CN101750422A - 一种玻璃缺陷的在线自动检测装置 - Google Patents

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金永
陈友兴
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Abstract

本发明涉及一种玻璃缺陷的在线自动检测装置。光源采用位于光源箱内的两根平行且具有一定间隔放置的白色CCFL直管荧光灯，置于待检测玻璃下方，与玻璃行进方向垂直。线阵CCD摄像机垂直安装在玻璃上方，其扫描线与两根灯管之间的中心线重合。控制柜内放置一台插有PCI数提处理单元的工控机，数据处理单元与CCD摄像机相连，实时判断CCD摄像机输出的数据信号，丢弃无缺陷数据，存储缺陷数据，工控机定时读取存储器内的缺陷数据，判断缺陷信号的类型、位置和大小，实时显示并输出报表。本发明能够实时在线自动检测玻璃生产过程中产生的气泡、划伤、锡点和夹杂等缺陷，并准确判断缺陷的位置、类型和大小。

Description

一种玻璃缺陷的在线自动检测装置
技术领域：
本发明属于工业检测技术领域，具体涉及一种玻璃缺陷的在线自动检测装置。
背景技术：
在玻璃生产过程中不可避免地产生划伤、气泡和夹杂等缺陷。如何自动在线检测玻璃的缺陷是玻璃生产企业进行生产过程质量控制和产品质量检验急待解决的问题。
如果依靠工人通过眼睛来识别玻璃中的缺陷，易产生漏检、误检。而当前用于检测玻璃缺陷的设备大多是进口的，如美国图像自动化设备公司开发的新型平板玻璃自动检测系统，其基本原理是用光扫描方式利用激光对玻璃表面进行扫描用检测器检测透射光或反射光的光强变化来检测玻璃缺陷；德国INNOMESS公司的玻璃缺陷检测系统，基本原理是采用光干涉技术通过观察莫尔条纹的变化来判别缺陷。虽然这些国外的设备具有较高的测量精度，但其设备制作工艺较复杂，检修及维护困难，且价格昂贵，使得很多小玻璃生产商无力承担高昂的费用，导致由于检测仪器设备的缺乏影响玻璃生产的质量。
在国内由上海交通大学研制的玻璃缺陷的光学检测装置，其原理是利用激光从玻璃厚度侧面入射，使玻璃中的缺陷成为散射体，通过摄像机采集图像，由图像处理的方法判断缺陷，但是该装置由于采用激光从玻璃厚度侧面入射，因此无法实现玻璃缺陷的在线检测。华中科技大学研制的基于机器视觉的浮法玻璃缺陷在线检测装置，其原理是利用发光二极管阵列作为光源，由CCD摄像机采集透射光强变化图像判断缺陷，该装置由于光源采用发光二极管阵列，处理系统采用客户端/服务器模式，且需实时处理大量的图像数据，使得设备成本大大增加，价格相对较高，难以满足中小型玻璃生产企业的要求。
因此，对国内大多数玻璃生产商来说开发方法简单、精度高价格低廉的检测仪器设备已经成为种迫切需求。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种低成本的玻璃缺陷的在线自动检测装置，该装置能够在玻璃生产过程中实时采集、处理和存储玻璃缺陷数据，准确检测、判断和定位玻璃缺陷的类型和大小。
本发明提供一种玻璃缺陷的在线自动检测装置，其特征在于：光源为位于光源箱底部的两根白色CCFL直型荧光灯管，两根灯管等间隔平行放置。光源箱为密闭结构，顶部采用高透光率玻璃密封，光源箱位于待检测玻璃下方，与玻璃行进方向垂直。
摄像机为长焦镜头的高速线阵CCD摄像机，放置待检测玻璃上方，摄像机焦点位于待检测玻璃表面，扫描线与两根灯管间中心线重合。
控制柜内放置一台插有PCI数据处理单元的工控机，数据处理单元与CCD摄像机相连，用于控制CCD摄像机采集速度和实时处理CCD摄像机输出信号。
数据处理单元将CCD摄像机的输出信号根据设定阈值进行三值化处理，将无缺陷的数据丢弃，而将存在缺陷的数据通过行程编码压缩后存储于数据处理单元的存储器内。工控机定时读取存储器内的缺陷数据，识别缺陷类型并判断缺陷大小，存储、显示缺陷，并生成数据报表。
测速传感器安装在辊子一侧，与数据处理单元相连，将辊子的转速转换为玻璃的行进速度，提供给工控机。
根据待检测玻璃的宽度和检测精度的需求，通过增加摄像机和数据处理单元的方法达到检测要求。
本发明能够实时在线自动检测玻璃生产过程中产生的气泡、划伤、锡点和夹杂等缺陷，并准确判断缺陷的位置、类型和大小。本发明具有以下特点：
(1)本发明装置采用透射式的密闭照明系统，采用高亮度的双CCFL直管荧光灯，能够有效防止外部环境干扰，增强了玻璃缺陷的特征，大大提高了信噪比，保证了系统对细微缺陷特征的检测精度。
(2)CCFL直管荧光灯的价格低廉，寿命长，稳定性高，确保了系统能够长期稳定的工作。
(3)本发明采用硬件处理电路对采集信号进行三值化处理，将缺陷数据压缩处理后存储在高速存储器中，丢弃无缺陷数据，减少了硬件电路和计算机处理的数据量，大大降低了装置的开发成本。
(4)本发明能够准确检测出玻璃生产过程中出现的缺陷，并且能够根据缺陷信号的特征准确判断出缺陷的类型、位置和大小。
(5)本发明提供在线数据分析功能，提供生产过程中的历史缺陷数据，以指导生产，且根据待检测玻璃的宽度和精度，通过拼接光源箱，灵活增加摄像机和数据处理单元的数量，实现易扩展的特性。
附图说明：
图1为玻璃缺陷的在线自动检测装置结构示意图；
图2为玻璃缺陷的在线自动检测装置结构透视图；
图3为双CCFL直管荧光灯横截面光强分布图；
图4为摄像机采集的气泡缺陷中心线上的光强信号幅值分布图；
图5为重建的三值化缺陷灰度图像；
图5中，(5a)重建的划伤缺陷灰度图像，(5b)重建的气泡缺陷灰度图像，(5c)重建的夹杂缺陷灰度图像；
具体实现方式：
本发明装置采用工控机和高速CCD摄像机，设计了特有的透射式的双CCFL直管荧光灯的照明系统，开发了针对缺陷特征的专用的硬件处理电路，实现了玻璃缺陷的在线自动检测装置。结合附图和实例对本发明的详细说明如下：
如图1，2所示，本发明装置的光源箱(2)位于待检测玻璃(3)下方，与玻璃行进方向垂直，光源箱(2)为密闭结构，顶部采用高透光率玻璃密封。光源为位于光源箱底部的两根白色CCFL直型荧光灯管(1)，两根灯管等间隔平行放置，光源横截面的光强分布如图3所示，线阵CCD摄像机(4)的扫描线位于两光强峰值间的最低点，扫描线两侧不断增强的光照射到缺陷的边沿，使得缺陷的边沿折射或反射增大，提高了缺陷信号的特征，保证了系统对微小缺陷的检测能力。
摄像机(4)为长焦镜头的高速线阵CCD摄像机，放置待检测玻璃(3)上方，摄像机(4)的扫描线与两根灯管间中心线重合。
控制柜(5)内放置一台插有数据处理单元(6)的工控机(7)，数据处理单元(6)与CCD摄像机(4)相连，用于控制CCD摄像机(4)采集速度和实时处理CCD摄像机(4)输出信号。数据处理单元(6)将CCD摄像机(4)的输出信号由上、下两个阈值进行三值化处理，以气泡缺陷中心线的光强幅度信号为例，如图4所示，信号幅值介于两个阈值之间的数据丢弃，而将高于上阈值和低于下阈值的数据进行行程编码压缩，即仅保存行坐标、列坐标、量化值和长度值，并存储于数据处理单元(6)的存储器中。工控机(7)定时读取存储器中的缺陷数据，重建具有缺陷特征的图像，如图5所示，(5a)重建的划伤缺陷灰度图像，(5b)重建的气泡缺陷灰度图像，(5c)重建的夹杂缺陷灰度图像。工控机(7)识别缺陷特征并判断缺陷的类型和大小，将缺陷的类型、位置和大小实时显示到屏幕上，并存储在缺陷数据库中，根据需要生成数据报表。
测速传感器(8)安装在辊子(9)一侧，与数据处理单元相连，将辊子(9)的转速转换为玻璃(3)的行进速度，提供给工控机(7)，工控机(7)根据玻璃(3)的行进速度自动控制CCD摄像机(4)的采集速度。
本发明装置的工作过程如下：
(1)开启光源，启动工控机，设定数据处理单元的阈值，输入检测精度和数据处理单元个数，检测各设备工作是否正常，根据玻璃行进的速度设置数据处理单元的采集速度，发送检测命令；
(2)每个数据处理单元单独处理各自的CCD摄像机的输出信号，根据设定阈值判断是否存在缺陷，将缺陷数据通过行程编码压缩后存储在高速存储器中；
(3)工控机定时从各个数据处理单元的存储器中读取缺陷数据，重建缺陷图像，分析判断缺陷的类型、位置和大小，显示到屏幕上，并存储到缺陷数据库中，生成数据报表。
应用实例：
工控机的配置为主频3.6G的CPU，1G的内存。摄像机为0.7um×0.7um的5000像元的线阵CCD摄像机。数据处理单元为自行开发的基于FPGA的PCI总线处理单元。数据处理单元和摄像机个数为4个，检测分辨率为0.1mm。实现的技术指标如下：
(1)检测速度：0-500mm/S；
(2)检测玻璃厚度：3-25mm；
(3)检测板宽：2400mm；
(4)缺陷漏检、误检率：＜1％；
(5)检测最小缺陷：行进方向0.1mm，板宽方向0.1mm；

Claims (1)

1.一种玻璃缺陷的在线自动检测装置，其特征在于：
光源为位于光源箱底部的两根白色CCFL直型荧光灯管(1)，两根灯管(1)等间隔平行放置，光源箱(2)为密闭结构，顶部采用高透光率玻璃密封，光源箱位于待检测玻璃(3)下方，与玻璃(3)行进方向垂直；
摄像机(4)为长焦镜头的高速线阵CCD摄像机，放置待检测玻璃(3)上方，摄像机(4)的扫描线与两根灯管间中心线重合；
控制柜(5)内放置一台插有PCI总线的数据处理单元(6)的工控机(7)，数据处理单元(6)与CCD摄像机(4)相连，用于控制CCD摄像机(4)的采集速度和实时处理CCD摄像机(4)的输出信号；
数据处理单元(6)将CCD摄像机(4)的输出信号进行三值化处理，丢弃无缺陷数据，而将缺陷数据采用行程编码压缩后存储于数据处理单元(6)的存储器内，工控机(7)定时读取数据存储器内的缺陷数据，识别缺陷类型并判断缺陷大小，存储、显示缺陷，并生成数据报表；
测速传感器(8)安装在辊子(9)一侧，与数据处理卡(6)相连，将辊子(9)的转速转换为玻璃的行进速度，提供给工控机(7)；
根据待检测玻璃的宽度和检测精度的需求，通过拼接光源箱(2)，增加摄像机(4)和数据处理单元(6)数量的方法达到检测要求。
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