CN101311667A - 外围检测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种检测物体两面或者多面的方法。该方法包含生成一系列被测物体两面或者多面的图像数据，例如利用球面镜环使得被测物体的所有表面都被反射成为单幅图像，并且生成该单幅图像的图像数据的X比Y的阵列。映射后的图像数据被补偿，例如利用检测程序识别映射后的图像数据来定位物体的表面缺陷，或者将图像数据从映射后的检测坐标转换为笛卡尔坐标。接下来对补偿后的图像数据执行检测程序，例如利用适用于映射后图像数据的最优化的检测程序，或者将映射后的图像数据转换为笛卡尔格式，并且适用笛卡尔图像数据检测程序。

Description

外围检测系统和方法
技术领域
本发明涉及对物体进行光学检测，以确定该物体是否符合制造规格的要求，特别是关于通过使用单组图像数据来对物体外表面进行的光学检测。
背景技术
众所周知，当前光学检测制造产品存在的缺点是会导致产品不可用。因为产品拥有多个表面，如螺钉或者其他产品拥有一个三维连续的外表面，检测中典型地需要获得多组图像数据。例如，这样的产品可能最初被导向到一个预先确定的位置，然后移动至另外的预先确定的位置。这需要生成多张该物体的图像。进一步，一旦物体到达新的方位，检测系统必须仍旧跟踪并识别物体。这个过程需要一个精确的计算机操作，而这在物体的生产和质量控制中将会是一个限制因素。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种检测物体的系统和方法，以克服现有检测物体的系统和方法所存在的缺陷。
特别地，所述的这种检测物体的系统和方法利用单组图像数据来捕获物体的2面或多面，如将物体整体外表面的图像数据映射到极坐标上。
根据本发明优选的具体实施方式，提供一种检测物体2面或多面的方法。该方法包括生成物体的2面或多面的单组图像数据，例如通过使用球面镜环，将物体所有表面映射到一幅单个图像中，并在该图像中生成X比Y阵列的图像数据。然后补偿图像数据的映射，也就是通过鉴别检测程序，在映射的图像数据中或者将图像数据由映射的检测坐标转换至笛卡儿坐标来查找物体的缺陷。然后依照补偿的图像数据执行预先确定的检测程序，也就是使得所用的检测程序最优化，最完善的，是通过使用映射的图像数据或者将映射的图像数据转换到笛卡儿形式，并使用笛卡儿图像数据的检测程序。
本发明提供许多重要的技术上的优点。本发明的一个重要的技术上的优点在于一个利用物体的单组图像进行检测的检测系统，其中通过使用球面镜或者锥形镜来呈现物体四周表面的图像，使得可以消除获取物体多组图像的必要。
通过以下结合附图的详细描述，上述技术特点结合本发明其他的重要方面将会更进一步的体现本发明的优点和出众的特征。
附图说明
图1为本发明的优选实施例中用于生成物体整体外表面的单组图像和进行检测的系统的示意图；
图2为本发明中进行物体外表面检测的系统的示意图；
图3为本发明优选实施例中检测中用于分析物体的单组极坐标映射的图像数据的系统的示意图；
图4为本发明优选实施例中处理外表面图像数据的方法的流程图；
图5A和5B是生成的图像数据组以演示本发明的优选实施例；
图6是本发明优选实施例中用于生成物体整体外表面和顶部的单个图像以及进行检测的系统的示意图；
图7是本发明优选实施例中用于生成一幅物体整体外表面和顶部的图像以及进行检测的系统的示意图；
图8是本发明优选实施例中通过使用锥形镜生成物体整体外表面和顶部的图像的系统示意图；
图9是本发明优选实施例中用于生成物体整体外表面和顶部的图像以及进行检测的系统的示意图；
图10A和图10B是生成的图像数据组，以演示本发明的优选实施例中生成物体整体外表面和顶部的单个图像并进行检测；
图11是本发明中显示利用表面的示意图。
具体实施方式
在以下的描述中，相同的部件在说明书和附图中始终被标注为相同的标号。附图不是同比例显示的，某些部件可由清晰简明工业名称在概括图或示意图中予以显示。
图1是本发明的优选实施例中用于产生物体整体外表面的单组图像和进行检测的系统100的示意图。系统100包含外围检测系统102，该系统可以由硬件、软件、或者适配的软硬件结合得以实现，且该系统可以是一个或多个在普通处理平台上运行的软件系统。
此处，所述的一个硬件系统包含一个离散部件的结合装置，一个集成电路，一个有特定用途的集成电路，一个域可编程门阵列，或者其他适配的硬件。所述的一个软件系统包含一个或多个目标程序，代理程序，线程，若干行代码，子程序，分离的软件应用程序，2行或多行的代码，或者其他在2个或多个软件应用程序中运行的相匹配的软件结构，或者2个或多个处理器，或者其他匹配的软件结构。在一个优选实施例中，一个软件系统包含在一个普通软件应用程序中运行的一行或多行代码，或者其他匹配的软件结构，例如一个操作系统，在特定软件应用程序中运行的一行或多行代码，或者其他匹配的软件结构。
外围检测系统102与照相机104相连接。此处所述的“连接”以及他的同类表述均包括一种物理连接(例如电线，光纤，或者一种电子通信介质)，一种虚拟连接(例如通过随机分配一个数据存贮装置的内存地址，或者一个超文本传输协议(HTTP)链接)，一种逻辑连接(例如通过一个集成电路中的一个或多个半导体装置)，或者其他匹配的连接。
照相机104在检测中生成物体外表面的图像数据。透镜106用来将由镜子108发出的亮光聚焦在照相机104的图像传感器的阵列上。镜子108是一个球面镜片，用来接收检测中由镜子110发出的物体外表面的图像数据。镜子110也是一个球面镜片，将检测中的物体外表面映射到镜子108上。环状发光体112或者其他相应的发光体照亮检测中的物体。
操作中，镜子108和镜子110的曲率是根据要检测的物体的高度调整的，而镜子108和被检测的物体之间的距离能保证提供给照相机104的一个要检测的物体外表面的单个的图像。例如，镜子110和镜子108的曲率半径是可以调整的，以致使当被检测物被适当的放置后，由镜子108和透镜106在照相机104生成的单个图像能显示被检测物的任意面。镜子108和镜子110的曲率半径以及适当的距离可以通过一般的光学原理加以计算。在本发明的一个优选实施例中，镜子108和110的曲率半径分别是13mm和31.3mm。镜子108和110的非球形面可降低图像失真。
在一个优选实施例中，系统110生成的图像数据是极坐标映射数据，其中，被检测物的外围顶部各点之间的距离小于被检测物的外围底部各点之间的距离。外围检测系统102接收被检测物的图像数据以及识别缺陷或者其他不规则处，例如通过补偿映射该物体的图像。在一个优选实施例中，补偿通过根据数组映射图像数据所知的缺陷的分析而进行的传统图像数据分析来完成(例如，生成像素亮度数据的柱状图)。同样，识别映射图像数据之预先形状可根据预先设定的被检测物及该物体映射图像数据之关联所得。在一个优选实施例中，补偿可包括图像数据由极坐标图像数据转换至一个不同的坐标形式，或转换至其他合适的形式。
图2为本发明中进行物体外表面检测的系统200的示意图。系统200在球面镜108处使用一个锥形镜204替代。
如前所述，照相机104生成透镜通过锥形镜204的图像数据。球面镜206拥有一个已知的曲率及半径保证被检测物的极映射图像是由反射于锥形镜204上的图像生成的、并生成为由104所检测的一组图像数据。镜子206的曲率半径以及锥形镜204的角度以及相互间合适的距离可由一般光学原理所得到。镜206的非球形面可用于降低图像失真。
操作中，照相机104生成一组单独的图像数据以供外围检测系统102分析，如消除了生成被检测物的多幅不同面的图像的必要。锥形镜204的角度和尺寸是根据球面镜206的尺寸而调整的，以保证被检测物的外围能生成一组单独的极映射图像数据。
图3为本发明优选实施例中检测中用于分析物体的单组极坐标映射的图像数据的系统300的示意图。系统300包括外围检测系统102，极检测系统302，笛卡儿映射及检测系统304，外围映射存储单元306，及缺陷通知系统308；上述所有系统均可以由硬件、软件、或者适配的软硬件结合得以实现，且该系统可以是一个或多个在普通处理平台上运行的软件系统。
极检测系统302接收包括被检测物圆周视图的极映射图像数据。如前所述，该图像数据为典型极映射格式，以致一组图像数据的中心项有物理分割，该项小于外围图像数据组的项。如此，极映射系统302生成一组图像数据用来识别缺陷或其他项，该缺陷或其他项要求操作者能获悉以致被检测物可丢弃或等待修理的缺陷或其他项。极检测系统302可用于识别预先确定的度，如柱状图或其他统计映射的像素亮度数据，直接存储单元程序如已知缺陷形状的目标映射，以屏蔽预先确定的非检测物之物体图像部分，索引图像数据特征，或者其他适当的图像检测程序。
笛卡尔映射及检测系统304接收极坐标形式的图像数据并将极坐标图像数据映射为笛卡尔坐标系统。在一个优选的实施例中，单个像素的位置和在该位置所生成的图像数据的关联可根据一个用于生成外围图像数据的镜子的尺寸的数学关系加以确定。以此方式，极映射图像数据可被映射为笛卡尔坐标系统以保证要求使用笛卡儿坐标数据的图像数据检测程序能被使用。
外围定位系统306接收极映射格式、笛卡儿格式、或其他匹配的格式的图像数据，并存储一项或多项外围标识符。在一个优选的实施例中，被检测物可有预先确定的被外围定位系统306所识别的标记或特征，以保证物体图像数据的检测能被索引。同样，外围定位系统306能使用其他匹配程序，例如识别固定被检测物的设备的外部索引特征，生成被检测物的图像数据的部分的柱状像素数据，存储文本，应用屏蔽，或其他合适的程序。在一个优选实施例中，外围定位系统306能在被检测物的外围定位不能确定时生成错误数据。
缺陷通知系统308从极检测系统302、笛卡儿映射及检测系统304，外围定位系统306，或其他匹配的系统接收检测数据，并生成缺陷通知数据。在一个优选实施例中，缺陷通知数据能使被检测物析取作进一步分析，例如手动检测，以确定被检测物是否能被修理，以确定物品是否必须丢弃，或者其他合适的目的。同样，缺陷通知系统308能产生控制数据以使检测物被匹配的机械系统丢弃，例如当被检测物为低成本部分及修理成本大于丢弃成本。同样，其他匹配的通知数据能有缺陷通知系统308生成。
操作中，系统300保证被检测物的外围图像数据可被分析。该外围图像数据是典型的极映射格式，可映射成笛卡尔系统用于检测或能在极坐标格式下被检测。被检测物的特征索引可被要求，系统300可执行操作者的通知，或者用以处理有潜在缺陷的部件而生成的其他控制数据。
图4是本发明优选实施例中处理外表面图像数据的方法400的流程图。方法400由步骤402，开始接收数据。在一个优选实施例中，图像数据可以是成像透镜106与从环绕镜中所接收的被检测物的外围图形数据的球面中心镜所生成的极映射数据。同样的，锥形镜是其他能使用的简单的镜子。该方法进行至步骤404。
在步骤404中，决定被检测物的笛卡儿映射是否执行。在一个优选实施例中，图像数据可以极映射格式生成，以致可进行笛卡儿坐标映射，以对图像数据执行检测程序。如果笛卡儿坐标映射不被执行，该方法至步骤410，其中图像数据被一个或多个极映射检测程序分析。在一个优选实施例中，柱状图或其他匹配的数据能用于分析检测图像生成的像素、有预先确定的特征的像素组的识别、映射文本或其他可使用的特征的侦测，或其他可应用的匹配的极映射图像数据检测方法。然后方法进行至412。
如果在步骤404中执行笛卡儿坐标映射，该方法至步骤406，其中，图像数据由极映射数据被转换至笛卡儿坐标数据。在一个优选的实施例中，被检测物和用于映射该被检测物的每一面成为单个图像的镜子之间的数学关联可以用来由极映射数据映射至笛卡儿坐标数据。其他匹配的程序也可以被代替使用。该方法然后进行至步骤408。
在步骤408，映射图像数据以使用一个或多个笛卡尔检测程序被分析。在一个优选的实施例中，图像数据可以使用柱状图分析，定位预先确定的图像数据中的特征或文字，根据图像数据中的特征索引图像数据，未被检测的处理域被分为块。
在步骤412，确定一个缺陷是否被定位。如果没有缺陷被定位，方法继续进行至步骤416，否则方法进行至步骤414，在该步骤414中生成通知数据。在一个优选实施例中，通知数据可包括通知操作者被检测物需要被检查损害程度的数据。同样，通知数据可包括匹配装置的控制数据以移动被检测物。同样，也可以生成其他相应的通知数据。该方法然后进行至步骤416。
在步骤416，下一步检测片是先运行的。在一个优选的实施例中，检测可以后台方式而进行，以致使下一检测块的先行发生于连续的程序中。同样，下一检测块可于完成对当前检测块时先行，例如当检测块当生成通知数据时被丢弃时。同样，其他匹配的程序能被使用。然后方法到418。
步骤418中，生成新的被检测物的图像数据。在一个优选实施例中，一个单独的照相机可以用来捕获一个拥有极坐标映射的映射外围图像。同样，其他匹配的程序可以被使用。该方法然后返回至步骤402。
在操作中，方法400保证包含检测物任意面的图像数据的一单组图像数据被分析。在一个优选的实施例中，镜子可用于生成检测物任意面的映射的极坐标视图，以使生成的图像数据于单一点被获取以降低需生成图像数据组的数量。同样，其他匹配的程序可以被使用。
图5A和5B是生成的图像数据组以演示本发明的优选实施例。图像数据组500A显示了圆柱的一个侧面视图，在该圆柱的侧面上被刻录下文字“Microview tech”。图像数据组500B显示了一个圆柱的圆周侧面图像。图像数据组500B由图1所显示系统捕获。由图5A所示，在图像数据生成装置上出现的平面侧面视图中，仅字母“Microv”是可辨别的。相反的，图5B显示了全部的短语“Microview tech”，虽然在一个映射极坐标系统中，在图像“顶端”的字母间的距离要比在图像“底端”的字母间的距离更靠近。进一步可以观察到，字母“Microv”相应的少于由圆柱外围提供的信息的50％，以致于最少必须捕获圆柱的3个侧面图像，来获得圆柱的全部外表面信息。
进一步，注意到侧面图像上的字母“Microv”是本身映射到圆柱上的，以致于圆柱侧面上的字母间距离是小于直接面对图像数据生成装置上的字母间距离。如此，即使多组侧面图像数据被使用，其仍可能需要将数据由圆柱映射平面转换至笛卡儿坐标平面，或者当图像数据组因为映射到圆柱上而产生的不可接收的变形时，采用大量的多组侧面图像数据以致图像数据组可被屏蔽。如此，本发明保证供分析用的单组图像数据提供比侧面视图更大的被检测物外围环，降低必须生成的和分析的图像数据组数量，以此增加系统的检测速度。
图6是本发明优选实施例中用于生成物体整体外表面和顶部的单个图像以及进行检测的系统600的示意图。系统600包括有中心孔以保证被检测物顶部也能被映射的球形部分镜的镜602。
图7是本发明优选实施例中用于生成一幅物体整体外表面和顶部的图像以及进行检测的系统700的示意图。除了一球面环镜704，系统700使用一透镜702以聚焦被检测物顶部。透镜702可同时被使用以生成匹配的物体顶部图像放大。
图8是本发明优选实施例中通过使用锥形镜生成物体整体外表面和顶部的图像的系统800示意图。系统800使用有中心开孔以保证被检测物顶能被映射的锥形镜802。
图9是本发明优选实施例中用于生成物体整体外表面和顶部的图像以及进行检测的系统900的示意图。除了一锥形环镜902之外，系统900使用额外的透镜904以聚焦被检测物顶部。透镜904可同时被使用以生成匹配的物体顶部图像放大。
图10A和图10B是生成的图像数据组1000A和1000B，以演示本发明的优选实施例中生成物体整体外表面和顶部的单个图像并进行检测。图像数据组1000B显示了圆柱侧面的圆周图像和中心顶部图像，例如可使用系统700或者其他匹配的系统来生成。除了图5A和5B的侧面标记，图10A和10B还包括被检测物顶面的标记。如图10A所示，这些标记进一步需要一个如该检测物其他面的顶部所形成的图像。由此，取得一个如图10B所示的单组图像数据进一步降低应检测物体所必须生成的图像数据数量。
图11是本发明中显示利用表面的示意图。
优选尺寸
本发明的优选实施例中的尺寸显示在表1中：
  表面   半径mm   厚度mm   直径mm   Schott镜   备注
  1   无穷大   1.00   60   BK7   覆盖玻璃
  2   无穷大   24.00   60   -
  3   -31.3   -20.00   60   Mirror镜子(*)   Dmax＝60；Dmin＝32
  4   -13.0   84.67   18   Mirror镜子(**)
  5(停止)   -   32.52   2.5   -   等轴(***)；F＝25mm
  6   图像
表1
备注：
(*)：外部圆周镜，具有圆形孔：
最大直径Dmax＝60mm；最小直径Dmin＝32mm；
(**)：内部球面镜
(***)：等轴透镜(F＝25mm)被运用，该等轴透镜也可以被焦距为25mm，孔径值F/#N＝8至16的实物镜透镜所代替；
本发明提供的另一种典型实施例中的尺寸显示在表2中，该实施例如图11所示，包含一个物体的圆柱体直径范围从5mm至10mm。
  表面   半径mm   厚度mm   直径mm   Schott镜 备注
  1   无穷大   1.00   60   BK7 覆盖玻璃
  2   无穷大   24.00   60   -
  3   -31.3   -20.00   60   镜子(*) Dmax＝60；Dmin＝32
  4   -13.0   84.67   18   镜子(**)
  5(停止)   22.80   4.20   2.5   BK7 (***)
  6   -8.40   1.50   3   SF5
  7   -18.06   32.00   3
  8   图像
表2
备注：
(*)：外部圆周镜，具有圆形孔：
Dmax＝60mm；Dmin＝32mm；
(**)：内部球面镜
(***)：成像透镜(F＝25mm)是成对的(表面5，6和7)；
巴塞尔AG公司生产的A102f型照相机或者其他适用的照相机可以被用来生成图像数据。
本发明提供的另外一个典型实施例中的尺寸如表3所示，该实施例包含物体的柱体直径是22mm。
  表面   半径mm   厚度mm   直径mm   Schott镜 备注
  1   无穷大   3.00   120   B270 覆盖玻璃
  2   无穷大   42.00   120   -
  3   -60.00   31.3   114.6   镜子(*) Dmax＝114.6；Dmin＝66
  4   -31.00   183.08   44   镜子(**)
  5(停止)   22.80   4.20   2.5   BK7 (***)
  6   -8.40   1.50   3   SF5
  7   -18.06   32.00   3
  8   图像
表3
备注：
(*)：外部圆周镜，具有圆形孔：Dmax＝114.6mm；Dmin＝66mm；
(**)：内部球面镜
(***)：成像透镜(F＝25mm)是成对的(表面5，6和7)
本发明提供的另外的使用一个锥形镜的实施例中的尺寸如表4所示，该实施例包含一个物体的柱体直径为22mm。
  表面   半径mm   厚度mm   直径mm   Schott镜 备注
  1   无穷大   3.00   96.0   B270 覆盖玻璃
  2   无穷大   42.00   96.0   -
  3   -48.14   31.3   94.6   镜子(*) Dmax＝94.6；Dmin＝66
  4   -1E-19   183.08   30.0   镜子(**) 锥面顶角96°36’
  5(停止)   22.80   4.20   2.5   BK7 (***)
  6   -8.40   1.50   3.0   SF5
  7   -18.06   30.27   3.0
  8   图像
表4
备注：
(*)：外部圆周镜，具有圆形孔：
Dmax＝94.6mm；Dmin＝66mm；
(**)：成像透镜(F＝25mm)是成对的(表面5，6和7)
(***)：锥面的顶角为96°36’；
标准表面的z坐标由下式给出：
z = cr 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 r 2
其中：
c＝1/R是曲率(半径R的倒数)
r是透镜组的半径
K是圆锥常数
对于双曲线来说，圆锥常数小于-1，对于抛物线来说，圆锥常数等于-1，对于椭圆，圆锥常数在-1和0之间，对于圆，圆锥常数等于0，对于扁椭圆，圆锥常数大于0，对于圆锥表面，圆锥常数小于0且半径0＜|R|＜＜1。
虽然本发明的系统和方法的典型实施例被详细地描述，但本领域内的技术人员仍然将会意识到各种在没有背离权利要求的精神和范围的基础上而对本系统和方法做出的替代和修改。

Claims (13)

1.一种检测物体两面或者多面的方法，包含：
生成一组检测物体两面或者多面的图像数据；
对图像数据的映射进行补偿；并且
对补偿后的图像数据执行预先确定的检测程序。
2.如权利要求1所述的检测物体两面或者多面的方法，其特征在于，生成一组检测物体两面或者多面的图像数据的步骤包含：
将物体放置在第一球面镜环下；并且
从该第一球面镜环接收图像数据，该环形球面镜环绕整个物体。
3.如权利要求1所述的检测物体两面或者多面的方法，其特征在于，对图像数据的映射进行补偿的步骤包含，将图像数据从检测坐标格式转换为笛卡尔坐标格式。
4.如权利要求1所述的检测物体两面或者多面的方法，其特征在于，对补偿后的图像数据执行预定的检测程序的步骤包含，利用检测程序使得生成在检测坐标格式下的数据得到最优化。
5.一种检测物体两面或者多面的系统，包含：
两个或者多个镜，和一个或多个透镜，从而生成一个显示物体两面或者多面的图像；
一个图像数据生成系统，生成物体两面或者多面的图像数据；和
一个映射图像数据检测系统，对物体两面或者多面的图像映射进行补偿，并且分析补偿后的数据，以确定物体是否存在缺陷。
6.如权利要求5所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的两个或者多个镜包含：
位于被测物体和图像数据生成系统之间的第一球面镜环；和
位于第二球面镜和图像数据生成系统之间的一个或者多个透镜。
7.如权利要求5所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的两个或者多个镜包含：
一个位于被测物体和透镜之间的锥形镜环；和
一个球面镜环，其环绕着锥形镜环和被测物体。
8.如权利要求5所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的映射图像数据检测系统包含极坐标检测系统，用来接收被测物体映射后的极坐标图像数据，并且对映射后的极坐标图像数据执行一个或者多个检测程序。
9.如权利要求5所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的映射图像数据检测系统包含笛卡尔映射和检测系统，用来接收物体映射后的极坐标图像数据，将映射后的极坐标图像数据转换为笛卡尔坐标数据，并且对笛卡尔坐标下的数据执行一个或者多个检测程序。
10.如权利要求5所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的映射图像数据检测系统包含外表定位系统，接收物体映射后的极坐标图像数据，并且识别物体外表上的预定特征。
11.如权利要求5所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的两个或者多个镜包含：
位于被测物体和图像数据生成系统之间的第一平面镜环；
环绕着第一平面镜环和物体的第二平面镜环；以及
位于被测物体和图像数据生成系统之间的透镜。
12.如权利要求6所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的第一球面镜环具有一个通孔，通过该通孔检测该物体。
13.如权利要求7所述的检测物体两面或者多面的系统，其特征在于，所述的锥形镜环具有一个通孔，通过该通孔检测该物体。
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