CN103529047A

CN103529047A - 交互式半自动光栅表面缺陷检测装置及使用该装置的方法

Info

Publication number: CN103529047A
Application number: CN201310533606.7A
Authority: CN
Inventors: 王义文; 冯超; 李玉甫; 刘献礼; 屈冠彤; 廖益龙; 林长友; 梅恒; 刘勇刚
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: CN103529047B

Abstract

交互式半自动光栅表面缺陷检测装置及使用该装置的方法，它涉及一种缺陷检测装置及使用该装置的方法。本发明为了解决现有的光栅表面缺陷检测装置，具有检测精度低、检测效率低、抗干扰性差以及成本高的问题。装置：运动控制柜、光栅表面展开单元和第一图像采集系统单元由左至右依次并列设置在检测工作台上，第二图像采集系统单元与第一图像采集系统单元连接；本发明的缺陷检测方法，具有自动化程度高、检测精度高、检测效率高、客观性强和不易眼疲劳的优点，通过驱动电动二维平移台来实现光栅待检位置的对准，相对于手动对准，具有客观性强、定位精度高和稳定性好的优点。本发明用于交互式半自动光栅表面缺陷检测。

Description

交互式半自动光栅表面缺陷检测装置及使用该装置的方法

技术领域

本发明涉及一种光栅表面缺陷检测装置及使用该装置的方法，具体涉及一种交互式半自动光栅表面缺陷检测装置及使用该装置的方法。

背景技术

缺陷检测通常是指对物品表面缺陷的检测，表面缺陷检测是采用先进的机器视觉检测技术，对工件表面的斑点、凹坑、划痕、色差、缺损等缺陷进行检测。现有生产企业对光栅表面缺陷普遍采用人工检测的方式，有如下特点：光栅待检位置的对准需要手动实现，具有鲁棒性强、定位精度差和重复性高等特点。普遍使用白炽灯作为透射光源，具有亮度以及光源位置可调性低、发热量高、易于眼疲劳和使用寿命短等特点。光栅表面图像的展开需要手动实现，在展开过程中，具有展开速度可调性低、主观误差大和易于疲劳等特点。无专用光栅夹具，具有对准次数多、自动化程度低和工作效率低等特点。缺陷检测基本依靠人工目测的方式来实现，具有自动化程度低、检测精度低、工作效率低和检测成本高等特点。无专用工作平台，普通工作平台具有易变性、抗干扰性差和观赏性低等特点。

综上所述，现有的光栅表面缺陷检测装置，具有检测精度低、检测效率低、抗干扰性差以及成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的光栅表面缺陷检测装置，具有检测精度低、检测效率低、抗干扰性差以及成本高的问题。进而提供一种交互式半自动光栅表面缺陷检测装置及使用该装置的方法。

本发明的技术方案是：交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，包括检测工作台，所述表面缺陷检测装置还包括运动控制柜、光栅表面展开单元、第一图像采集系统单元和第二图像采集系统单元，运动控制柜、光栅表面展开单元和第一图像采集系统单元由左至右依次并列设置在检测工作台上，第二图像采集系统单元与第一图像采集系统单元连接，

所述运动控制柜包括安全保护组件、参数输入器、数值显示器、光源控制器、旋转控制器和位移控制器，安全保护组件、参数输入器和数值显示器由下至上依次设置，光源控制器、旋转控制器和位移控制器由上至下依次设置在安全保护组件、参数输入器和数值显示器的一侧，

所述光栅表面展开单元包括光栅展开机构和电动二维平移台，电动二维平移台设置在检测工作台上，光栅展开机构设置在电动二维平移台上，

所述第一图像采集系统单元包括立柱、立柱接头、横杆、CCD工业相机、相机固定接头、纤维镜头和反射光源，立柱竖直设置在检测工作台上，立柱接头设置在立柱的上部，横杆水平设置，且横杆的一端与立柱接头连接，横杆的另一端设有相机固定接头，相机固定接头的上端和下端分别设有CCD工业相机和纤维镜头，纤维镜头的下端设有反射光源，

所述第二图像采集系统单元包括图像采集卡、工控机和图像显示器，图像采集卡、工控机和图像显示器依次与CCD工业相机连接。

本发明还提供了一种使用交互式半自动光栅表面缺陷检测装置的方法，具体步骤为：

步骤一：将待检光栅设置在快换夹具组的基体上；

步骤二：位移控制器向电动二维平移台发出移动粗调指令，以10mm/s的速度移动电动二维平移台，所述电动二维平移台运动至检测工作台上的显微镜头正下方；

步骤三：位移控制器向电动二维平移台发出移动微调指令，以0.5mm/s的速度移动电动二维平移台，所述电动二维平移台运动至与显微镜头偏心对准位置，该偏心范围使待检光栅绕自身轴心旋转时，待检光栅码道图像区域中心始终依次连续与显微镜头视场范围中心重合；

步骤四：将待检光栅穿过放置在快换夹具组的基体上；

步骤五：打开透射光源，以5mm/s的速度旋转粗调手轮，对CCD工业相机进行粗动调焦，粗调完成后，以1mm/s的速度旋转微调手对CCD工业相机再进行微动调焦；

步骤六：旋转控制器发出默认旋转指令，所述伺服电机通过同步小带轮通过同步大带轮带动快换夹具组旋转，使待检光栅表面图像展开，同时通过旋转控制器实现转速、转向和暂停调节；

步骤七：计算机发出图像采集指令，所述CCD工业相机开始依次连续对待检光栅表面进行图像采集，同时在图像显示器上实时显示；

步骤八：计算机发出图像处理指令，所述采集的图像经过图像处理组件粗检以后，如果系统自动报警，则待检光栅不合格，否则进入人工检测环节；

步骤九：操作人员根据所述图像处理粗检结果，依据企业检测标准，判断待检光栅是否合格及缺陷类型；

步骤十：检测结束。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明通过驱动电动二维平移台来实现光栅待检位置的对准，能够实现待检光栅的快退、快进、粗调和微调，相对于手动对准，具有客观性强、定位精度高和稳定性好的优点。

2.本发明的透射光源，与光栅的大小相配，具有结构紧凑、可调性强、光源均匀和寿命长的优点。

3.本发明光栅表面图像展开的方式，具有可调性强、展开平稳、展开效率高的优点。

4.本发明采用同步带传动，具有传动比恒定、结构紧凑、传动平稳、减震性好、体积小、重量轻、无相对滑动的优点。

5.本发明的快换夹具组，具有自定心高、装卸方便、体积小、重量轻和适用范围广的优点。

6.本发明的快换夹具组，具有结构简单、适用性广和光栅装卸方便的优点。

7.本发明的缺陷检测方法，具有自动化程度高、检测精度高、检测效率高、客观性强和不易眼疲劳的优点。

8.本发明的检测工作台，具有隔震、吸震、不易变形和使用寿命长的优点。

9.本发明的光栅表面缺陷检测装置，在结构方面具有结构紧凑、操作方便、成本低和抗干扰性强的优点；在检测质量方面具有检测精度高、检测效率高和自动化程度高的优点。

附图说明

图1是本发明的主视图；图2是光栅表面展开单元中光栅展开机构的结构示意图；图3是基体的结构示意图；图4是基座的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式包括检测工作台1，所述表面缺陷检测装置还包括运动控制柜2、光栅表面展开单元、第一图像采集系统单元和第二图像采集系统单元，运动控制柜2、光栅表面展开单元和第一图像采集系统单元由左至右依次并列设置在检测工作台1上，第二图像采集系统单元与第一图像采集系统单元连接，

所述运动控制柜2包括安全保护组件3、参数输入器4、数值显示器5、光源控制器6、旋转控制器7和位移控制器8，安全保护组件3、参数输入器4和数值显示器5由下至上依次设置，光源控制器6、旋转控制器7和位移控制器8由上至下依次设置在安全保护组件3、参数输入器4和数值显示器5的一侧，

所述光栅表面展开单元包括光栅展开机构9和电动二维平移台10，电动二维平移台10设置在检测工作台1上，光栅展开机构9设置在电动二维平移台10上，

所述第一图像采集系统单元包括立柱11、立柱接头12、横杆15、CCD工业相机17、相机固定接头16、纤维镜头19和反射光源18，立柱11竖直设置在检测工作台1上，立柱接头12设置在立柱11的上部，横杆15水平设置，且横杆15的一端与立柱接头12连接，横杆15的另一端设有相机固定接头16，相机固定接头16的上端和下端分别设有CCD工业相机17和纤维镜头19，纤维镜头19的下端设有反射光源18，

所述第二图像采集系统单元包括图像采集卡22、工控机23和图像显示器29，图像采集卡22、工控机23和图像显示器29依次与CCD工业相机17连接。

本实施方式的安全保护组件3具有在非正常情况下发出警示信号的作用，提醒操作人员采取相应保护措施。

本实施方式的参数输入器4能够为操作人员提供参数输入窗口，以便重新设定相应参数数值。

本实施方式的数值显示器5能够实时显示目标参数数值。

本实施方式的光源控制器6能够控制光源的开关和调节光强。

本实施方式的旋转控制器7能够控制电机转速和转向。

本实施方式的位移控制器8能够控制光栅展开机构9空间位置、移动速度和移动精度。

本实施方式的透射光源发出的光透过毛玻璃后变得均匀。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的光栅展开机构9包括箱体和透射光源，透射光源设置在箱体上。如此设置，便于使用。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的箱体包括快换夹具组9-2、上部微型轴承9-4、轴9-6、伺服电机9-10、箱体顶板9-11、垫片9-12、电机支架板9-13、箱体外壳9-15、箱体下底板9-16、下部微型轴承9-17、同步大带轮9-19、张紧同步带9-20、同步小带轮9-21和多个电机支架立柱9-14，

箱体顶板9-11和箱体下底板9-16分别设置在箱体外壳9-15的上下两端，轴9-6竖直设置在箱体外壳9-15内，轴9-6的两端分别设有上部微型轴承9-4和下部微型轴承9-17，快换夹具组9-2设置在轴9-6的上端，多个电机支架立柱9-14设置在轴9-6的一侧，电机支架板9-13设置在多个电机支架立柱9-14上，伺服电机9-10设置在电机支架板9-13上，伺服电机9-10的输出端与同步小带轮9-21连接，同步大带轮9-19设置在轴9-6上，同步小带轮9-21与同步大带轮9-19之间通过张紧同步带9-20连接，垫片9-12设置在伺服电机9-10与电机支架板9-13之间。如此设置，材料消耗少，制造能耗低。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式四：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的快换夹具组9-2包括基体9-2-1和基座9-2-2，基体9-2-1设置在基座9-2-2内。如此设置，便于使用。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式的快换夹具组9-2包括基体9-2-1和基座9-2-2。

本实施方式的基体9-2-1包括导轴、托台和连接轴。

本实施方式的导轴与基座9-2-2连接；所述轴9-6顶端锥轴部分连接；所述轴9-6顶端锥轴部分分别开有卡销孔，卡销与卡销孔配合连接，防止基座9-2-2在旋转过程中与轴9-6相对滑动。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式的透射光源包括光源盖板9-1、毛玻璃、光栅9-3和光源基座9-7，光源盖板9-1上设有毛玻璃槽9-8和通光孔9-9，毛玻璃设置在毛玻璃槽9-8内，光源盖板9-1通过光源基座9-7设置在箱体上端，光栅9-3设置在基体9-2-1上。如此设置，材料消耗少，制造能耗低。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

本实施方式的光源基座9-7包括光源基座主体、灯珠导套、灯珠滑套和灯珠；

本实施方式的灯珠与灯珠滑套连接；所述灯珠滑套与灯珠导套连接，且灯珠滑套可以在灯珠导套内沿径向方向滑动。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的图像采集卡22包括数据采集组件20、数据转换器21和数据显示器23，数据采集组件20、数据转换器21和数据显示器23依次设置组成图像采集卡22。如此设置，数据采集模块20能够控制CCD工业相机17对光栅9-3进行图像采集；数据转换模块21能够将已经采集的图像数据进行数据类型转换；数据传输模块22能够将已经获取的图像数据传输给工控机24。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的图像显示器29包括图像处理组件25、图像存储器26、人机交互模块27和图像显示模块28，图像显示模块28和人机交互模块27上下设置，图像处理组件25和图像存储器26设置在图像显示模块28和人机交互模块27的一侧。如此设置，图像处理模块25能够对采集的光栅图像进行简单图像处理，便于操作人员后续检测判断；图像存储模块26能够将已经采集的光栅图像进行存储，同时能够储存一些其他相关数据信息；人机交互模块27能够实现操作人员与机器的实时交互，进行相关参数的输入和设定；图像显示模块28能够实时显示采集的动态和静态光栅表面图像。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的立柱接头12包括微调手轮14和粗调手轮15，微调手轮14和粗调手轮15均设置在立柱11上。如此设置，材料消耗少，制造能耗低。其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。

本实施方式的粗调手轮13能够实现立柱接头12在立柱11上沿垂直方向快速滑动。

本实施方式的微调手轮14能够实现立柱接头12在立柱11上沿垂直方向慢速滑动。

本实施方式的横杆15的右端与立柱接头12连接。

本实施方式的相机固定接头16与横杆15为制成一体。

本实施方式的横杆15上设有锁紧滑块。

本实施方式的锁紧滑块能够固定CCD工业相机17在相机固定接头16上的位置。

本实施方式的显微镜头19与CCD工业相机17相连，且显微镜头19的焦点与光栅9-3待检码道区域采像点重合。

本实施方式的反射光源18与显微镜头19连接。

具体实施方式九：结合图1-图4说明本实施方式，使用投影式光栅表面缺陷检测装置的方法，具体步骤为：

步骤一：将待检光栅9-3设置在快换夹具组9-2的基体9-2-1上；

步骤二：位移控制器8向电动二维平移台10发出移动粗调指令，以10mm/s的速度移动电动二维平移台10，所述电动二维平移台10运动至检测工作台1上的显微镜头正下方；

步骤三：位移控制器8向电动二维平移台10发出移动微调指令，以0.5mm/s的速度移动电动二维平移台10，所述电动二维平移台10运动至与显微镜头偏心对准位置，该偏心范围使待检光栅9-3绕自身轴心旋转时，待检光栅9-3码道图像区域中心始终依次连续与显微镜头视场范围中心重合；

步骤四：将待检光栅9-3穿过放置在快换夹具组9-2的基体9-2-1上；

步骤五：打开透射光源，以5mm/s的速度旋转粗调手轮13，对CCD工业相机17进行粗动调焦，粗调完成后，以1mm/s的速度旋转微调手14对CCD工业相机17再进行微动调焦；

步骤六：旋转控制器7发出默认旋转指令，所述伺服电机9-10通过同步小带轮9-21通过同步大带轮9-19带动快换夹具组9-2旋转，使待检光栅9-3表面图像展开，同时通过旋转控制器7实现转速、转向和暂停调节；

步骤七：计算机发出图像采集指令，所述CCD工业相机17开始依次连续对待检光栅9-3表面进行图像采集，同时在图像显示器29上实时显示；

步骤八：计算机发出图像处理指令，所述采集的图像经过图像处理组件粗检以后，如果系统自动报警，则待检光栅9-3不合格，否则进入人工检测环节；

步骤九：操作人员根据所述图像处理粗检结果，依据企业检测标准，判断待检光栅9-3是否合格及缺陷类型；

步骤十：检测结束。

Claims

1.一种交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，它包括检测工作台（1），其特征在于：所述表面缺陷检测装置还包括运动控制柜（2）、光栅表面展开单元、第一图像采集系统单元和第二图像采集系统单元，运动控制柜（2）、光栅表面展开单元和第一图像采集系统单元由左至右依次并列设置在检测工作台（1）上，第二图像采集系统单元与第一图像采集系统单元连接，

所述运动控制柜（2）包括安全保护组件（3）、参数输入器（4）、数值显示器（5）、光源控制器（6）、旋转控制器（7）和位移控制器（8），安全保护组件（3）、参数输入器（4）和数值显示器（5）由下至上依次设置，光源控制器（6）、旋转控制器（7）和位移控制器（8）由上至下依次设置在安全保护组件（3）、参数输入器（4）和数值显示器（5）的一侧，

所述光栅表面展开单元包括光栅展开机构（9）和电动二维平移台（10），电动二维平移台（10）设置在检测工作台（1）上，光栅展开机构（9）设置在电动二维平移台（10）上，

所述第一图像采集系统单元包括立柱（11）、立柱接头（12）、横杆（15）、CCD工业相机（17）、相机固定接头（16）、纤维镜头（19）和反射光源（18），立柱（11）竖直设置在检测工作台（1）上，立柱接头（12）设置在立柱（11）的上部，横杆（15）水平设置，且横杆（15）的一端与立柱接头（12）连接，横杆（15）的另一端设有相机固定接头（16），相机固定接头（16）的上端和下端分别设有CCD工业相机（17）和纤维镜头（19），纤维镜头（19）的下端设有反射光源（18），

所述第二图像采集系统单元包括图像采集卡（22）、工控机（23）和图像显示器（29），图像采集卡（22）、工控机（23）和图像显示器（29）依次与CCD工业相机（17）连接。

2.根据权利要求1所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，其特征在于：所述光栅展开机构（9）包括箱体和透射光源，透射光源设置在箱体上。

3.根据权利要求2所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，其特征在于：所述箱体包括快换夹具组（9-2）、上部微型轴承（9-4）、轴（9-6）、伺服电机（9-10）、箱体顶板（9-11）、垫片（9-12）、电机支架板（9-13）、箱体外壳（9-15）、箱体下底板（9-16）、下部微型轴承（9-17）、同步大带轮（9-19）、张紧同步带（9-20）、同步小带轮（9-21）和多个电机支架立柱（9-14），

箱体顶板（9-11）和箱体下底板（9-16）分别设置在箱体外壳（9-15）的上下两端，轴（9-6）竖直设置在箱体外壳（9-15）内，轴（9-6）的两端分别设有上部微型轴承（9-4）和下部微型轴承（9-17），快换夹具组（9-2）设置在轴（9-6）的上端，多个电机支架立柱（9-14）设置在轴（9-6）的一侧，电机支架板（9-13）设置在多个电机支架立柱（9-14）上，伺服电机（9-10）设置在电机支架板（9-13）上，伺服电机（9-10）的输出端与同步小带轮（9-21）连接，同步大带轮（9-19）设置在轴（9-6）上，同步小带轮（9-21）与同步大带轮（9-19）之间通过张紧同步带（9-20）连接，垫片（9-12）设置在伺服电机（9-10）与电机支架板（9-13）之间。

4.根据权利要求3所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，其特征在于：所述快换夹具组（9-2）包括基体（9-2-1）和基座（9-2-2），基体（9-2-1）设置在基座（9-2-2）内。

5.根据权利要求4所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，其特征在于：所述透射光源包括光源盖板（9-1）、毛玻璃、光栅（9-3）和光源基座（9-7），光源盖板（9-1）上设有毛玻璃槽（9-8）和通光孔（9-9），毛玻璃设置在毛玻璃槽（9-8）内，光源盖板（9-1）通过光源基座（9-7）设置在箱体上端，光栅（9-3）设置在基体（9-2-1）上。

6.根据权利要求5所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，其特征在于：所述图像采集卡（22）包括数据采集组件（20）、数据转换器（21）和数据显示器（23），数据采集组件（20）、数据转换器（21）和数据显示器（23）依次设置组成图像采集卡（22）。

7.根据权利要求6所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，其特征在于：所述图像显示器（29）包括图像处理组件（25）、图像存储器（26）、人机交互模块（27）和图像显示模块（28），图像显示模块（28）和人机交互模块（27）上下设置，图像处理组件（25）和图像存储器（26）设置在图像显示模块（28）和人机交互模块（27）的一侧。

8.根据权利要求7所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置，其特征在于：所述立柱接头（12）包括微调手轮（14）和粗调手轮（15），微调手轮（14）和粗调手轮（15）均设置在立柱（11）上。

9.一种使用权利要求1所述的交互式半自动光栅表面缺陷检测装置的方法，其特征在于：具体步骤为：

步骤一：将待检光栅（9-3）设置在快换夹具组（9-2）的基体（9-2-1）上；

步骤二：位移控制器（8）向电动二维平移台（10）发出移动粗调指令，以10mm/s的速度移动电动二维平移台（10），所述电动二维平移台（10）运动至检测工作台（1）上的显微镜头正下方；

步骤三：位移控制器（8）向电动二维平移台（10）发出移动微调指令，以0.5mm/s的速度移动电动二维平移台（10），所述电动二维平移台（10）运动至与显微镜头偏心对准位置，该偏心范围使待检光栅（9-3）绕自身轴心旋转时，待检光栅（9-3）码道图像区域中心始终依次连续与显微镜头视场范围中心重合；

步骤四：将待检光栅（9-3）穿过放置在快换夹具组（9-2）的基体（9-2-1）上；

步骤五：打开透射光源，以5mm/s的速度旋转粗调手轮（13），对CCD工业相机（17）进行粗动调焦，粗调完成后，以1mm/s的速度旋转微调手（14）对CCD工业相机（17）再进行微动调焦；

步骤六：旋转控制器（7）发出默认旋转指令，所述伺服电机（9-10）通过同步小带轮（9-21）通过同步大带轮（9-19）带动快换夹具组（9-2）旋转，使待检光栅（9-3）表面图像展开，同时通过旋转控制器（7）实现转速、转向和暂停调节；

步骤七：计算机发出图像采集指令，所述CCD工业相机（17）开始依次连续对待检光栅（9-3）表面进行图像采集，同时在图像显示器（29）上实时显示；

步骤八：计算机发出图像处理指令，所述采集的图像经过图像处理组件粗检以后，如果系统自动报警，则待检光栅（9-3）不合格，否则进入人工检测环节；

步骤九：操作人员根据所述图像处理粗检结果，依据企业检测标准，判断待检光栅（9-3）是否合格及缺陷类型；

步骤十：检测结束。