CN102944561B - 一种矩阵式小器件的外观检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矩阵式小器件的外观检测方法及装置，其装置包括运动平台和工业相机，以及由F-Theta透镜、带反射镜片的振镜电机和聚焦镜组成的放大扫描组件；F-Theta透镜固定安装在运动平台的正上方；振镜电机、聚焦镜和工业相机设置在一个水平面上，按照从前到后的顺序依次排列；振镜电机固定安装在F-Theta透镜的上方，其反射镜片设于F-Theta透镜中心线的正上方并与水平面间呈可变换角度的倾角；反射镜片的中心、聚焦镜的中心与工业相机的中心在一条直线上。依次通过提取图像、放大摄像及检测工序实现对矩阵式小器件中每个元件的检测。检测速度快，准确率高，装置成本低，非常适合工业应用。

Description

一种矩阵式小器件的外观检测方法及装置

技术领域

本发明涉及外观检测技术，具体是涉及一种矩阵式小器件的外观检测方法及装置。

背景技术

目前在工业生产过程中，生产的器件越来越小型化，这样生产出的产品，在印刷标识或型号等信息时很容易产生印刷位置的偏移，或者在制造过程中导致产品外观有缺陷，生产商为了防止外观有缺陷的不良品流出工厂，必须成立产品外观检测部门，来专门检测外观有缺陷的不良品。目前检测小型工件外观的缺陷的手段有通过人工目测和相机视频检测两种方案。

人工目测对于工厂生产量小，产品尺寸大于10毫米的工件是一种有效和经济的解决方案，但是对于每天生产超过成千上万件产品的工厂，随着每日生产的产品越多需要的检测工人就越多，这样导致生产成本和管理成本的大幅提升。

相机视频检测对于自动化生产量大，任意产品尺寸都是比较可靠和经济的方案。一般都是通过伺服或直线电机移动待测工件到相机位置，等待震动稳定后进行抓拍比对。如果一个70x70mm大小的矩形工件上有35列70行的2x1毫米大小的矩形工件。目前的相机视频检测方案有如下几种：

1）采用观察区域为大于2x2毫米，分辨率为1024x 768的相机来显示每个工件，通过xy的运动平台来使相机移动到每个工件上面，每次抓取一个工件的图像。这个方案的优点是精度高，达到每个像素0.0019-0.0026毫米的精度。缺点是定位时间太长，效率太慢，平均每个工件定位时间需要300-1000ms。如果一台设备一天24小时生产1000片这样的工件，一个有1000x35x70=2450000个小工件，检测这些小工件需要204小时，也就是说一台矩形小器件的生产设备需要大约9台检测设备来配套才能满足生产要求，这对于生产厂家来说是个巨大的负担。

2）采用观察区域为大于70毫米，分辨率为2048的线阵相机来显示每个工件，通过运动平台来使相机移动到每列工件上面,每次抓取一列工件的图像，通过软件来分割出每个工件的图像。这个方案的优点是速度快。缺点是精度太低，只能做到每个像素0.03毫米的精度，如果相机采用分辨率为4096的线阵相机才只能达到每个像素0.015毫米的精度，如果再采用更高分辨率的线阵相机成本就太高。

因此目前国内生产厂家这样的情况一般都是人工目测来检测，通过一台设备配十多个工人来人工检测，这样的结果是效率极低，出错率很高而且成本也高。

3）采用观察区域为大于70毫米，分辨率为8192以上的面阵相机来显示整个工件，为了使整个区域的图像清晰还必须使用专用的高质量的镜头。这样的技术方案一次就可以抓取整个工件的图像，速度也比较快，精度能达到每个像素0.0075毫米的精度，但是缺点是相机和镜头非常昂贵，而且图像成像对照明的要求很高实际应用非常不现实。

发明内容

本发明的目的是提供一种准确度高、检测效率高的矩阵式小器件的外观检测方法。

本发明的另一目的是提供一种应用上述方法进行检测的矩阵式小器件的外观检测装置。

为达上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种矩阵式小器件的外观检测方法，通过透镜扫描放大矩阵式小器件的图像后再进行拍摄检测，包括：

提取图像工序，用F-Theta透镜提取并一次放大待检测工件的图像；

放大摄像工序，通过振镜电机的反射镜片将待检测工件的图像传输到聚焦镜内进行二次放大后，再传送到工业相机的传感器中进行摄像；

检测工序，对比拍摄的工件图像进行规定的外观检测。

本发明还可通过以下方案进一步实现：

所述的矩阵式小器件的外观检测方法，其中，所述F-Theta透镜按列提取图像，每次提取一列矩阵式小器件中的一个工件图像。

所述的矩阵式小器件的外观检测方法，其中，所述矩阵式小器件安装在一直线运动平台内，通过直线运动平台将矩阵式小器件的第一列移动至F-Theta透镜的正下方，然后转动振镜电机的角度依次提取第一列中的每一个工件进行检测，检测完第一列后，再移动夹料运动平台依次进行下列工件的检测直至完成。

所述的矩阵式小器件的外观检测方法，其中，所述的检测工序是通过图像处理软件对比每个小工件的图像来检测工件外观是否存在缺陷。

一种矩阵式小器件的外观检测的装置，包括运动平台和工业相机，其还包括由F-Theta透镜、带反射镜片的振镜电机以及聚焦镜组成的放大扫描组件；F-Theta透镜固定安装在运动平台的正上方；振镜电机、聚焦镜和工业相机设置在一个水平面上，按照从前到后的顺序依次排列；振镜电机固定安装在F-Theta透镜的上方，其反射镜片设于F-Theta透镜中心线的正上方并与水平面间呈可变换角度的倾角；反射镜片的中心、聚焦镜的中心与工业相机的中心在一条直线上。

所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其中，所述工业相机连接一图像处理部，图像处理部将工业相机传感器中获取的放大后的图像，参照规定的合格与否判断标准进行对比，判断出检测的小器件外观是否合格。

所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其中，所述运动平台安装在一侧向带有直线电机的直线滑台上，直线电机带动运动平台沿直线滑台直线前进。

所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其中，所述的直线滑台固定安装在一固定在地面的机台上；滑台的侧上方安装有固定放大扫描组件和工业相机的安装支架。

所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其中，所述的工业相机的像素大于等于100万。

具体使用时，用户可把需要检测的矩阵式小器件放在夹料运动平台上面（可以手动放置，也可以自动放置）。通过直线电机的运动把工件移动到F-Theta透镜的下方，使待检测矩阵式小器件的第1列工件中心与F-Theta透镜的中心对齐，通过振镜电机的反射镜片的反射，可以把矩阵式小器件当前列的所有工件的图像一个接一个的传输到工业相机的传感器里面，传输的图像依次经过F-Theta透镜和聚焦镜两组镜片放大后，可以使观测到的图像放大10-50倍。这样可以通过图像处理软件对比每一个小工件的图像来检测工件外观是否有缺陷。等检测完当前这一列工件后，直线电机把夹料运动平台向前再移动，把下一列移动到F-Theta透镜的中心下面继续检测下一列，这样循环检测把所有列检查完毕。

由于采用了以上技术方案，本发明的矩阵式小器件的外观检测方法及装置通过带有反射镜片的振镜电机来改变光线的方向，从而将每一列中的每一个工件均传输到工业相机的传感器上。由于振镜电机的定位速度高达70000mm/s。从而实现了每个工件的定位时间小于10ms，大大提高了工作效率。且通过F-Theta透镜和聚焦镜相结合，实现两次放大，从而将小工件的图像放大10-50倍，有效提高了检测的精度，检测精度高，出错率低。

本发明由于采用了由F-Theta透镜、带反射镜片的振镜电机以及聚焦镜组成的放大扫描组件，从而无需使用分辨率太高的工业相机即可进行有效地外观检测，相机的像素在百万左右即可实现清晰有效的检测，成本较低。

附图说明

图1为本发明矩阵式小器件的外观检测装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1所示，一种矩阵式小器件的外观检测装置，包括运动平台5，由F-Theta透镜4、带反射镜片的振镜电机3以及聚焦镜2组成的放大扫描组件和工业相机1。运动平台5滑动安装在一侧面带有直线电机的直线滑台上，直线滑台固定安装在一固定在地面上的机台上。机台上还固定安装有一安装放大扫描组件和工业相机的支架。支架固定在直线滑台的侧方。支架为由一横板和一竖板组成的类T型结构，横板位于滑台的正上方，其上开设正对着滑台的安装孔，竖板位于横板上部的部分也开设有安装孔，竖板上的安装孔与横板安装孔的中心位于一个垂直面上。F-Theta透镜4固定安装在横板的安装孔内。振镜电机3、聚焦镜2和工业相机1设置在一个水平面上，按照从前到后的顺序依次排列。振镜电机3固定安装在横板上，位于F-Theta透镜4的上方，其反射镜片设于F-Theta透镜4中心线的正上方并与水平面间呈角度可调的倾角；聚焦镜2固定安装在竖板安装孔上，设于横板的上方，工业相机固定安装在竖板的背面。反射镜片的中心、聚焦镜2的中心与工业相机2的中心在一条直线上。

进一步的，工业相机1可连接一图像处理部，图像处理部将工业相机传感器中获取的放大后的图像，参照规定的合格与否判断标准进行对比，判断出检测的小器件外观是否合格。

本发明的工业相机、聚焦镜、振镜电机及F-Theta透镜均可采用现有市售产品。如工业相机可采用任一种百万像素左右的工业相机，最佳采用微式MVC1000相机，分辨率1024x768。聚焦镜2可采用南京波长公司生产的聚焦镜，其工作波长为640nm，焦距为250mm。振镜电机3可采用金橙子科技生产的GO28或CTI公司的6230振镜电机。F-Theta透镜4可采用南京波长公司生产的工作波长为1064nm，扫描范围为100mm的F-Theta透镜。

实施例2

一种矩阵式小器件的外观检测方法，通过多组透镜扫描放大矩阵式小器件的图像后再进行拍摄检测，包括：

提取图像工序，用F-Theta透镜提取并一次放大待检测工件的图像；

放大摄像工序，通过振镜电机的反射镜片将待检测工件的图像传输到聚焦镜内进行二次放大后，再传送到工业相机的传感器中进行摄像；

检测工序，对比拍摄的工件图像进行规定的外观检测。

具体使用时，F-Theta透镜按列提取图像，每次提取一列矩阵式小器件中的一个工件图像。矩阵式小器件可安装在实施例1中所述的运动平台5内，通过直线电机6将运动平台5内的矩阵式小器件的第一列沿着滑台移动至F-Theta透镜的正下方，然后转动振镜电机3的角度依次提取第一列中的每一个工件进行检测，检测完第一列后，再移动夹料运动平台依次进行下列工件的检测直至完成。

检测工序中最佳是通过一图像处理软件对比每个小工件的图像来检测工件外观是否存在缺陷。该图像处理软件可采用MIL或者SAPERA图像处理软件。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例做出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种矩阵式小器件的外观检测装置，包括运动平台和工业相机，其特征在于：

还包括由F-Theta透镜、带反射镜片的振镜电机以及聚焦镜组成的放大扫描组件；F-Theta透镜固定安装在运动平台的正上方；振镜电机、聚焦镜和工业相机设置在一个水平面上，按照从前到后的顺序依次排列；振镜电机固定安装在F-Theta透镜的上方，其反射镜片设于F-Theta透镜中心线的正上方并与水平面间呈可变换角度的倾角；反射镜片的中心、聚焦镜的中心与工业相机的中心在一条直线上。

2.根据权利要求1所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其特征在于：

所述工业相机连接一图像处理部，图像处理部将工业相机传感器中获取的放大后的图像，参照规定的合格与否判断标准进行对比，判断出检测的小器件外观是否合格。

3.根据权利要求1所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其特征在于：

所述运动平台安装在一侧向带有直线电机的直线滑台上，直线电机带动运动平台沿直线滑台直线前进。

4.根据权利要求3所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其特征在于：

所述的直线滑台固定安装在一固定在地面的机台上；滑台的侧上方安装有固定放大扫描组件和工业相机的安装支架。

5.根据权利要求1-3中任一所述的矩阵式小器件的外观检测装置，其特征在于：

所述的工业相机的像素大于等于100万。

6.一种矩阵式小器件的外观检测方法，采用权利要求1所述的矩阵式小器件的外观检测装置进行检测，通过透镜扫描放大矩阵式小器件的图像后再进行拍摄检测，其特征在于：

提取图像工序，用F-Theta透镜提取并一次放大待检测工件的图像；

放大摄像工序，通过振镜电机的反射镜片将待检测工件的图像传输到聚焦镜内进行二次放大后，再传送到工业相机的传感器中进行摄像；

检测工序，对比拍摄的工件图像进行规定的外观检测。

7.根据权利要求6所述的矩阵式小器件的外观检测方法，其特征在于：

所述F-Theta透镜按列提取图像，每次提取一列矩阵式小器件中的一个工件图像。

8.根据权利要求7所述的矩阵式小器件的外观检测方法，其特征在于：

所述矩阵式小器件安装在一直线运动平台内，通过直线运动平台将矩阵式小器件的第一列移动至F-Theta透镜的正下方，然后转动振镜电机的角度依次提取第一列中的每一个工件进行检测，检测完第一列后，再移动夹料运动平台依次进行下列工件的检测直至完成。

9.根据权利要求6-8中任一所述的矩阵式小器件的外观检测方法，其特征在于：

所述的检测工序是通过图像处理软件对比每个小工件的图像来检测工件外观是否存在缺陷。