CN103245671A - 冲压件表面缺陷检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冲压件表面缺陷检测装置，包括图像采集设备和图像处理设备，所述图像采集设备用于采集所述冲压件表面图像，并发送给所述图像处理设备进行图像处理以分析所述冲压件表面缺陷信息，其特征在于，还包括光源，所述光源平行于冲压件表面出光。还公开一种应用上述检测装置的缺陷检测方法。上述装置和方法，通过在侧面以近似平行的方式照射冲压件，可以将缺陷照亮，从而带有该缺陷的冲压件图像可以被图像采集设备获得，通过图像处理即可获得缺陷信息。

Description

冲压件表面缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及缺陷检测，特别是涉及一种冲压件表面缺陷检测装置及一种冲压件表面缺陷检测方法。

背景技术

金属冲压件在生产过程中会产生划伤、麻点、夹杂、凹凸以及锈斑等表面缺陷。表面缺陷检测的发展可以划分为三个阶段：人工检测阶段、激光扫描和CCD成像技术检测阶段、信息化发展阶段。常用的缺陷检测方法有：涡流检测的方法、红外检测的方法、漏磁检测方法、计算机视觉的检测方法。

采用涡流、红外和漏磁等检测技术的检测原理的局限性导致可检测出的缺陷种类和缺陷定量描述的参数非常有限，无法综合评估产品的表面质量状况，因此相应的检测系统只适用于某些应用要求不高的场合。而CCD器件自身所具有的轻便、高精度和易配置等特点，使得基于CCD的计算机视觉检测方法成为当前钢板表面缺陷检测的主要方法。

上述传统的冲压件表面检测方法中，人工检测效率较低，且随着人工成本的增加，工厂生产成本也会更高；精密机械检测设备都比较昂贵，体积较大，安装维修成本较高，随着机械的磨损，检测精度会降低；而基于CCD的计算机视觉表面缺陷检测系统，由于技术水平和检测环境的制约，所采集图像的清晰度和对比度不够高，图像数据实时处理能力不够快，没有通用的图像处理和模式识别算法。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于计算机视觉的能够提高图像对比度的冲压件表面缺陷检测装置。

此外，还提供一种冲压件表面缺陷检测方法。

一种冲压件表面缺陷检测装置，包括图像采集设备和图像处理设备，所述图像采集设备用于采集所述冲压件表面图像，并发送给所述图像处理设备进行图像处理以分析所述冲压件表面缺陷信息，还包括光源，所述光源平行于冲压件表面出光。

在其中一个实施例中，所述光源为条形光源。

在其中一个实施例中，所述条形光源为两条以上，且置于所述冲压件的边缘。

在其中一个实施例中，所述条形光源为四条，两两相对地合围成矩形。

在其中一个实施例中，所述图像采集设备垂直于所述冲压件表面采集图像。

在其中一个实施例中，还包括框架，所述图像采集设备和光源设于所述框架上。

在其中一个实施例中，所述框架包括支撑所述图像采集设备的顶部架体和挂接所述光源的底部架体，所述顶部架体包括横梁和支撑所述横梁的杆体，所述底部架体为四方架，包括四条相互连接的梁架。

在其中一个实施例中，所述图像采集设备可滑动地设于所述顶部架体的横梁上。

在其中一个实施例中，所述横梁上设有滑槽，所述图像采集设备通过连接板组与设于所述滑槽中的滑块连接。

在其中一个实施例中，所述连接板组包括与所述滑块固定连接的第一连接板和与所述图像采集设备固定连接的第二连接板，所述第一连接板和第二连接板活动地连接。

在其中一个实施例中，所述光源可转动地设于所述底部架体的梁架上。

在其中一个实施例中，所述光源通过自由角度支架与所述梁架连接。

一种冲压件表面缺陷检测方法，包括如下步骤：A、将待检测的冲压件输送到预定位置；B、自所述冲压件表面的至少一侧向所述冲压件照射；C、采集所述冲压件表面图像，并对所述图像进行边缘检测以获得所述冲压件表面缺陷信息。

在其中一个实施例中，所述步骤B中，自冲压件表面的4个边缘依次向所述冲压件照射，相应的，所述步骤C中，每次照射采集一幅图像。

在其中一个实施例中，当有多个图像采集设备时，还进行视觉标定，用于多个图像采集设备协同处理公共区域的图像。

在其中一个实施例中，还包括设定参数的步骤。

在其中一个实施例中，所述冲压件表面缺陷信息包括缺陷的尺寸，所述计算缺陷的尺寸包括如下步骤：确定冲压件的两条相互垂直的边缘；以所述两条相互垂直的边缘作为参考线计算尺寸。

在其中一个实施例中，所述冲压件表面缺陷信息包括缺陷的位置，所述计算缺陷的位置包括如下步骤：获取所述表面缺陷的像素点连通域；计算所述连通域的重心，以所述重心的位置作为所述缺陷的位置。

上述缺陷检测装置和方法，通过在侧面以近似平行的方式照射冲压件，可以将缺陷照亮，从而带有该缺陷的冲压件图像可以被图像采集设备获得，通过图像处理即可获得缺陷信息。

附图说明

图1为一实施例的冲压件表面缺陷检测装置结构示意图；

图2为检测原理图；

图3为图1中的横梁与图像采集设备连接关系示意图；

图4为图1中的梁架与光源连接关系示意图；

图5为一实施例的缺陷检测方法流程图；

图6为光源照射策略示意图。

具体实施方式

如图1所示，为一实施例的冲压件表面缺陷检测装置。该检测装置10用于检测冲压件20（通常是矩形的钢板件）的表面缺陷，并具体包括图像采集设备100、图像处理设备（图未示）和光源300。其中光源300自冲压件20表面一侧出光，使得来自光源300的光线能够以近似平行于冲压件20表面的小角度α照射。请参考图2，由于冲压件20的表面通常是光滑的表面，光照在上面时，一般可以近似认为是镜面反射，此时，从垂直于冲压件20的表面的方向看来，不会看到显著的变化。当冲压件20的表面有缺陷201时，光线会照射在该缺陷201上并产生漫反射，此时，从垂直于冲压件20的表面的方向看来，缺陷201会被照亮，从而使得缺陷201与冲压件20的表面对比明显。图像采集设备100通过采集冲压件20的表面图像，可以得到高对比度的缺陷图像，经过图像处理设备处理后，就能够分辨出冲压件20的表面缺陷。

如图1所示，图像采集设备100和光源300都设置在框架400上。框架400包括方形外框410、置于所述外框410内的顶部架体420、置于所述外框410底部的底部架体430以及支撑整个框架的支脚440。外框410形成整个框架400的轮廓，并与底部架体430合围形成容置空间，顶部架体420置于该容置空间内。顶部架体420包括横梁421和支撑横梁421的杆体422。底部架体430则为四方架，包括四条相互连接的梁架431。其中，图像采集设备100可滑动地设于横梁421上，光源300则挂接在梁架431上。可以理解，在其他实施例中，框架400也可以采用其他类似的结构代替，而不限于本实施例的具体结构，只需要其能够提供放置图像采集设备100和光源300。

图像采集设备100采用CCD摄像机，摄像头的光轴方向（也即摄像头的朝向）垂直于底面。优选地，图像采集设备100的数量为多个。通过在横梁421上滑动调整多个图像采集设备100的位置，可以实现对整个冲压件20的覆盖。

具体地，如图3所示，横梁421上设有滑槽423，图像采集设备100通过连接板组500与设于滑槽423中的滑块424连接。其中连接板组500包括与滑块424固定连接的第一连接板501和与图像采集设备100固定连接的第二连接板502，第一连接板501和第二连接板502活动地连接。滑块424在滑槽423中滑动可以带动图像采集设备100沿横梁421移动。另一方面，第二连接板502相对于第一连接板501的上下移动也能够使图像采集设备100远离或靠近底面。类似地，横梁421也可以相对于杆体422上下移动，以达到相同的目的。

图1所示实施例中，光源300为条形光源，分别挂接在底部架体430的四个梁架431上合围成矩形。当检测时，将待检测的冲压件20传送到该矩形区域中并位于光源之下即可，也即光源能够照射到冲压件20。根据冲压件20的大小，条形光源的长度会有所不同，对应冲压件20长边侧可以采用更长的条形光源，或采用更多的较短的条形光源拼接。

进一步地，条形光源是相对于梁架431可转动地挂接在梁架431上。参考图4，光源300通过自由角度支架600与梁架431连接。自由角度支架600相对可以转动的两部分分别与梁架431、光源300连接。通过转动光源300，可以小幅调整光线照射在冲压件20表面的角度，使光照更加均匀。

如图5所示，为一实施例的冲压件表面缺陷检测方法流程图。该方法包括如下步骤。

步骤S101：将待检测的冲压件输送到预定位置。参考图1中的检测装置10和其检测的冲压件20，预定的位置即上述提到的条形光源合围形成的矩形区域中，并位于光源300之下。根据检测装置10的不同，预定位置会有所不同，但总体是使冲压件20表面处于侧面光源的小角度照射下，并有基本垂直于冲压件20表面的图像采集设备100采集冲压件20表面图像。

步骤S102：自所述冲压件表面的至少一侧向所述冲压件照射。控制光源300照射冲压件20的表面。参考图6，相继沿图6中方向I、II、III和IV四次照射，每一次照射只有一个方向上的光源是点亮的，并且在每一次照射的同时，每个相机各自采集一幅图像。当方向I的光源点亮时，采集的图像I突出了冲压件上半部分平行于y方向的所有边缘的对比度，例如冲压件边缘11和冲孔边缘13的上半部分，同时突出了冲压件上半部分包含的刮痕14的对比度，因为刮痕在y方向上投影分量最大；当方向II的光源点亮时，采集图像II突出了冲压件下半部分平行于y方向的所有边缘的对比度，同时突出了冲压件下半部分包含的凹凸缺陷16的对比度；当方向III的光源点亮时，采集图像III突出了冲压件左半部分平行于x方向的所有边缘的对比度，例如冲压件边缘10的左半部分和冲孔边缘12的左小半部分；当方向IV的光源点亮时，采集图像IV突出了冲压件右半部分平行于x方向的所有边缘的对比度，同时突出了冲压件右半部分包含的刮痕15的对比度，因为刮痕在x方向上投影分量最大。上述照明方法能够对边缘精确定位，同时获取刮痕和凹凸等表面缺陷的精确位置。

步骤S103：采集所述冲压件表面图像，并对所述图像进行边缘检测以获得所述冲压件表面缺陷信息。

利用图像二值化方法分割出边缘的像素点连通域和表面缺陷的像素点连通域，再利用形态学算法剔除干扰噪声点，然后对分割出的边缘连通域进行骨架提取，使得边缘的宽度为一个像素。通过同方向边缘与参考线之间相减后取绝对值，计算边缘之间的相对距离，相对距离包括每个冲孔的尺寸以及冲孔边缘距离冲压件边缘的距离。利用事先计算的标定参数，将相对距离转化为尺度量纲。进而将相对距离与CAD图像上真实的相对距离进行比较，判断冲孔的尺寸误差和冲孔的位置误差是否小于尺寸误差容忍阈值。

步骤S103中，所述冲压件表面缺陷信息包括缺陷的尺寸，所述计算缺陷的尺寸包括如下步骤：

确定冲压件的两条相互垂直的边缘。

以所述两条相互垂直的边缘作为参考线计算尺寸。

系统事先对冲压件图像中所有水平和竖直方向的边缘进行标号，并以其中一条水平边缘作为竖直方向尺寸计算的参考线，以及以其中一条竖直边缘作为水平方向尺寸计算的参考线。待检测冲压件在检测卡位中的位置会有微小偏移，因此其在像素坐标系中的位置也相应存在偏移，在图像坐标系中设定搜索范围可以准确找到参考线。

步骤S103中，所述冲压件表面缺陷信息包括缺陷的位置，所述计算缺陷的位置包括如下步骤：

获取所述表面缺陷的像素点连通域。

计算所述连通域的重心，以所述重心的位置作为所述缺陷的位置。

通过计算表面缺陷像素点连通域的重心来获取；利用公开的形状分析方法识别表面缺陷类型；系统事先将冲压件表面定义为区域A、B、C、D等，通过图像坐标可以将缺陷所在位置对应在某个区域中，实现表面缺陷统计。

上述方法若采用包括多个图像采集设备的装置，则在开始检测之前还进行视觉标定，用于多个图像采集设备协同处理公共区域的图像。不同的相机采集的图像具有公共图像区域，通过多个相机之间的图像坐标系关系参数，将公共图像区域的检测结果视为同一个检测目标，不会产生混淆或冗余现象。

上述方法还包括设定需要的系统参数的步骤，包括设定光源亮度、参考线标号、参考线搜索范围、灰度阈值、尺寸误差容忍阈值等

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种冲压件表面缺陷检测装置，包括图像采集设备和图像处理设备，所述图像采集设备用于采集所述冲压件表面图像，并发送给所述图像处理设备进行图像处理以分析所述冲压件表面缺陷信息，其特征在于，还包括光源，所述光源平行于冲压件表面出光。

2.根据权利要求1所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述光源为条形光源。

3.根据权利要求1所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述条形光源为两条以上，且置于所述冲压件的边缘。

4.根据权利要求3所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述条形光源为四条，两两相对地合围成矩形。

5.根据权利要求1所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述图像采集设备垂直于所述冲压件表面采集图像。

6.根据权利要求1所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，还包括框架，所述图像采集设备和光源设于所述框架上。

7.根据权利要求6所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述框架包括支撑所述图像采集设备的顶部架体和挂接所述光源的底部架体，所述顶部架体包括横梁和支撑所述横梁的杆体，所述底部架体为四方架，包括四条相互连接的梁架。

8.根据权利要求7所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述图像采集设备可滑动地设于所述顶部架体的横梁上。

9.根据权利要求8所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述横梁上设有滑槽，所述图像采集设备通过连接板组与设于所述滑槽中的滑块连接。

10.根据权利要求9所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述连接板组包括与所述滑块固定连接的第一连接板和与所述图像采集设备固定连接的第二连接板，所述第一连接板和第二连接板活动地连接。

11.根据权利要求7所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述光源可转动地设于所述底部架体的梁架上。

12.根据权利要求11所述的冲压件表面缺陷检测装置，其特征在于，所述光源通过自由角度支架与所述梁架连接。

13.一种冲压件表面缺陷检测方法，包括如下步骤：

A、将待检测的冲压件输送到预定位置；

B、自所述冲压件表面的至少一侧向所述冲压件照射；

C、采集所述冲压件表面图像，并对所述图像进行边缘检测以获得所述冲压件表面缺陷信息。

14.根据权利要求13所述的冲压件表面缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤B中，自冲压件表面的4个边缘依次向所述冲压件照射，相应的，所述步骤C中，每次照射采集一幅图像。

15.根据权利要求13所述的冲压件表面缺陷检测方法，其特征在于，当有多个图像采集设备时，还进行视觉标定，用于多个图像采集设备协同处理公共区域的图像。

16.根据权利要求13所述的冲压件表面缺陷检测方法，其特征在于，还包括设定参数的步骤。

17.根据权利要求13所述的冲压件表面缺陷检测方法，其特征在于，所述冲压件表面缺陷信息包括缺陷的尺寸，所述计算缺陷的尺寸包括如下步骤：

确定冲压件的两条相互垂直的边缘；

以所述两条相互垂直的边缘作为参考线计算尺寸。

18.根据权利要求13所述的冲压件表面缺陷检测方法，其特征在于，所述冲压件表面缺陷信息包括缺陷的位置，所述计算缺陷的位置包括如下步骤：

获取所述表面缺陷的像素点连通域；

计算所述连通域的重心，以所述重心的位置作为所述缺陷的位置。

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