CN104180772A - 一种视觉检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测技术，特别涉及一种检测物体轮廓的视觉检测装置。一种视觉检测装置，包括：透明平板、光源、成像装置以及图像分析装置，其中：所述透明平板的一面为粗糙面，所述光源位于所述透明平板的粗糙面一侧并照向所述粗糙面，所述成像装置位于所述透明平板的另一侧；所述成像装置获得位于所述透明平板的粗糙面和光源之间的被测物在所述粗糙面上投影出的图像，所述图像分析装置根据所述图像分析所述被测物的轮廓。

Description

一种视觉检测装置

技术领域

本发明涉及检测技术，特别涉及一种检测物体轮廓的视觉检测装置。  

背景技术

在工业生产领域，需要对工业产品提供快速高效的检测手段。特别是型材生产、钣金加工等领域，通过对这些产品的轮廓进行测量，测量获得的轮廓数据可用于进一步计算轮廓的尺寸、轮廓形状所构成的图形等。如测量型材的垂直截断面或者钣金件的平面轮廓等，即可完成有关尺寸、位置等参数的检测，从而可以判断生产出的型材或者钣金件是否符合设计要求。同时，测量型材的截断面是否存在较大误差，也是判断挤压磨具是否磨损，供料机各项参数否正常的重要依据。 

型材的截面是典型的二维形状，通常利用机器视觉检测技术进行检测。机器视觉检测技术，是利用照相机或摄像机作为图像设备来获取被检测物体的图像，并对获取的图像进行数据处理来完成检测的技术。照相机获取的是三维空间中被测物的二维图像，而这个物体的二维图像的大小与被测物自身的大小有关，同时还与被测物与照相机的距离有关。也就是说，用照相机拍摄同一个物体，在与照相机垂直距离较远处获得的图像要比距离照相机较近处获得的图像要小，这种现象称为透视现象。考虑到透视现象，被检测物体的实际尺寸与其影像的尺寸比，与物距和像距之比成正比，其中物距为物体到镜头光心的垂直距离，像距为影像与镜头光心的垂直距离。 

利用机器视觉技术检测型材，简单有效的方式是照相机镜头正对着型材的截断面，并使镜头的光轴垂直于这个截断面来获取图像。同时，与传统的成像方式不同，利用视觉技术检测物体的轮廓时，会利用物体本身不透光的特性，辅助以背景光源。这样获取的物体图像，物体本身是暗的，而背景部分是亮的，有利于物体轮廓的提取。以型材检测为例，这种检测方式需要解决两问题，一个是要知道型材截面与照相机的精确距离，因为这个距离是轮廓尺寸数据的重要参数。另一个问题是透视现象对型材的影响，型材具有一定的长度，如果型材具有前后两个截面，两个截面都垂直于照相机的光轴，距离照相机近的那个截面为待检测面，距离照相机较远的那个截面成为远端截面。那么对于型材的内孔来说，远端截面上的内孔在照相机上的成像就会小于距离照相机较近那个待检截面上的内孔在照相机上的成像，这样就会影响型材轮廓的提取，影响内孔的测量结果。 

解决方式之一是利用型材的高度对这种测量进行补偿，型材的高度可以对物距进行补偿，但无法消除透视现象对型材内孔成像的影响。另一解决方法是使用远心镜头。由于远心镜头自身的技术特点，其检测的范围受到其视场的影响无法做到很大，使其检测范围具有一定限制。视场相对较大的远心镜头价格十分昂贵，大大增加系统成本。 

上述问题在检测其他物体轮廓时也同样存在。 

发明内容

本发明为了消除透视现象对物体检测的影响，同时避免使用远心镜头，提供一种视觉检测装置。 

一种视觉检测装置，包括：透明平板、光源、成像装置以及图像分析装置，其中： 

所述透明平板的一面为粗糙面，所述光源位于所述透明平板的粗糙面一侧并照向所述粗糙面，所述成像装置位于所述透明平板的另一侧；

所述成像装置获得位于所述透明平板的粗糙面和光源之间的被测物在所述粗糙面上投影出的图像，所述图像分析装置根据所述图像分析所述被测物的轮廓。

进一步，所述的透明平板水平设置，且粗糙面朝向上方，所述的光源位于所述透明平板上方，所述的成像装置位于所述透明平板下方。 

更进一步，所述的透明平板为所述被测物的承载面，所述被测物在所述粗糙面上投影出的图像为所述被测物与所述粗糙面的接触面在所述粗糙面上投影出的图像。 

其中，所述的光源为面光源。 

其中，所述透明平板为玻璃、水晶、树脂或有机玻璃等材料制成的透明平板。 

其中，所述粗糙面为具有光线漫反射性质的均匀半透明面。所述的均匀半透明面为采用磨砂工艺形成的半透明面、喷砂工艺形成的半透明面或化学腐蚀工艺形成的半透明面。或者所述的均匀半透明面为粘贴在透明板体上的一层均匀半透明贴纸。 

所述成像装置的光轴与所述粗糙面垂直。 

本发明提供的视觉检测装置利用透明平板材料的粗糙面辅助成像，将被检测物体在透明平板的粗糙面上形成投影，并在透明平板的透明面方向获取被测物的轮廓图像，这样可以固定照相机与透明平板粗糙面之间的距离，能够避免被检物体自身高度引起的检测距离的变化，通过透明平板与背景光源的作用，可以消除透视现象造成的物体远端轮廓的影响，避免成像系统采用昂贵的远心镜头。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种视觉检测装置的结构示意图； 

图2是本发明实施例中提到的工字钢片段的结构示意图；

图3是利用本发明提供的视觉检测装置检测图2所示的工字钢片段时，工字钢片段在透明板体粗糙面上投影出的图像。 

具体实施方式

本发明实施例为解决现有技术存在的问题，提供一种视觉检测装置，利用透明平板的粗糙面辅助成像，将被检测物体投影到透明平板的粗糙面上，并在透明平板另一侧的透明面方向获取被测物的轮廓图像，能够避免被检物体自身高度引起的检测距离的变化，从而消除透视现象对物体检测的影响。下面以具体实施例并结合附图详细说明本发明。 

在下面给出的具体实施例中，选择单面磨砂平板玻璃作为一面为粗糙面的透明平板，其他例如水晶、树脂或有机玻璃等材料制成的透明平板都可以。 

如图1所示，本发明实施例提供的视觉检测装置包括： 

组成成像装置的照相机1和镜头2；

平板玻璃3，其中平板玻璃具有透明面4和磨砂的粗糙面5；

光源9位于粗糙面5一侧并照向粗糙面5，照相机1和镜头2位于透明面4一侧； 

平板玻璃3水平设置，粗糙面5朝向上方，被测物6承载在粗糙面5上，由于光源9的作用，被测物6的待测轮廓在粗糙面5投影出影像7，被测物体具有远端面8。

本发明实施例中还包括图像分析装置10，可以和照相机1通过数据线连接，获得照相机1中对影响7拍摄的图像，并根据照相机1获得的影像7的图像分析被测物6的轮廓。本发明的图像分析装置10中采用的图像分析技术，为现有视觉检测装置中采用的图像分析技术。 

上述实施例中，将平板玻璃的其中一个平面处理成粗糙面，例如进行磨砂工艺处理，并保持另一个平面清洁透明。光源与被测物放置在平板玻璃粗糙面一侧，被测物位于光源与平板玻璃之间，被测物的待检测轮廓投影在平板玻璃的粗糙面上。照相机位于平板玻璃透明的一侧，对焦平面为平板平板玻璃的粗糙面。照相机获取被测物在玻璃粗糙面上轮廓图像，图像分析装置对这个影像的图像进行图像处理，可计算出被测物的二维轮廓信息，进一步可利用这个轮廓信息计算出物体的二维尺寸，计算出轮廓的形状。 

以型材检测为例，图2是一个工字钢片段的结构示意图，图3为利用本发明提供的视觉检测装置检测图2所示的工字钢片段时，工字钢片段在磨砂玻璃粗糙面上正投影出的图像。由于光源与被测物位于磨砂玻璃磨砂面一侧，光源的光线投向被测物背部，照相机位于磨砂玻璃透明面一侧，照相机镜头由磨砂玻璃透明侧指向工字钢片段，并对焦在工字钢片段的对准点位置12。由于照相机与被测平面的位置相对固定，则物距h2相对固定，而工字钢片段自身的高度或厚度h1不会对检测过程造成影响，同时，由于磨砂玻璃与背景光源的相互作用，工字钢片段的远端面8的轮廓不会投影到磨砂平面上，而工字钢片段的待检测截面可以清晰投影在磨砂面上，保证了正确地获取物体待测轮廓的图像。因此在不使用远心镜头的情况下，利用磨砂玻璃就可以消除透视现象对物体检测的影响。 

图1仅为本发明实施例的一个具体示例，在本发明实施例中，磨砂玻璃可以被一面为粗糙面的水晶、树脂或有机玻璃等材料替代，上述任何一种材料制成的透明平板都可以。只要一面处理成具有光线漫反射性质的均匀半透明面即可。均匀半透明面可以为采用磨砂工艺、喷砂工艺或化学腐蚀工艺形成。或者为粘贴在透明板体上的一层均匀半透明贴纸。 

图1所示的透明板体不限于水平放置，透明平板水平设置，且粗糙面朝向上方，仅仅是本发明一种较佳的实施例，在这个实施例中，透明平板可以方便的承载被测物，这时被测物在粗糙面上投影出的图像为所述被测物与所述粗糙面的接触面在所述粗糙面上投影出的图像。其他任何一种变型的实施例中，只要满足：光源位于透明平板的粗糙面一侧并照向所述粗糙面，所述成像装置位于所述透明平板的另一侧即可。因此被测物体和成像装置的位置关系不限于上下放置，也可以任意相对的位置关系设置，只要透明平板以上述要求位于二者之间即可，透明平板可以在被测物体和成像装置之间，以任意角度放置，如果因为放置角度使得投影的图像不是被测物体的正投影，则可以利用现有的图像分析补偿技术进行补偿，仍然可以获得需要的轮廓数据。 

本发明实施例中，光源可以为面光源，也可以是点光源阵列，并不限定。并且光源可以是固定亮度，也可以是可调亮度。 

本发明实施例中，照相机可以是线阵相机，也可以是面阵相机等，并不限定。镜头,可以是定焦镜头，也可以是变焦镜头等，并不限定。 

本发明实施例中，尽管以型材检测为例进行说明，但被测物不仅仅限于型材，具有类似特性物体的轮廓，都可以用本发明提供的视觉检测装置进行检测。 

本发明利用透明平板材料粗糙面辅助成像的视觉检测装置，利用被检测物体在透明平板的粗糙面上形成投影，并在透明平板的透明面方向获取被测物的轮廓图像，通过固定照相机与透明平板粗糙面的距离，能够避免被检物体自身高度引起的检测距离的变化。通过透明平板与背景光源的作用，可以消除透视现象造成的物体远端轮廓的影响，避免成像系统采用昂贵的远心镜头。与现有的物体二维形状检测方法相比，本发明具有如下显著特点： 

固定了被检测物体的被测平面与成像系统的位置，无需测量被测物的高度厚度等参数；

由于使用了例如磨砂玻璃辅助成像，磨砂玻璃表面具有漫反射性质，直接投影在磨砂面的影像可以透过玻璃被另一端的照相机捕捉到，而距离磨砂面较远的物体，如型材的另一个截面，无法透过玻璃被照相机捕捉到，这样就消除了具有一定高度的型材，由于透视现象对检测结果的影响。

本发明实现的视觉检测装置方法简单，易于实现，可以大大节约检测成品，缩短产品检验周期。 

本发明实现的视觉检测装置具有显著的经济效益，为工业生产环节提供快速，可靠的质量检测手段，有效提高工业生产的产品质量，提高产品竞争力；挤压型材产品广泛用于建筑、工程、医疗、军事等多个领域，提高产品质量，必然提高产品的安全性，减少安全隐患，具有明显的社会效益。 

虽然通过以上实施例揭示了本发明，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或同等元件来替换。 

综上所述，本发明提出的视觉检测装置具有实现简单、成本低、无污染、运行安全等各项优点，特别是能有效解决目前挤压型材截断面检测效率低下的问题，提高了型材产品的质量和产量，具挤压型材产品广泛用于建筑、工程、医疗、军事等多个领域，提高产品质量，必然提高产品的安全性，减少安全隐患，具有明显的社会效益。 

以上参照附图对本发明的具体实现方式进行了详细说明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。  

Claims (9)

1.一种视觉检测装置，其特征在于，包括：透明平板、光源、成像装置以及图像分析装置，其中：

所述透明平板的一面为粗糙面，所述光源位于所述透明平板的粗糙面一侧并照向所述粗糙面，所述成像装置位于所述透明平板的另一侧；

所述成像装置获得位于所述透明平板的粗糙面和光源之间的被测物在所述粗糙面上投影出的图像，所述图像分析装置根据所述图像分析所述被测物的轮廓。

2.如权利要求1所述的视觉检测装置，其特征在于，所述的透明平板水平设置，且粗糙面朝向上方，所述的光源位于所述透明平板上方，所述的成像装置位于所述透明平板的下方。

3.如权利要求2所述的视觉检测装置，其特征在于，所述的透明平板为所述被测物的承载面，所述被测物在所述粗糙面上投影出的图像为所述被测物与所述粗糙面的接触面在所述粗糙面上投影出的图像。

4.如权利要求1所述的视觉检测装置，其特征在于，所述的光源为面光源。

5.如权利要求1~4任一所述的视觉检测装置，其特征在于，所述透明平板为玻璃、水晶、树脂或有机玻璃等材料制成的透明平板。

6.如权利要求5所述的视觉检测装置，其特征在于，所述粗糙面为具有光线漫反射性质的均匀半透明面。

7.如权利要求6所述的视觉检测装置，其特征在于，所述的均匀半透明面为采用磨砂工艺形成的半透明面、喷砂工艺形成的半透明面或化学腐蚀工艺形成的半透明面。

8.如权利要求6所述的视觉检测装置，其特征在于，所述的均匀半透明面为粘贴在透明板体上的一层均匀半透明贴纸。

9.如权利要求1~4任一所述的视觉检测装置，其特征在于，所述成像装置的光轴与所述粗糙面垂直 。