CN103630544B - 一种视觉在线检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视觉在线检测系统，包括底座和支架（1）、传送带（2）、控制系统（4）、一级相机（6）和二级相机（8），该系统使用两级相机结构采集图像，其中一级相机采用较大视场较低的精度采集待检物的图像，主要用于准确检测较大的疵病，并对较小的疵病进行定位并将定位发送给控制系统；二级相机通过较小的视场较高的精度采集较小的疵病的图像，主要用于精确检测较小尺寸的疵病。通过控制系统对两次采集图像处理的结果，实现对所有疵病尺寸的精确测量。

Description

一种视觉在线检测系统
技术领域
本发明涉及一种视觉在线检测系统，特别是指用于待检物有不同大小的疵病并且不同疵病有不同精度要求的大视场高精度检测。
背景技术
在视觉检测中，通常待检物的疵病种类繁多，并且疵病的大小不同，为准确识别疵病大小，保证检测准确率，较大的疵病可以有较低的精度，较小的疵病必须有较高的精度。为了在同一视场内检测到所有的疵病，必须以最高的精度为准，导致所需相机的像素高，成本高，数据量大，处理慢。
在视觉检测中，对面积较大且检测精度较高的待检物的检测，可以采用单视场检测，但是所需相机的像素较高，成本很高；或者采用多个低像素的相机同时拍摄，通过图像拼接处理，成本稍低但检测速度降低且存在拼接误差和不同相机间的匹配误差，误检率增加；或者如专利200410017628.9所述的方法，通过单个较低像素的相机二维移动拍摄待检物(或待检物移动)，通过图像拼接处理，成本最低，但速度最慢且有拼接误差。
在视觉检测中，以暗视场照明时，一些小于相机分辨极限的疵病，由于散射，仍然可以被CCD接收到，虽然不能准确识别位置大小，但是仍然可以判断疵病的数量和位置。
在视觉检测中，对于一些待检物虽然疵病种类繁多，但是每个待检物所含的疵病并不多，并且检测标准对于疵病的数量有限制(疵病数量过多时为废品)，对于较小的疵病，可以通过较小的视场就能获得较高的精度。
发明内容
本发明提出一种视觉在线检测系统，用于待检物有不同大小的疵病并且不同疵病有不同精度要求的大视场高精度检测，可以以较低的成本准确快速检测待检物的各类疵病。
本发明的技术方案是：一种视觉在线检测系统，包括底座和支架、传送带、控制系统、一级相机和二级相机，其特征在于：所述传送带固定于底座和支架上，所述底座和支架的支架上设置有一级相机和二级相机，所述一级相机和二级相机垂直于所述传送带的上表面且彼此间隔，所述二级相机与底座和支架的连接处设有一维导轨；所述控制系统分别与传送带、一级相机、二级相机和一维导轨连接，用于控制传送带和一维导轨的运动，以及一级相机、二级相机的图像采集与处理。
所述一级相机的测量精度低于二级相机的测量精度，所述一级相机的视场大于二级相机。
所述一级相机的测量精度为0.05-0.2mm，所述二级相机的测量精度为0.002-0.005mm。
所述底座和支架上设置有第一光源和第二光源，所述第一光源照射在一级相机的视场范围，所述第二光源照射在二级相机的视场范围。
所述图像采集与处理对一级相机采集图像的处理过程为：
(201)图像预处理：通过中值滤波对图像进行去噪处理以提高图像的质量；
(202)图像分割：通过阈值法或者边缘检测算法将镜片的图像背景从中分割出来，将疵病的图像从镜片中分割出来；
(203)疵病识别：根据疵病的面积、位置、圆度、长宽比和填充度判断疵病的种类；
(204)特征测量：检测边缘破损的特征为数量、尺寸和位置；检测划痕的数量、长度和最小外接圆圆心的坐标；
(205)结果输出：根据步骤(204)的测量结果，记录边缘破损的数量、尺寸和位置，同时记录划痕数量、长度和最小外接圆圆心的坐标并将其输出给控制系统，用以控制二级相机的运行。
所述图像采集与处理对二级相机采集图像的处理过程为：
(301)图像预处理：通过中值滤波对图像进行去噪处理以提高图像的质量；
(302)图像分割：通过阈值法或者边缘检测算法将镜片的图像背景从中分割出来，将疵病的图像从镜片中分割出来；
(303)疵病识别：根据疵病的圆度、长宽比和填充度的特征识别出划痕；
(304)特征测量：主要测量划痕的长度和直径；
(305)结果输出：根据步骤(304)的测量结果，记录划痕的长度和直径。
本发明的有益效果：
使用两级相机结构采集图像，其中一级相机采用较大的视场较低的精度采集待检物的图像，主要用于准确检测较大的疵病，并对较小的疵病进行定位并将定位发送给控制系统；控制系统根据疵病位置发出信号给一维导轨，控制二级相机在垂直传送带移动方向定位疵病；同时根据传送带的速度和疵病的位置信息控制二级相机的快门，在平行传送带方向对疵病进行定位，从而对疵病定位。二级相机通过较小的视场较高的精度采集较小的疵病的图像，主要用于精确检测较小尺寸的疵病，如果较小尺寸疵病数量较多，可以增加二级相机的数量。通过两级结构，实现对不同尺寸疵病的不同精度的测量，满足对待检物疵病的检测要求。通过控制系统对两次采集图像处理的结果，实现对所有疵病尺寸的精确测量。
附图说明
图1为本发明实施例检测装置的示意图；
图1中：1底座和支架，2传送带，3待检物一，4控制系统，5第一光源，6一级相机，7一维导轨，8二级相机，9第二光源，10待检物二；
图2为二级相机工作示意图；
图2中：7一维导轨，8二级相机，10待检物二，11二级相机拍摄区域；
图3为照明方式示意图；
图3中：3待检物一，5第一光源，6一级相机；
图4为图像处理程序一流程图；
图5为图像处理程序二的流程图。
具体实施方式
以下将参考相关附图，说明本发明的特征。
图1为发明实施例一种检测装置的示意图，待检物可以是手机镜片、相机镜片、光学镜片和手机外壳等等。以手机镜片为例，镜片疵病主要是边缘破损和表面划痕。边缘破损的尺寸一般大于0.5mm，属于较大疵病；表面划痕的直径最小约为0.01mm，属于较小疵病。手机镜片的分级主要依据疵病的尺寸、位置和数量，对边缘破损的测量达到精度0.05-0.2mm即可满足要求，对划痕要的测量精度要达到0.002-0.005mm才能满足要求，具体精度因不同的检测标准而异。当相机拍摄的图像精度达到0.01-0.05mm时，虽然无法满足对划痕的测量精度要求，但是可以满足对边缘破损的测量精度要求，同时可以识别出划痕，确定划痕的数量、长度和位置，然后通过另一个相机采用较小的视场采集划痕的图像，以达到较高的测量精度(0.002-0.005mm)，满足对划痕的测量精度要求。根据不同的检测标准，如果合格的手机镜片表面最多允许一条划痕，则只采用一个二级相机采集划痕的图像；如果最多允许的划痕数量超过一条，则相应增加二级相机数量，使二级相机的数量和合格手机镜片最多所允许的划痕数量相等，分别采集各个划痕的图像；如果手机镜片表面划痕数量超过允许数量、长度超过最大允许长度或者不包括划痕，第二级相机不工作。
具体的实施过程为，参照示意图1，待检物为手机镜片，将手机镜片等距放置在匀速运动的传送带2上，当手机镜片3运动到一级相机6下方时，一级相机6拍摄手机镜片的图像，并发送给控制系统4处理，控制系统通过图像处理程序一获得边缘破损的数量、尺寸和位置信息，同时获得划痕的数量、长度和位置信息。根据手机镜片分级标准，合格的手机镜片，表面所允许的划痕的数量和长度一定，这里以合格的手机镜片表面最多允许一条划痕为标准。如果手机镜片表面划痕的长度大于合格手机镜片所允许的最大长度(废品，无需进一步检测)、数量多于一条(废品，无需进一步检测)或者没有划痕，第二级相机8不工作；如果手机镜片表面只有一条划痕并且长度在合格镜片所允许的范围内，第二级相机8工作，参照示意图2，控制系统4根据划痕的位置控制一维导轨7左右运动(图示箭头方向)，使二级相机8移动至和手机镜片包含划痕部位11在垂直传送带2方向重合的位置，实现对划痕垂直传送带2方向的定位。通过传送带2的移动和控制系统4控制二级相机8的快门拍摄时间实现对划痕沿传送带2移动方向的定位，当手机镜片10匀速运动到二级相机8的下方时，控制系统4根据划痕的位置，通过控制二级相机8的快门采集划痕的图像并发送给控制系统4，控制系统4通过图像处理程序二获得划痕的尺寸，从而完成对手机镜片全部疵病的精确检测。系统记录两次处理的结果，为镜片的分级提供依据。
如果依据手机镜片检测标准，镜片表面允许的划痕数量为两条或者n条(n>2)，以最多允许两条划痕为例，相应增加二级相机的数量为两个，沿传送带移动方向依次排列，采用的配置、照明方式和安装方式与只有一个二级相机时相同。如果手机镜片表面划痕长度大于允许长度(废品，无需进一步检测)、数量多于两条(废品，无需进一步检测)或者没有划痕，两个二级相机都不工作；如果镜片表面只有一条划痕并且长度在允许范围内，只有二级相机一工作，工作方式同只有一个二级相机；如果镜片表面有两条划痕并且长度在允许范围内，两个二级相机都工作，分别采集两个划痕的图像。
一级相机的视场和镜片尺寸相关，像素与相机视场和检测精度相关，对于100mm*100mm的镜片，检测精度达到0.05mm时，相机视场大于100mm*100mm，像素大于2000*2000。二级相机视场和划痕长度相关，像素与视场和检测精度相关，对于长度大于5mm的划痕，检测精度达到0.002mm时，相机视场大于10mm*10mm，像素大于2500*2500。
传送带的移动速度由控制系统处理速度决定，如果控制系统对单个镜片的处理时间最长为2s，则传送带的移动速度保证同个相机采集镜片图像的时间间隔大于2s。
系统照明方式参照示意图3，两级相机的照明方式相同，以第一级相机的照明方式说明，第一光源5发出的光线倾斜照射手机镜片(待检物一)3，如果手机镜片表面没有疵病，无光线或只有少量光线进入一级相机6，采集的图像灰度值比较均匀；如果手机镜片表面有疵病，光线经过疵病的散射，有大量光线进入一级相机6，采集的图像表现为亮的疵病和灰度值低于疵病的暗的背景。由于散射的影响，相机可以采集到低于相机分辨极限的疵病图像。
参照图4，图像处理程序一的具体过程包括以下步骤：
(201)图像预处理：通过中值滤波对图像进行去噪处理以提高图像的质量；
(202)图像分割：通过阈值法或者边缘检测等图像分割算法将镜片的图像背景从中分割出来，将疵病的图像从镜片中分割出来；
(203)疵病识别：根据疵病的特征判断疵病的种类，例如疵病的面积、位置、圆度(最大半径与最小半径的比)、长宽比(最小外接矩形的长与宽的比)和填充度(面积和最近外接圆的面积比)等特征，可以选择多个特征以增加疵病识别的准确率；
(204)特征测量：对于边缘破损，主要测量的特征为数量、尺寸和位置；对于划痕，主要测量其数量、长度和最小外接圆圆心的坐标(以确定划痕的位置)；
(205)结果输出：根据步骤(204)的测量结果，记录边缘破损的数量、尺寸和位置，同时记录划痕数量、长度和最小外接圆圆心的坐标并将其输出给控制系统，用以控制二级相机6的运行。
参照图5，图像处理程序二的具体过程包括以下步骤：
(301)图像预处理：通过中值滤波对图像进行去噪处理以提高图像的质量；
(302)图像分割：通过阈值法或者边缘检测等图像分割算法将镜片的图像背景从中分割出来，将疵病的图像从镜片中分割出来；
(303)疵病识别：根据疵病的特征识别出划痕，例如疵病的圆度(最大半径与最小半径的比)、长宽比(最小外接矩形的长与宽的比)和填充度(面积和最近外接圆的面积比)等特征，可以选择多个特征以增加疵病识别的准确率；
(304)特征测量：主要测量划痕的尺寸，包括长度和直径；
(305)结果输出：根据步骤(304)的测量结果，记录划痕的尺寸。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例说明如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案内，当可利用上述说明的方法及技术内容作些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是为脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案内。

Claims (5)

1.一种视觉在线检测系统，包括底座和支架(1)、传送带(2)、控制系统(4)、一级相机(6)和二级相机(8)，其特征在于：所述传送带(2)固定于底座和支架(1)上，所述底座和支架(1)的支架上设置有一级相机(6)和二级相机(8)，所述一级相机(6)和二级相机(8)垂直于所述传送带(2)的上表面且彼此间隔，所述二级相机(8)与底座和支架(1)的连接处设有一维导轨(7)；所述控制系统(4)分别与传送带(2)、一级相机(6)、二级相机(8)和一维导轨(7)连接，用于控制传送带(2)和一维导轨(7)的运动，以及一级相机(6)、二级相机(8)的图像采集与处理；所述一级相机(6)的测量精度低于二级相机(8)的测量精度，所述一级相机(6)的视场大于二级相机(8)；所述二级相机(8)根据一级相机(6)的处理结果决定工作与否。
2.根据权利要求1所述的一种视觉在线检测系统，其特征在于：所述一级相机(6)的测量精度为0.05-0.2mm，所述二级相机(8)的测量精度为0.002-0.005mm。
3.根据权利要求1所述的一种视觉在线检测系统，其特征在于：所述底座和支架(1)上设置有第一光源(5)和第二光源(9)，所述第一光源(5)照射在一级相机(6)的视场范围，所述第二光源(9)照射在二级相机(8)的视场范围。
4.根据权利要求1所述的一种视觉在线检测系统，其特征在于：所述图像采集与处理对一级相机(6)采集图像的处理过程为：
(201)图像预处理：通过中值滤波对图像进行去噪处理以提高图像的质量；
(202)图像分割：通过阈值法或者边缘检测算法将镜片的图像从背景中分割出来，将疵病的图像从镜片中分割出来；
(203)疵病识别：根据疵病的面积、位置、圆度、长宽比和填充度判断疵病的种类；
(204)特征测量：检测边缘破损的特征为数量、尺寸和位置；检测划痕的数量、长度和最小外接圆圆心的坐标；
(205)结果输出：根据步骤(204)的测量结果，记录边缘破损的数量、尺寸和位置，同时记录划痕数量、长度和最小外接圆圆心的坐标并将其输出给控制系统，用以控制二级相机(8)的运行。
5.根据权利要求1所述的一种视觉在线检测系统，其特征在于：所述图像采集与处理对二级相机(8)采集图像的处理过程为：
(301)图像预处理：通过中值滤波对图像进行去噪处理以提高图像的质量；
(302)图像分割：通过阈值法或者边缘检测算法将镜片的图像从背景中分割出来，将疵病的图像从镜片中分割出来；
(303)疵病识别：根据疵病的圆度、长宽比和填充度的特征识别出划痕；
(304)特征测量：主要测量划痕的长度和直径；
(305)结果输出：根据步骤(304)的测量结果，记录划痕的长度和直径。
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