一種金屬罐的圖像采集裝置及采集方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及圖像采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機器視覺檢測技術(shù)的金屬罐的圖像采集裝置及采集方法。所述圖像采集裝置設于金屬罐生產(chǎn)線上，包括圖像采集單元、控制單元及定位單元，所述圖像采集單元包括支架及設于支架上的相機和光源，所述相機和光源同軸設置，所述光源為環(huán)形光源，設于所述相機下方；所述支架上設有調(diào)節(jié)機構(gòu)；所述控制單元包括控制器和旋轉(zhuǎn)器，所述旋轉(zhuǎn)器用于驅(qū)動所述相機繞相機中心軸往復旋轉(zhuǎn)；所述定位單元包括位置傳感器及定位機構(gòu)。上述圖像采集裝置，金屬罐缺陷識別率高，且僅需一個工位一臺相機，安裝簡便，適合復雜的工藝生產(chǎn)環(huán)境，具有良好的實用性和經(jīng)濟性。
【專利說明】
一種金屬罐的圖像采集裝置及采集方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及圖像采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機器視覺檢測技術(shù)的圖像采集裝置及采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬罐是市場上常見的容器，用于食品、飲料或其它物品的存放。在金屬罐的生產(chǎn)過程中，罐體易出現(xiàn)凹坑、劃痕、沙眼、臟污等缺陷。目前大多數(shù)工廠依然采用傳統(tǒng)的人工法檢測外觀，這種檢測方式存在人工成本高、易漏檢誤檢、效率低等諸多弊端。隨著基于機器視覺的檢測技術(shù)在我國進入一個新的高速發(fā)展階段，產(chǎn)品分類、測量、缺陷檢測技術(shù)逐步應用廣泛，金屬罐智能檢測將會是一種必然的趨勢。
[0003]圖像采集是基于機器視覺檢測技術(shù)的基礎(chǔ)。金屬罐材質(zhì)形狀大小各異，采用常規(guī)圖像采集方法及裝置，常常存在“視場足夠而缺陷不夠明顯”或“缺陷清晰但視場不足”的問題，因而不能得到高品質(zhì)的圖像，增加了后續(xù)圖像處理的難度。中國201310745133.7號專利公開了一種用于鏡片在線分級分揀的兩級圖像采集法，此方法可延拓，提高圖像采集的質(zhì)量，但此方法需要兩工位，占用了產(chǎn)線的空間，提高了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述基于機器視覺的金屬罐檢測中圖像采集問題提供一種圖像采集裝置與方法。
[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種金屬罐的圖像采集裝置，設于金屬罐生產(chǎn)線上，包括圖像采集單元、控制單元及定位單元，所述圖像采集單元包括支架及設于支架上的相機和光源，所述相機和光源同軸設置，所述光源為環(huán)形光源，設于所述相機下方;所述支架上設有調(diào)節(jié)機構(gòu)，用于調(diào)節(jié)所述相機和/或光源與待測金屬罐之間的距離；
所述控制單元包括控制器和旋轉(zhuǎn)器，所述旋轉(zhuǎn)器和所述相機連接，用于驅(qū)動所述相機繞相機中心軸往復旋轉(zhuǎn)，所述控制器用于控制所述旋轉(zhuǎn)器的動作；
所述定位單元包括位置傳感器及定位機構(gòu)，所述位置傳感器用于檢測金屬罐在生產(chǎn)線上的位置，所述定位機構(gòu)用于固定所述金屬罐以完成圖像采集。
[0006]優(yōu)選的，所述相機的鏡頭為魚眼鏡頭。
[0007]進一步的，所述相機采集的圖像區(qū)域為矩形區(qū)域，所述矩形區(qū)域的長和寬分別為
3、13，且滿足￡^(121^(1/丨2，其中，d為待測金屬罐口部外緣的直徑。
[0008]優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)器驅(qū)動所述相機繞相機中心軸往復旋轉(zhuǎn)的角度為90°。
[0009]進一步的，所述環(huán)形光源為的光源角度為0°?90°，所述環(huán)形光源的顏色為白色、紅色或藍色。
[0010]優(yōu)選的，所述環(huán)形光源為60度藍色LED環(huán)形光源。
[0011]進一步的，所述環(huán)形光源設有光源控制器，所述光源控制器用于調(diào)節(jié)所述環(huán)形光源的開關(guān)及亮度。
[0012]優(yōu)選的，所述位置傳感器為反射式光纖傳感器，所述定位機構(gòu)包括設于生產(chǎn)線兩側(cè)的定位架與氣缸，所述定位架在氣缸的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)以固定所述金屬罐。
[0013]本發(fā)明還提供了一種金屬罐的圖像采集方法，使用如上所述的金屬罐的圖像采集裝置采集待測金屬罐的圖像，當?shù)贜個金屬罐位于所述環(huán)形光源正下方時，所述相機拍攝圖像No，之后所述旋轉(zhuǎn)器驅(qū)動所述相機繞相機中心軸旋轉(zhuǎn)ka角度后，所述相機拍攝圖像Nk，其中，k=l，2，...η，η為設定的拍攝次數(shù)，a為設定的旋轉(zhuǎn)角度，直至拍攝圖像1后完成第N個金屬罐的圖像采集，然后重復上述步驟進行第N+1個金屬罐的圖像采集;采集相鄰兩個金屬罐的圖像時，所述相機的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[OOM]優(yōu)選的，所述設定的拍攝次數(shù)n=2，相機旋轉(zhuǎn)角度a=90°。
[0015]本發(fā)明的金屬罐的圖像采集裝置，采用罐內(nèi)互補圖像采集法，通過旋轉(zhuǎn)相機，在不同角度的視場下采集若干張金屬罐的圖像。采用這種方式，在相機的視場不能完全覆蓋待測罐體的情形下，可以通過多次采集及后期處理得到待測罐體的完整圖像，既保證了采集的圖像背景光源一致，便于后期合成處理，又能使產(chǎn)品的缺陷部分在不同的角度下凸顯出來，從而解決了產(chǎn)品因材質(zhì)或形狀等在圖像采集中出現(xiàn)的“目標特征清晰視場不足”或“視場足夠而目標特征不夠明顯”問題，降低了機器視覺檢測技術(shù)中的漏檢率，提高了產(chǎn)品檢測精度。
[0016]作為優(yōu)選方案，本發(fā)明的圖像采集裝置中相機的鏡頭使用了魚眼鏡頭。采用魚眼鏡頭，一是其視角范圍大，視場廣闊，二是變形厲害，透視匯聚感強烈，能夠突出待測區(qū)域的缺陷特征。同時，本發(fā)明的裝置中其光源為一定角度的環(huán)形LED光源，顏色為白色、紅色或者藍色，具體參數(shù)可以根據(jù)金屬罐體的參數(shù)進行調(diào)整。優(yōu)選的，光源采用60°的藍色LED環(huán)形光源，使金屬罐體待測區(qū)域的缺陷特征能夠清晰的反應出來，便于拍攝處理。
[0017]當待測金屬罐的尺寸固定時，可以通過選擇相機鏡頭的參數(shù)使之視場區(qū)域為長寬分別為a、b的矩形，且滿足a2d2b2dAT2，其中，d為待測金屬罐口部外緣的直徑。如此，可以減小相機鏡頭選取的難度，從而降低整個裝置的成本。同時，采用這種技術(shù)方案，可使相機在拍攝一次圖像后，旋轉(zhuǎn)90°再進行一次拍攝，即可覆蓋整個待測區(qū)域，采集到互補的圖像，既提高了拍攝效率，又簡化了后期處理難度，且缺陷識別率高。
[0018]本發(fā)明的金屬罐的圖像采集方法，使用上述的金屬罐的圖像采集裝置采集待測金屬罐的圖像，缺陷識別率高，且僅需一個工位一臺相機，安裝簡便，適合復雜的工藝生產(chǎn)環(huán)境，具有良好的實用性和經(jīng)濟性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的一個實施例中圖像采集單元和控制單元的結(jié)構(gòu)簡圖；
圖2為圖1中圖像采集單元的圖像采集區(qū)域示意圖；
圖3為本發(fā)明的一個實施例中定位單元的示意圖；
附圖標記說明:1_控制器;2-旋轉(zhuǎn)器，3-相機，4-環(huán)形光源，5-罐體;6-圖像區(qū)域，7-氣缸，8-定位架，9-位置傳感器，I O-傳送帶。
【具體實施方式】
[0020]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0021]在本發(fā)明的一個實施例中，一種設在生產(chǎn)線上的金屬罐的圖像采集裝置，包括圖像采集單元、控制單元及定位單元。
[0022]如圖1所示，圖像采集單元包括支架(圖中略去支架)和安裝在支架上的相機3和環(huán)形光源4，其中，相機3和環(huán)形光源4同軸設置，光源位于相機下方。支架上設有調(diào)節(jié)機構(gòu)，可以調(diào)節(jié)相機和/或光源與待測金屬罐之間的距離?？刂茊卧刂破鱅和旋轉(zhuǎn)器2，旋轉(zhuǎn)器2和相機3連接，用于驅(qū)動相機3繞其中心軸往復旋轉(zhuǎn)，控制器I用于控制旋轉(zhuǎn)器2的動作。
[0023]作為優(yōu)選方案，相機3為工業(yè)面掃描相機，其鏡頭為工業(yè)魚眼鏡頭。特別的，本實施例中，選取視場角為130度的工業(yè)魚眼鏡頭，從而可得到較大的視場。同時，魚眼鏡頭變形厲害，透視匯聚感強烈，能夠突出待測區(qū)域的缺陷特征，便于檢測。
[0024]作為優(yōu)選方案，環(huán)形光源4的光源角度為0°?90°，顏色為白色、紅色或藍色。特別的，本實施例中，環(huán)形光源4為60度藍色LED環(huán)形光源。采用這種光源，能夠使金屬罐上的缺陷特征突出的顯示出來，便于采集。另外，環(huán)形光源4還設有光源控制器，用于調(diào)節(jié)光源的開或關(guān)及亮度。
[0025]如圖3所示，定位單元包括位置傳感器9及定位機構(gòu)。位置傳感器9為反射式光纖傳感器，用于檢測金屬罐在傳送帶10上的位置。定位機構(gòu)包括汽缸7和定位架8，用于固定金屬罐以完成圖像采集。
[0026]如圖2所示，當待測金屬罐的尺寸固定時，可以通過選擇相機4鏡頭的參數(shù)，使其視場區(qū)域6的長寬a、b滿足a >d>b> ?/f 2，其中，d為待測金屬罐口部外緣的直徑。如此，一來可以減小相機鏡頭選取的難度，不用選取視場區(qū)域能夠覆蓋整個待測金屬罐的鏡頭，從而降低整個裝置的成本。
[0027]另一方面，采用這種技術(shù)方案，相機在拍攝一次圖像后，旋轉(zhuǎn)若干角度再進行幾次拍攝，即可覆蓋整個待測區(qū)域，提高了拍攝效率。同時，由于采集同一個金屬罐的圖像時背景光源恒定，且采集到的是互補的圖像，從而簡化了后期處理難度，且缺陷識別率高。
[0028]特別的，本實施例中，視場區(qū)域6經(jīng)旋轉(zhuǎn)90度后，兩次拍攝的圖像即可覆蓋整個金屬罐的待測區(qū)域，僅需一個工位一臺相機即可完成圖像采集，節(jié)約了產(chǎn)線空間和裝置成本。
[0029]采用上述的圖像采集裝置采集金屬罐的圖像時，相機3、環(huán)形光源4及金屬罐5同軸，環(huán)形光源4在金屬罐5正上方一定距離，相機3、環(huán)形光源4及金屬罐5間的距離均可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)。環(huán)形光源4發(fā)出的光線經(jīng)罐體內(nèi)壁反射后進入相機鏡頭。
[0030]金屬罐5在生產(chǎn)線傳送帶10上勻速行駛，當位置傳感器9探測到金屬罐5時氣缸7驅(qū)動定位架8關(guān)閉，金屬罐5定位。同時，相機4進行第一次圖像采集;之后，相機4旋轉(zhuǎn)90度后進行第二次圖像采集，然后定位架8打開，金屬罐5繼續(xù)前行。當位置傳感器9探測到下一個金屬罐時定位架8再次關(guān)閉，相機重復上述采集過程。
[0031]采用上述方法，金屬罐缺陷識別率高，且僅需一個工位一臺相機，安裝簡便，適合復雜的工藝生產(chǎn)環(huán)境，具有良好的實用性和經(jīng)濟性。
[0032]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種金屬罐的圖像采集裝置，設于金屬罐生產(chǎn)線上，包括圖像采集單元、控制單元及定位單元，其特征在于: 所述圖像采集單元包括支架及設于支架上的相機和光源，所述相機和光源同軸設置，所述光源為環(huán)形光源，設于所述相機下方；所述支架上設有調(diào)節(jié)機構(gòu)，用于調(diào)節(jié)所述相機和/或光源與待測金屬罐之間的距離； 所述控制單元包括控制器和旋轉(zhuǎn)器，所述旋轉(zhuǎn)器和所述相機連接，用于驅(qū)動所述相機繞相機中心軸往復旋轉(zhuǎn)，所述控制器用于控制所述旋轉(zhuǎn)器的動作； 所述定位單元包括位置傳感器及定位機構(gòu)，所述位置傳感器用于檢測金屬罐在生產(chǎn)線上的位置，所述定位機構(gòu)用于固定所述金屬罐以完成圖像采集。2.如權(quán)利要求1所述的金屬罐的圖像采集裝置，其特征在于:所述相機的鏡頭為魚眼鏡頭。3.如權(quán)利要求2所述的金屬罐的圖像采集裝置，其特征在于:所述相機采集的圖像區(qū)域為矩形區(qū)域，所述矩形區(qū)域的長和寬分別為a、b，且滿足a >d>b> dAT2，其中，d為待測金屬罐口部外緣的直徑。4.如權(quán)利要求3所述的金屬罐的圖像采集裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)器驅(qū)動所述相機繞相機中心軸往復旋轉(zhuǎn)的角度為90°。5.如權(quán)利要求1所述的金屬罐的圖像采集裝置，其特征在于:所述環(huán)形光源為的光源角度為0°?90°，所述環(huán)形光源為的顏色為白色、紅色或藍色。6.如權(quán)利要求5所述的金屬罐的圖像采集裝置，其特征在于:所述環(huán)形光源為60度藍色LED環(huán)形光源。7.如權(quán)利要求5所述的金屬罐的圖像采集裝置，其特征在于:所述環(huán)形光源設有光源控制器，所述光源控制器用于調(diào)節(jié)所述環(huán)形光源的開關(guān)及亮度。8.如權(quán)利要求1-7任一項所述的金屬罐的圖像采集裝置，其特征在于:所述位置傳感器為反射式光纖傳感器，所述定位機構(gòu)包括設于生產(chǎn)線兩側(cè)的定位架與氣缸，所述定位架在氣缸的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)以固定所述金屬罐。9.一種金屬罐的圖像采集方法，使用如權(quán)利要求1-7任一項中所述的金屬罐的圖像采集裝置采集待測金屬罐的圖像，其特征在于:當?shù)贜個金屬罐位于所述環(huán)形光源正下方時，所述相機拍攝圖像No，之后所述旋轉(zhuǎn)器驅(qū)動所述相機繞相機中心軸旋轉(zhuǎn)ka角度后，所述相機拍攝圖像Nk，其中，k=l，2，...η，η為設定的拍攝次數(shù)，a為設定的旋轉(zhuǎn)角度，直至拍攝圖像1后完成第N個金屬罐的圖像采集，然后重復上述步驟進行第N+1個金屬罐的圖像采集;采集相鄰兩個金屬罐的圖像時，所述相機的旋轉(zhuǎn)方向相反。10.如權(quán)利要求8所述的金屬罐的圖像采集方法，其特征在于:所述設定的拍攝次數(shù)η=.2，相機旋轉(zhuǎn)角度α=90°。
【文檔編號】G01N21/892GK105938110SQ201610137701
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月11日
【發(fā)明人】徐瓊, 陳靜, 鄭博宇
【申請人】杭州利珀科技有限公司