CN102818538A - 基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统 - Google Patents

基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统 Download PDF

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Abstract

基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，包括加工舱、控制系统和辊道传送机构，检测机构设置在加工舱入口的上方，检测机构包括带有激光器的相机和壳体，激光器发出的光束照射在滑辊之间的空档面上，相机的物焦面与光束照射面相对应，相机的信号输出端连接于控制系统，玻璃通过检测区域时，激光照射在玻璃面上，玻璃对线结构激光进行调制，形成明暗分布、运动方向错位或者激光线扭曲的激光调制图像，相机将捕捉到的玻璃信息参数传输给控制系统。该系统中的检测机构采用一体化设计，结构紧凑，方便安装在加工舱入口处的上方，与其他加工装置配套适应强，而且检测过程中对光的入射角度和检测面的角度无特殊要求，而且测量得出的数据精确度较高。

Description

基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统
技术领域
本发明涉及一种用于玻璃几何参数的检测系统，具体涉及一种基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统。
背景技术
目前，玻璃行业逐渐采用光源结合相机对玻璃的综合几何参数进行测量以达到在生产过程中实施监控的目的，例如，已公开专利：用于监控安全玻璃生产和控制加工过程的方法和设备，该方法及设备利用高强度光源照射在被测玻璃表面，相机在通过接受反射的光强度信号来分析相关的数据，该方法中所具有的缺点是：其一、相机接收到的是镜面反射光，也就是说相机最终得到的是光强度信号，根据此信号所分析的数据与玻璃实际的信息存在较大误差；其二、该设备使用过程中易受到外界自然光的和背景色彩的影响，这将导致测量的数据不精确；其三、在使用过程中对光的入射角度和检测面的角度有特殊要求，当设置角度存在偏差时，测量所得到的数据也存在较大误差。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，该装置对光的入射角度和检测面的角度无特殊要求，而且测量得出的信息参数精确度较高。 
本发明所采用的技术方案为：基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，包括对玻璃进行加工处理的加工舱、设置在加工舱两侧的上片台和下片台、用于控制加工舱工作过程的控制系统，在上片台和下片台上分别设有辊道传送机构，辊道传送机构上设有多个滑辊，通过滑辊的转动带动被检测玻璃在上片台和下片台上移动，检测机构通过支撑架设置在加工舱入口的上方， 
所述检测机构包括一个带有激光器的相机和壳体，带有激光器的相机封装在壳体内，还设有一用于定时启动相机的相机控制装置，相机控制装置的信号输出端与相机连接，该相机控制装置用于定时启动相机扫描被测区域的图像，所述的激光器发出的激光波长为650纳米，激光器发出的光束照射在两个滑辊之间的空档面上，相机的物焦面与激光器发出的光束照射面相对应，相机的信号输出端连接于控制系统，玻璃通过检测区域时，线结构激光照射在玻璃面上，玻璃的内、外部轮廓、玻璃的边缘、玻璃上的油墨图案、玻璃的厚度和玻璃的表面弯曲度的变化对线结构激光进行调制，形成明暗分布、运动方向错位或者激光线扭曲的激光调制图像，相机对激光调制图像进行捕捉，并将玻璃外形轮廓、内部结构轮廓、表面波形度、弯曲度、厚度和油墨分布信息参数传输给控制系统。
所述检测机构的壳体内壁上设置有隔热层，在壳体上还设有换热风扇。
所述的检测机构通过支撑架固定设置在加工舱入口处的上方。
所述的相机控制装置设置在辊道传送机构上，为一旋转角度计数传感器，旋转角度计数传感器根据滑辊上表面玻璃移动速度来定时启动相机。
所述的支撑架为龙门架，该龙门架通过滑动导轨设置在上片台上，滑动导轨所在的平面与辊道传送机构所在的传送平面相平行，龙门架沿滑动导轨的方向上进行移动，玻璃在进入加工舱之前，所述龙门架接收到控制系统指令进行沿滑动导轨的方向上移动，同时启动所述检测机构，对玻璃外形轮廓、内部结构轮廓、表面波形度、弯曲度、厚度和油墨分布信息等信息进行扫描、采集。
所述的相机控制装置为一速度传感器，该速度传感器根据龙门架的移动速度来定时启动相机，龙门架在移动过程中控制系统控制上片台上的玻璃停止运动。
   所述的相机控制装置为一速度传感器，该速度传感器根据龙门架的移动和辊道上玻璃移动的相对速度关系来定时启动相机，龙门架的移动方向与上片台上被检测玻璃的移动方向相向或同向。
所述的检测机构中的相机为面阵列高速CMOS相机。
所述的激光器发出的激光为单线结构光、多线结构光或者网格状结构光的任意一种。
所述的下片台的上方还设有用于检测钢化后玻璃表面信息的检测机构，检测机构将采集到的信息传输至控制系统。
由于采用上述技术方案，本发明创造具备如下有益效果：
其一、该系统中的检测机构采用一体化设计，结构紧凑，方便安装在加工舱入口处的上方，与其他加工装置配套安装适应强，而且在检测过程中对光的入射角度和检测面的角度无特殊要求，而且测量得出的数据精确度较高，同时背景光线不会影响到测量精度。
其二、通过该系统测量负载信息时，激光器发出的光束照射在辊道传送机构中滑辊之间的空档处，相机的物焦面在辊道传送机构中滑辊的表面高度处，相机的信号输出端连接于控制系统，当玻璃通过检测区域时，线性激光照射在玻璃表面，玻璃内、外部轮廓边缘、印刷在玻璃表面油墨的图案、参考面板与玻璃产品的垂直距离差异、表面弯曲对线结构激光进行调制形成明暗分布、运动方向错位、激光线扭曲的激光调制图像，相机接收到玻璃表面产生形态变化后的像，从而获取玻璃外形轮廓、内部结构轮廓、表面波形度、弯曲度、厚度、油墨分布等信息参数，相比以往的测量装置依靠光强度信号分析负载信息精度上要提高很多。
其三、采用波长为650纳米的线结构激光时，同时将激光器发出的光束和相机位于被测物体的同一侧，使得该检测机构可完全忽略背景光线的影响，测量效果达到最佳，同时测量精度也得到提高。
其四、还设有用于定时启动相机的相机控制装置，相机控制装置的信号输出端与相机连接，该相机控制装置根据辊道传送机构的运行速度定时启动相机或按照设定的时刻启动相机扫描被测区域的图像，使玻璃传送的速度或龙门架移动速度和相机采集频率匹配，玻璃或相机或者玻璃和相机每相对移动一个检测区域的距离相机采集一次，保证无遗漏区域，检测准确度更高。
其五、将带有检测机构的龙门架通过滑动导轨设置在辊道传送机构的固定架上，也就是说龙门架移动的平面与辊道传送机构所在的传送平面相平行，当玻璃在传送平面上时，龙门架在滑动导轨上运动，同时位于龙门架的检测机构启动检测，该结构形式与其他加工装置配套安装适应更强。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的主视图。
图2是本发明第一种实施方式的俯视图。
图3为本发明第二种实施方式的结构示意图。
图4为本发明第三种实施方式的结构示意图。
图5为本发明第四种实施方式的结构示意图。
附图标记：1、待检测产品，2、加工舱，201、加工舱入口，3、上片台，4、下片台，5、辊道传送机构，6、检测机构，601、激光器，602、相机，7、支撑架，8、旋转角度计数传感器。 
具体实施方式
如图1和图2所示，基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，包括对玻璃进行加工处理的加工舱2、设置在加工舱2两侧的上片台3和下片台4、用于控制加工舱工作过程的控制系统，在上片台3和下片台4上分别设有辊道传送机构5，辊道传送机构5上设有多个滑辊，通过滑辊的转动带动被检测玻璃在上片台3和下片台4上移动，检测机构6通过支撑架7设置在加工舱入口201的上方； 
所述检测机构6包括一个带有激光器601的相机602和壳体，带有激光器601的相机602封装在壳体内，还设有一用于定时启动相机的相机控制装置，相机控制装置的信号输出端与相机602连接，该相机控制装置用于定时启动相机扫描被测区域的图像，所述的激光器601采用偏红光，优先采用波长为650纳米的激光，激光器601发出的光束照射在两个滑辊之间的空档面上，相机602的物焦面与激光器发出的光束照射面相对应，相机602的信号输出端连接于控制系统，当没有玻璃通过时，图像中无可用信息；当玻璃通过检测区域时，线性激光照射在玻璃表面，玻璃内、外部轮廓边缘、印刷在玻璃表面油墨的图案、参考面板与玻璃产品的垂直距离差异、表面弯曲对线结构激光进行调制形成明暗分布、运动方向错位、激光线扭曲的激光调制图像，相机接收到玻璃表面产生形态变化后的像，从而获取玻璃外形轮廓、内部结构轮廓、表面波形度、弯曲度、厚度、油墨分布等信息参数，并将该参数传输给控制系统，控制系统利用上述所获得的信息参数，通过多参数模糊匹配方法对玻璃型号进行识别，进而用于玻璃生产、加工设备的参数智能控制；为保证光束照射的位置在相机成像范围，光轴与相机成像轴具有夹角，该装置为暗场成像，背景在相机中基本无成像，因此背景光线不会影响到测量精度。
所述的检测机构6通过支撑架7设置在加工舱入口201处的上方，如图3和图4所示，所述支撑架7具有两种优选的实施方式，其一、支撑架固定不动，并设置在加工舱入口处，此时，所述的相机控制装置可以选择为设置在辊道传送机构中的旋转角度计数传感器8，旋转角度计数传感器8根据其计算出的滑辊线速度来定时启动相机，设置该传感器的目的是用于控制玻璃传送的速度和相机采集频率匹配，玻璃每行走一个检测区域的距离相机采集一次，保证无遗漏区域，提高检测准确度；其二、所述的支撑架可采用移动式，此时支撑架的结构做适应性变化，可选择龙门架结构，该龙门架通过滑动导轨设置在上片台3上，滑动导轨所在的平面与辊道传送机构5所在的传送平面相平行，龙门架沿滑动导轨的方向上移动，也就是说龙门架移动的平面与辊道传送机构4所在的传送平面相平行，此结构具有两种检测方式；第一种，被检测玻璃保持不动，带有检测机构的龙门架移动，此时，所述的相机控制装置可以选择速度传感器，该速度传感器根据龙门架的移动速度来定时启动相机602，保证无遗漏区域；第二种；此时玻璃和检测机构具有两种运动状态，玻璃和检测机构相向而行或者同向而行，带有检测机构的龙门架与被检测玻璃两者之间具有相对移动速度，此时，所述的相机控制装置仍可以选择速度传感器，该速度传感器根据龙门架的移动和辊道上玻璃移动的相对速度关系来定时启动相机302，设置该速度传感器的目的同样是用于控制玻璃每行走一个检测区域的距离相机采集一次，保证无遗漏区域。
为了提高该设备的闭环控制性能，可以在加工舱2另一侧的下片台4上同样设置检测机构6，其与上片台处的检测机构检测原理相同，该检测机构也可以设置在固定或者可移动的支撑架上来检测钢化后玻璃的表面信息，同样将该信息传输给控制系统，因此，通过控制系统做出对比，可以分析出产品的加工质量、成品率，同时也可用于观察同批次的产品的综合生产信息，实现该设备的自动化生产能力，如图4和图5所示，图4为上片台的检测机构固定，下片台的检测机构可移动；图5为上、下片台的检测机构均可移动采集信息。
所述的检测机构的壳体内壁上设置有隔热层，在壳体上还设有换热风扇。
所述的检测机构中的相机为面阵列高速CMOS相机。
所述的激光器发出的激光为单线结构光、多线结构光或者网格状结构光的任意一种。
本发明，检测机构采用一体化设计，结构紧凑，方便安装在加工舱入口处的上方。该装置采用合金外壳封装，内壁设置有隔热层，并配有换热风扇，保证装置内的激光器和CMOS相机的工作温度。
系统工作时，辊道传送机构将待检测的玻璃产品经加工舱入口输送到加工舱内。滑辊转动的同时，所述的检测机构启动，线结构激光发出的激光线束以一角度照射在滑辊的中间空挡面上，CMOS相机启动对该空挡区域进行成像监测，此时，CMOS相机镜头的物焦面在滑辊的上表面高度处。当没有玻璃通过时，激光束成像面不在CMOS的成像区域内，故CMOS相机获得的图像不包含任何信息，当玻璃通过检测区域时，玻璃对激光线束进行调制，由于玻璃的形状、尺寸、印刷油墨图案的分布、表面波形、弯曲、厚度而形成具有截断、明暗分布、扭曲、特征点与参照平面在运动方向上的位置差异等图像信息。滑辊的转动角度通过一角度计数传感器进行采集、计数和对CMOS 相机的触发，保证CMOS相机能够对玻璃进行完整成像（即无遗漏区域）。玻璃产品进料过程中，装置对采集的图像信息进行处理，获取轮廓综合几何参数，并利用多参数模糊识别的方法对其型号进行识别，在测试工控机端以图形化的方式对玻璃的排列、综合几何参数、轮廓进行显示，同时通过通用串行接口将玻璃型号和综合尺寸参数传输给控制系统，控制系统根据获得的玻璃综合几何参数对加工参数进行自动设置。
所述的检测机构中的相机采用的是面阵列高速CMOS相机，该相机阵元根据系统输送滑辊的宽度和几何参数的检测精度有关，目前常规面阵列成像器件的芯片的长宽比比较接近，长度和宽度方向上的阵元数目相差不大，而本专利所述的检测区域为一较狭长的区域，因此在保证滑辊宽度方向的同时，会造成玻璃产品运动方向覆盖的区域也比较大，所以，本专利选用CMOS相机，利用CMOS的点读出特性实现指定行数目数据的获取，一方面在同一光学系统的情况下缩小玻璃运动方向覆盖区域的大小，一方面能够减少数据量，对后续图像处理是有利的。比如系统覆盖的区域为3000毫米*40毫米的狭长区域，选用4K*3K的CMOS高速相机，那么我们可以通过读取指定的行数使相机芯片的工作方位变为4K*40,可以有效的形成狭长的检测区域。
所述的检测机构中的光源采用的是线结构激光，该光源可以为单线结构光，也可以是多线结构光，激光线束的数目在一定的采集帧率的情况下决定了产品在运动方向上的尺寸检测精度。
所述系统的输送滑辊的总长度是一定的，即产品的摆放的实际有效长度可以通过输送滑辊的长度来确定，系统的滑辊旋转角度计数传感器主要完成两个方面的任务，一方面确定产品输送多长距离相机成像一次，即CMOS相机的外触发信号发生功能；一方面确定物料是否进舱完毕，即检测装置的启动和结束信号发生功能。
当本专利所述的检测装置接收到旋转计数传感器的触发信号时，检测装置启动曝光采集一帧监测区域图像并存储在内存中的指定位置；当接收到旋转计数传感器的结束信号时，检测装置停止检测线程，开始进行图像数据处理。例如设单帧检测区域图像为3000*60，采集次数为200，数据位深度为8位，则总数据量为274Mbit。
本专利所述的图像处理包括特征点提取、特征点筛选、玻璃数目判别、玻璃外形轮廓图形化显示、玻璃厚度、玻璃尺寸、玻璃的波形度、弯曲度等，并且对上述参数进行数学表征，此过程可以用于建立产品数据库，另一方面可以通过与产品库中的数据进行对比判断产品类型。 

Claims (10)

1.基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，包括对玻璃进行加工处理的加工舱（2）、设置在加工舱（2）两侧的上片台（3）和下片台（4）、用于控制加工舱工作过程的控制系统，在上片台（3）和下片台（4）上分别设有辊道传送机构（5），辊道传送机构（5）上设有多个滑辊，通过滑辊的转动带动被检测玻璃在上片台（3）和下片台（4）上移动，检测机构（6）通过支撑架（7）设置在加工舱入口（201）的上方，其特征在于：
所述检测机构（6）包括一个带有激光器（601）的相机（602）和壳体，带有激光器（601）的相机（602）封装在壳体内，还设有一用于定时启动相机的相机控制装置，相机控制装置的信号输出端与相机（602）连接，该相机控制装置用于定时启动相机（602）扫描被测区域的图像，所述的激光器（601）发出的激光波长为650纳米，激光器（601）发出的光束照射在两个滑辊之间的空档面上，相机（602）的物焦面与激光器发出的光束照射面相对应，相机（602）的信号输出端连接于控制系统，玻璃通过检测区域时，线结构激光照射在玻璃面上，玻璃的内、外部轮廓、玻璃的边缘、玻璃上的油墨图案、玻璃的厚度和玻璃的表面弯曲度的变化对线结构激光进行调制，形成明暗分布、运动方向错位或者激光线扭曲的激光调制图像，相机对激光调制图像进行捕捉，并将玻璃外形轮廓、内部结构轮廓、表面波形度、弯曲度、厚度和油墨分布信息参数传输给控制系统。
2.根据权利要求1所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述检测机构（6）的壳体内壁上设置有隔热层，在壳体上还设有换热风扇。
3.根据权利要求1所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的检测机构（6）通过支撑架（7）固定设置在加工舱入口（201）处的上方。
4.根据权利要求3所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的相机控制装置设置在辊道传送机构（5）上，为一旋转角度计数传感器（8），旋转角度计数传感器（8）根据滑辊上表面玻璃移动速度来定时启动相机（302）。
5.根据权利要求1所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的支撑架（7）为龙门架，该龙门架通过滑动导轨设置在上片台（3）上，滑动导轨所在的平面与辊道传送机构（5）所在的传送平面相平行，龙门架沿滑动导轨的方向上进行移动，玻璃在进入加工舱之前，所述龙门架接收到控制系统指令进行沿滑动导轨的方向上移动，同时启动所述检测机构（6），对玻璃外形轮廓、内部结构轮廓、表面波形度、弯曲度、厚度和油墨分布信息等信息进行扫描、采集。
6.根据权利要求5所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的相机控制装置为一速度传感器，该速度传感器根据龙门架的移动速度来定时启动相机（602），龙门架在移动过程中控制系统控制上片台（3）上的玻璃停止运动。
7.  根据权利要求5所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的相机控制装置为一速度传感器，该速度传感器根据龙门架的移动和辊道上玻璃的移动相对速度关系来定时启动相机（302），龙门架的移动方向与上片台（3）上被检测玻璃的移动方向相向或同向。
8.根据权利要求3或5所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的检测机构（6）中的相机（602）为面阵列高速CMOS相机。
9.根据权利要求8所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的激光器（601）发出的激光为单线结构光、多线结构光或者网格状结构光的任意一种。
10.根据权利要求1所述的基于调制玻璃线结构激光图像的检测系统，其特征在于：所述的下片台（4）的上方还设有用于检测钢化后玻璃表面信息的检测机构（6），检测机构将采集到的信息传输至控制系统。
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