本发明涉及电容缺陷检测，尤其涉及一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统及方法。
背景技术：
1、日常生活中常见的电容形状以圆柱形为主，但目前缺乏对圆柱形电容缺陷检测的系统以及方法，并且市面上大多数电容检测工作还是人工检测。其存在检测效率低、检测精度差、成本高等诸多缺点，在现代制造业中显得尤为不足。圆柱形电容生产中往往存在对多种缺陷类型的高准确率、高效率的自动化检测需求。随着生产力的不断发展，自动化缺陷检测需求不断增加。人工检测无法满足现代电容制造业对缺陷高效率、高准确率的检测需求。因此有必要提出一种简单高效并且对环境具有鲁棒性的机器视觉检测方法和自动化检测系统满足现代化缺陷检测需要。
2、公告号为“cn217688627u”，名称为“一种电容器套管表面缺陷检测装置”的实用新型专利，公开了一种电容器套管表面缺陷检测装置。包括底座、支撑板、输送组件、安装柱、放置板、挤压杆、固定柱、t形转杆、连接杆、滑杆、弧形夹板、圆柱块、扭力弹簧、固定齿轮、齿条。通过挤压杆实现弧形夹板对电容器套管的松开、夹紧功能，通过固定齿轮和齿条的啮合实现电容器套管的自转运动，实现摄像头对自转电容器套管的检测。该专利在使用过程中，由于缺少自适应调整装置，无法满足不同尺寸电容器套管的检测需求。同时缺少电容器套管的自动上料机构，使得工人需要在检测装置运行过程中不断地放置电容器套管，增加了人力成本、降低检测效率以及低一致性导致的检测效果不稳定。
3、公布号为“cn116148257a”，名称为“一种电解电容器外观缺陷检测装置”的发明专利，公开了一种电解电容器外观缺陷检测装置。包括但不限于导向槽、导向杆、导向块、螺套一、螺杆一、圆柱杆和手持盘，调整工作台上两个安装板之间的距离，以满足检测不同尺寸电解电容器的需求。该专利在使用过程中，虽然能根据电解电容器大小，进行结构调整，但是同样该装置没有上料机构，无法实现缺陷的自动化检测。该装置能对唯一的摄像头进行移动并可以实现摄像头角度的倾斜，虽增加了单摄像头的检测范围，但是对于电解电容器的顶部和底部无法进行质量良好的拍摄，降低缺陷检测质量。
4、公布号为“cn115311275a”，名称为“一种电子元器件表面缺陷检测方法及系统”的发明专利，提出了一种电子元器件表面缺陷检测方法及系统。根据圆环边缘圆率进行初始筛选，依据圆环整体曲率差异程度筛选异常边缘点得到初始翘边区间。做其边缘轮廓上的边缘点到圆心连线，根据每条连线上梯度最大的像素点的密集程度，对该像素点进行连线得到起翘区域面积，通过面积占比，得到元件的起翘程度，完成检测。该方法只针对一种缺陷进行检测且需进行大量的曲率计算，计算量大，耗时长并不适用于工业生产中实时的缺陷检测，无法满足自动化缺陷检测需求。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中现有装置没有上料机构，无法实现缺陷的自动化检测，且检测方式较为单一，仅能检测圆柱形电容一种缺陷类型的问题。本发明提出了一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统。通过自动化检测系统和机器视觉检测方法实现对圆柱形电容多种缺陷的自动检测，例如电容圆周面的瘪壳、鼓包、划痕、杂质、气泡缺陷，端面的弯针、短边、凸底、封口偏极、封口裂纹缺陷。弥补人工检测的诸多缺陷，实现自动化检测并具备高的检测精度和检测效率以及良好的环境鲁棒性，满足现代化缺陷检测需求。
2、本发明是通过以下技术方案实现的：包括检测平台框架以及设置在检测平台框架内部的检测平台底座，还包括设置在检测平台底座上的输送机构、分别设置在输送机构输送方向首端的上料机构和末端的下料机构，输送机构的上部中间位置设有与其垂直的旋转机构，采集装置设置在输送机构上，还包括plc控制器和机器视觉检测单元；所述上料机构、输送机构、旋转机构、采集装置、下料机构、机器视觉检测单元分别与plc控制器连接；
3、所述上料机构包括一端与检测平台底座连接的支撑座一，所述支撑座一另一端连接有朝向输送机构倾斜设置的电容箱体，所述电容箱体靠近输送机构一端还设置有升降挡板，升降挡板与竖向设置的电动推杆的输出端固定连接，电动推杆的固定端与检测平台底座固定连接；
4、所述输送机构由步进电机、联轴器、齿轮轴、链条、电容放置座和支撑座二组成；步进电机设置在输送机构靠近上料机构一侧，通过联轴器连接齿轮轴，链条套设在齿轮轴上，所述链条上固定连接有若干个表面开设有u型槽的电容放置座，支撑座二设置在链条、齿轮轴与检测平台底座之间；
5、所述旋转机构包括竖向设置且输出端朝上的伺服电机，伺服电机输出端固定连接有齿轮一，滚珠丝杠竖向设置，且滚珠丝杠上固定连接有齿轮二，齿轮二与齿轮一啮合，滚珠丝杠上的滑块与气动装置连接，气动装置上设置有两块伸缩板，两个小型电机分别与两块伸缩板连接；
6、所述下料机构包括水平设置且伸缩杆朝向输送机构的电缸，还包括正对输送机构设置的收纳装置一以及与收纳装置一平行设置，且设置在远离电缸位置的收纳装置二；
7、所述采集装置包括设置在旋转机构与上料机构之间的第一拍照装置、设置在旋转机构上方的第二拍照装置以及设置在旋转机构和下料机构之间、且分别设置在输送机构两侧的第三拍照装置和第四拍照装置；所述第三拍照装置靠近上料机构，所述第一拍照装置和第二拍照装置正对旋转机构上的待检测圆柱形电容圆周面拍摄，第三拍照装置正对输送机构上的待检测圆柱形电容前端面拍摄，第四拍照装置正对输送机构上的待检测圆柱形电容底面拍摄。
8、进一步的，所述第一拍照装置包括3d线扫激光相机和相机调节装置一，第二拍照装置包括黑白相机一和相机调节装置二，第一拍照装置、第二拍照装置共用一个光源一、一个光源调节装置一，所述第三拍照装置包括黑白相机三、相机调节装置三、光源二和光源调节装置二，第四拍照装置包括黑白相机四、相机调节装置四、光源三和光源调节装置三。
9、进一步的，所述光源一、光源二和光源三均为条形光源，光源调节装置一、光源调节装置二和光源调节装置三与检测平台框架连接；相机调节装置一、相机调节装置三、相机调节装置四与输送机构连接，相机调节装置二与检测平台框架连接。
10、进一步的，所述采集装置设有三个采集位置，分别为第一拍照装置和第二拍照装置所拍摄的第一采集位置、第三拍照装置拍摄的第二采集位置以及第四拍照装置拍摄的第三采集位置。
11、进一步的，所述电容箱体内部沿输送机构输送方向还设置有两块调节板和若干调节螺栓，所述两块调节板分别与圆柱形电容两个端面接触；所述小型电机输出端还设置有夹紧环，所述电缸伸缩杆前部设置有保护环。
12、本发明还设计了一种适用于本发明所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统的检测方法，包括如下步骤：
13、s1、上料机构将待检测圆柱形电容放入输送机构，输送机构将待检测圆柱形电容送至旋转机构；
14、s2、当待检测圆柱形电容到达旋转机构时，所述上料机构阻挡后续待检测圆柱形电容下落至输送机构；输送机构停止运行；旋转机构带动待检测圆柱形电容旋转；第一、第二拍照装置分别对待检测圆柱形电容的圆周面进行图像采集，将采集的图像发送给机器视觉检测单元，机器视觉检测单元基于第一拍照装置拍摄的图像得到瘪壳a1和鼓包a2的检测结果、基于第二拍照装置拍摄的图像得到弯针b1、划痕b2、杂质b3以及气泡b4的检测结果；
15、s3、旋转机构将待检测圆柱形电容放入输送机构，输送机构开始运行，上料机构中后续待检测圆柱形电容下落至输送机构；
16、s4、当待检测圆柱形电容到达第三拍照装置时，输送机构停止运行；上料机构阻挡后续待检测圆柱形电容下落至输送机构；第三拍照装置对待检测圆柱形电容的前端面进行图像采集，并发送给机器视觉检测单元，机器视觉检测单元基于第三拍照装置拍摄的图像得到封口偏极c1、封口裂纹c2以及短边c3的检测结果；输送机构开始运行，上料机构中后续待检测圆柱形电容下落至输送机构；
17、s5、当待检测圆柱形电容到达第四拍照装置时，输送机构停止运行；上料机构阻挡后续待检测圆柱形电容下落至输送机构；第四拍照装置对待检测圆柱形电容的底面进行图像采集，并发送给机器视觉检测单元，机器视觉检测单元基于第四拍照装置拍摄的图像得到封口裂纹c2、短边c3以及凸底d1的检测结果；输送机构开始运行，上料机构中后续待检测圆柱形电容下落至输送机构；
18、s6、将步骤s2、s4、s5的检测结果发送给plc控制器，plc控制器再根据是否存在缺陷的检测结果将信号发送给下料机构，对检测完成的圆柱形电容进行分类；
19、s7、循环步骤s1至s6对若干待检测圆柱形电容进行缺陷检测。
20、进一步的，所述步骤s4还包括以下步骤：
21、s41、黑白相机二，获取待检测圆柱形电容的前端面图像，从所述的前端面图像中选取并截取一张待检测圆柱形电容的电极区域，作为模板m图像，并设定模板m图像中一点为节点，将前端面图像和模板m图像发送至机器视觉检测单元，对前端面图像和模板m图像进行预处理得到预处理后的前端面图像和模板m图像；
22、s42、对预处理后的前端面图像进行圆检测，得到待检测圆柱形电容的前端面外形轮廓c1，画出c1外接矩形并裁剪，得到最佳模板匹配区域；对预处理后的模板m图像求平均灰度，以此为参数进行电极图像自适应二值化，开、闭运算后进行图像填充，得到预处理后的模板m图像的最大外轮廓；
23、s43、预处理后的模板m图像的最大外轮廓在最佳模板匹配区域上进行全角度穷尽旋转模板匹配，匹配图像以1°的步长，遍历360°；采用基于灰度的ncc模板匹配算法将预处理后的模板m图像的最大外轮廓在不同姿态的最佳模板匹配区域上的每个位置进行相似度计算，通过非极大值抑制得到两个最佳模板匹配结果；
24、s44、根据两个最佳模板匹配结果，以及模板m图像上的节点，得到两个极点p2的位置，对预处理后的前端面图像进行霍夫直线和圆检测，得到封口上两条定位线和封口圆c2，绘制封口上的两条定位线和c1相交，两条定位线和c1有四个交点p1，两条定位线交于一点p1，依据五个交点p1绘制两个三角形，所述的两个三角形以两条定位线的交点p1为顶点，以c1上靠近的两个交点p1为另外两个点；判断极点p2是否都位于三角形区域内，若均位于三角形区域里面，则无封口偏极c1缺陷，反之有封口偏极c1缺陷；
25、s45、对最佳模板匹配区域进行canny边缘检测，检测最佳模板匹配区域中的边缘，通过膨胀操作连接断裂的边缘线条；针对c1与c2之间的图像轮廓，去除两条定位线，对剩下的轮廓计算长度，取最大值，若最长轮廓l1的长度大于封口裂纹c2阈值长度，则存在封口裂纹c2缺陷，反之无封口裂纹c2缺陷；
26、s46、计算c1和c2之间的面积，若在阈值内，则无短边c3缺陷，反之存在短边c3缺陷。
27、进一步的，所述步骤s2还包括以下步骤：
28、s21、第一拍照装置对待检测圆柱形电容的圆周面进行图像采集；
29、s211、3d线扫激光相机沿着圆周方向均匀采集n张数据，每360°/n采集一张数据，得到若干张待检测圆柱形电容的圆周面图像一，将所述圆周面图像一发送至机器视觉检测单元并预处理，得到若干张预处理后的圆周面图像一；
30、s212、对每一张预处理后的圆周面图像一，都进行霍夫直线检测，得到该张预处理后的圆周面图像一的圆周面基线，边缘检测每一张预处理后的圆周面图像一的图像轮廓，接着以该张的圆周面基线斜率画出该张的图像轮廓的外接矩形，对每一张的圆周面基线和图像轮廓的外接矩形进行对比；
31、s213、当有外接矩形的长边位于圆周面基线之下时，若外接矩形的长边和圆周面基线之间的距离a1大于瘪壳a1设定阈值时，则瘪壳a1缺陷存在，反之瘪壳a1缺陷不存在；
32、s214、当有外接矩形的长边位于圆周面基线之上时，若外接矩形的长边和圆周面基线之间的距离a2大于鼓包a2设定阈值时，则鼓包a2缺陷存在，反之鼓包a2缺陷不存在；
33、s22、第二拍照装置对待检测圆柱形电容的圆周面进行图像采集，
34、s221、黑白相机一沿着圆周方向均匀采集n1张数据，每360°/n1采集一张数据，得到若干张待检测圆柱形电容的圆周面图像二，将圆周面图像二发送至机器视觉检测单元并预处理，得到若干张预处理后的圆周面图像二；
35、s222、对每一张预处理后的圆周面图像二，都进行霍夫直线检测，分别得到该张待检测圆柱形电容的引脚针b1、b2以及待检测圆柱形电容的长边b3和短边，，每一张所述待检测圆柱形电容的长边b3和短边围成一个矩形，霍夫直线检测还可以得到所述矩形内部的其他直线；对每一张预处理后的圆周面图像二进行边缘检测得到b3和短边围成的矩形内的封闭轮廓，对每一张预处理后的圆周面图像二都进行判断；
36、s223、若b1和b2同b3之间的角度都在设定的弯针b1阈值角度之内，则无弯针b1缺陷，否则该缺陷存在；
37、s224、若b3和短边围成的矩形内部检测的最长直线长度大于设定的划痕b2阈值，则存在划痕b2缺陷，否则该缺陷不存在；
38、s225、若b3和短边围成的矩形的封闭轮廓的面积大于设定的缺陷阈值，则存在杂质b3、气泡b4缺陷，否则该缺陷不存在。
39、进一步的，所述步骤s5还包括以下步骤：
40、s51、黑白相机三，获取待检测圆柱形电容的底面图像，将所述底面图像发送至机器视觉检测单元，并预处理，得到预处理后的底面图像；
41、s52、对预处理后的底面图像，进行霍夫圆检测，得到待检测圆柱形电容的底面外形轮廓c3，以及封口圆c4；
42、s53、对预处理后的底面图像进行canny边缘检测，检测预处理后的底面图像中的边缘，通过膨胀操作连接断裂的边缘线条，针对c3与c4之间的图像轮廓，去除两条定位线，对剩下的轮廓计算长度，取最大值，如轮廓最大值大于封口裂纹c2阈值长度，则存在封口裂纹c2缺陷，反之无封口裂纹c2缺陷；
43、s54、计算c3和c4之间面积在阈值之内，则无短边c3缺陷，反之存在短边c3缺陷；
44、s55、边缘检测c4内部图像轮廓，对内部的封闭轮廓进行计算，取最大值，若封闭轮廓面积最大值大于设定凸底d1阈值，则存在凸底d1缺陷，否则该缺陷不存在。
45、进一步的，所述步骤s43中采用基于灰度的ncc模板匹配算法，其计算公式如下：
46、
47、其中ncc(i,j)为相似度，i(i+x,j+y)是最佳模板匹配区域在位置(i+x,j+y)处的像素值，t(x,y)是预处理后的模板m图像的最大外轮廓在位置(x,y)处的像素值，μi(i,j)是最佳模板匹配区域在当前位置(i,j)及其周围区域的均值，μt是预处理后的模板m图像的最大外轮廓的均值；根据预处理后的模板m图像的最大外轮廓和最佳模板匹配区域之间的灰度差异，整体相似度结果取值在-1到1之间。
48、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
49、1.搭建自动化检测平台通过3d线扫激光相机、ccd工业相机将被摄取目标转换成图像信号，综合运用机器视觉检测方法，对这些信号进行各种运算来抽取去目标特征，进而根据判别结果控制设备动作，完成缺陷检测。采用视觉设备进行生产检测，顺应工业智造产业发展趋势，代替人工检测，实现圆柱形电容自动化检测。
50、2.自动化检测平台综合运用机器视觉的方法，克服人工检测的诸多缺点，具备高检测精度、高检测效率、高一致性、多类型检测能力、高环境鲁棒性等诸多优点。
51、3.在结构上，本发明具备参数阈值可调，以适应不同大小范围的能力。上料机构自动上料，实现自动化检测。数个摄像头全方位多层次对电容进行检测提升图像采集质量，具备高的检测精度。
52、4.在方法上，本发明具备检测多种缺陷的能力，针对具体缺陷采用高效的机器视觉方法例如霍夫检测、模板匹配、角度检测等，在保证精度的同时提高检测效率，满足电解电容自动化生产的自动化检测需求。
53、本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
1.一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统，包括检测平台框架(6)以及设置在检测平台框架(6)内部的检测平台底座(7)，其特征在于：还包括设置在检测平台底座(7)上的输送机构(2)、分别设置在输送机构(2)输送方向首端的上料机构(1)和末端的下料机构(5)，输送机构(2)的上部中间位置设有与其垂直的旋转机构(3)，采集装置(4)设置在输送机构(2)上，还包括plc控制器和机器视觉检测单元；所述上料机构(1)、输送机构(2)、旋转机构(3)、采集装置(4)、下料机构(5)、机器视觉检测单元分别与plc控制器连接；
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统，其特征在于：所述第一拍照装置(41)包括3d线扫激光相机和相机调节装置一，第二拍照装置(42)包括黑白相机一和相机调节装置二，第一拍照装置(41)、第二拍照装置(42)共用一个光源一、一个光源调节装置一，所述第三拍照装置(43)包括黑白相机三、相机调节装置三、光源二和光源调节装置二，第四拍照装置(44)包括黑白相机四、相机调节装置四、光源三和光源调节装置三。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统，其特征在于：所述光源一、光源二和光源三均为条形光源，光源调节装置一、光源调节装置二和光源调节装置三与检测平台框架(6)连接；相机调节装置一、相机调节装置三、相机调节装置四与输送机构(2)连接，相机调节装置二与检测平台框架(6)连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统，其特征在于：所述采集装置(4)设有三个采集位置，分别为第一拍照装置(41)和第二拍照装置(42)所拍摄的第一采集位置(01)、第三拍照装置(43)拍摄的第二采集位置(02)以及第四拍照装置(44)拍摄的第三采集位置(03)。
5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统，其特征在于：所述电容箱体(11)内部沿输送机构(2)输送方向还设置有两块调节板(13)和若干调节螺栓(12)，所述两块调节板(13)分别与圆柱形电容两个端面接触；所述小型电机(36)输出端还设置有夹紧环(35)，所述电缸(51)伸缩杆前部设置有保护环。
6.一种适用于权利要求4或5所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤s4还包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤s2还包括以下步骤：
9.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤s5还包括以下步骤：
10.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的圆柱形电容缺陷检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤s43中采用基于灰度的ncc模板匹配算法，其计算公式如下：
