定流程圖。

圖5為相機自標定和參數(shù)設置模塊的雙目標定流程圖。

圖6為本發(fā)明中沖壓件表面三維掃描點云數(shù)據(jù)采集模塊工作原理圖。

圖7為本發(fā)明中點云數(shù)據(jù)與三維cad模型配準與缺陷檢測模塊流程圖。

其中，1沖壓件輸入機構，2沖壓件輸出機構，3led燈，4三軸運動平臺，5ccd相機，6穹頂結構，7滑道，8檢測工作箱，9線型激光器，10沖壓件。

具體實施方式

如圖1-7所示，為一種基于三維視覺的沖壓件表面缺陷檢測裝置，包括沖壓件輸送機構、機器視覺運動控制平臺、機器視覺照明系統(tǒng)、相機自標定和相機參數(shù)設置模塊、沖壓件表面三維掃描點云數(shù)據(jù)采集模塊、點云數(shù)據(jù)與三維cad模型配準與表面缺陷識別模塊及檢測結果顯示模塊。

沖壓件輸送機構：包括沖壓件輸入機構1和沖壓件輸出機構2，沖壓件輸入機構1和沖壓件輸出機構2之間設置有檢測工作箱8，所述工作箱內(nèi)設有透明且傾斜的滑道7；滑道7的高位端連接沖壓件輸入機構1，滑道7的低位端連接沖壓件輸出機構2；沖壓件輸送機構可由步進電機、皮帶、若干滾柱及若干齒輪組成，用于銜接沖壓件的生產(chǎn)線，并自動將沖壓件10輸送至滑道7上。

機器視覺運動控制平臺：包括檢測工作箱8頂部和底部分別設置的三軸運動平臺4，所述三軸運動平臺4上安裝有自動化視覺裝置，所述自動化視覺裝置包括線型激光器9和ccd相機5；線型激光器9用于ccd相機5定位，可實現(xiàn)精確的視覺高度測量，該ccd相機5帶有雙目攝像頭，分別為左攝像頭和有攝像頭。

機器視覺照明系統(tǒng)：包括在相機周邊設置的24相彩色led光源。

相機自標定和相機參數(shù)設置模塊：用于標定相機內(nèi)參、焦距以及外參信息。

沖壓件表面三維掃描點云數(shù)據(jù)采集模塊：完成沖壓件10的三維點云的數(shù)據(jù)采集和沖壓件的姿態(tài)控制，通過將提取光條圖像中線結構光的光條中心，并根據(jù)傳感器模型計算出測量位置上的沖壓件10三維表面點的坐標，形成三維點云；所述檢測工作箱8與24相彩色led光源對應的頂部和底部位置均為穹頂結構6，24相彩色led光源分為三組，每組8個同一顏色的led燈3呈環(huán)形分布，三組led燈3組成rgb三色并嵌裝在穹頂結構6的內(nèi)側，各led燈3獨立控制。圖2中所示，三組led可從多角度照射沖壓件，使得沖壓件的表面缺陷更容易被捕捉。

點云數(shù)據(jù)與三維cad模型配準與表面缺陷識別模塊：用于將三維點云數(shù)據(jù)與三維cad模型進行對比，根據(jù)對比結果識別沖壓件是否具有表面缺陷。

檢測結果顯示模塊：用于顯示識別的結果。

對沖壓件檢測時，將沖壓件通過沖壓件輸入機構1送入檢測工作箱8內(nèi)的滑道7上，led燈3開啟，ccd相機5工作，對沖壓件圖像進行采集，識別缺陷后，沖壓件從沖壓件輸出機構2離開。

具體而言，其檢測方法包括如下步驟：

1）利用相機自標定和參數(shù)設置模塊首先對標定板進行拍照，標定板采用棋盤格標定板，拍照結束之后設置標定的參數(shù)，根據(jù)標定板的格式確定相機標定參數(shù)；然后進行相機標定的工作，通過單目標定測量ccd相機5的內(nèi)參和畸變系數(shù)，通過雙目標定得出ccd相機5的焦距以及外參信息；如圖4、圖5所示。

2）標定完成之后，進行擬合調(diào)整，使圖像的擬合效果達到最佳。

3）開啟led燈3，利用沖壓件10表面三維掃描點云數(shù)據(jù)采集模塊，完成測量過程中的圖像三維點云的數(shù)據(jù)采集和沖壓件的姿態(tài)控制，通過將提取光條圖像中線結構光的光條中心，并根據(jù)傳感器模型計算出測量位置上的物體三維表面點的坐標，形成三維點云；如圖6所示。

4）通過點云數(shù)據(jù)與三維cad模型配準與缺陷檢測模塊先獲取沖壓件10三維表面輪廓的坐標數(shù)據(jù)后，將沖壓件數(shù)據(jù)與三維cad模型數(shù)據(jù)對齊、做差，再通過差異閾值判斷是否存在缺陷。其通過將點云的高度信息映射為二維平面彩色圖像，并從平面彩色圖像中提取用于模板匹配的特征，再與標準產(chǎn)品的點云映射平面彩色圖像進行配準，根據(jù)配準結果，進行顏色對比，通過計算顏色差異，實現(xiàn)缺陷識別。如圖7所示。

5）將缺陷信息通過檢測結果顯示模塊予以顯示。

每個三軸運動平臺4具有x、y、z軸三維機構，運動速度可調(diào)，可以實現(xiàn)勻速運動和快速運動，利用好接近開關控制原點和限位，檢測相機鏡頭可調(diào)節(jié)，適用于多尺寸、異構型沖壓件檢測。

本發(fā)明并不局限于上述實施例，在本發(fā)明公開的技術方案的基礎上，本領域的技術人員根據(jù)所公開的技術內(nèi)容，不需要創(chuàng)造性的勞動就可以對其中的一些技術特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。