CN104713887A

CN104713887A - 一种检测平面缺陷的方法

Info

Publication number: CN104713887A
Application number: CN201510120801.6A
Authority: CN
Inventors: 韩立; 王永宁; 朱志华; 李昌海
Original assignee: CITIC Dicastal Co Ltd
Current assignee: CITIC Dicastal Co Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: CN104713887B

Abstract

本发明提供一种用于检测平面缺陷的方法和系统。在该方法和系统中，通过在三种点光源条件下拍照，并对数据进行处理，实现了平面表面缺陷的高精度测量。

Description

一种检测平面缺陷的方法

技术领域

本发明涉及工业测量领域，具体地涉及一种检测平面缺陷的方法。

背景技术

在铸造、车床加工以及锻造所产生的表面上，有可能存在金属表面的缺陷。如果采取人工检查的方法进行检测，可能由于人员的注意力集中程度有限以及疲劳而导致漏检。

目前，在本领域内也有通过图像识别的方式来进行表面缺陷检测的方法。然而，该检测方法中仍然存在漏检率较高的现象。尤其是当表面是纯色表面或者金属光滑表面时，各个方向上的缺陷在成像上区别不大，这就限制了检测的准确度，影响了最终产品的性能。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在纯色表面或者金属光滑表面上仍然能够快速判断金属表面缺陷的方法。

具体地，本发明提供了以下的技术方案：

在本发明的一个方面，提供了一种检测平面缺陷的方法，照相机的镜头轴线与待测平面的中心对齐，并且该方法包括步骤：(1)在第一光照条件下采集待测平面的第一照片，在第一光照条件下，点光源位于偏离照相机的镜头轴线的位置；(2)在第二光照条件下采集待测平面的第二照片，在第二光照条件下，点光源位于偏离照相机的镜头轴线的位置，并且点光源相对于照相机的镜头轴线的方向与第一光照条件下的点光源相对于照相机的镜头轴线的方向成60-180度的角；(3)在第三光照条件下采集待测平面的第三照片，在第三光照条件下，点光源位于偏离照相机的镜头轴线的位置，并且点光源相对于照相机的镜头轴线的方向与第一和第二光照条件下的点光源相对于照相机的镜头轴线的方向成60-180度的角；(4)将第一照片、第二照片和第三照片通过浮点算法转化为第一照片灰度图、第二照片灰度图和第三照片灰度图；(5)将第一照片灰度图、第二照片灰度图和第三照片灰度图在每个像素位置上的灰度数值计算平均值，并且以像素所在的横向和纵向编号为X和Y轴，以平均灰度值为Z轴绘制参考曲面图；(6)在步骤(5)所得到的参考曲面图中寻找曲面图中的局部凹陷或者抬升的区域；以及(7)寻找曲面图中的局部凹陷或者抬升的区域对应于金属表面的区域。

在本发明一个优选的方面，在步骤(6)中，寻找曲面图中的局部凹陷或者抬升的区域是通过以下的方法来完成的：I)将参考曲面图沿X轴方向平均划分成Nx格，沿Y轴方向平均划分成Ny格，并且赋予每个方格以X方向的坐标xi和Y方向的坐标yi；II)在各个的方格中，计算该方格中各个像素的灰度平均值，其中X方向的坐标为xi，Y方向的坐标为yi的方格的灰度平均值记录为Grey(xi,yi)；III)选定X方向的坐标为xi，Y方向的坐标为yi的方格，并且计算A(xi,yi)＝Grey(xi+1,yi+1)-Grey(xi,yi)；以及IV)对于A(xi,yi)，计算C(xi,yi)＝[A(xi,yi)-A(xi+1,yi+1)]*[A(xi+2,yi+2)-A(xi+1,yi+1)]的数值是否大于零，如果在所有的方格中C(xi,yi)大于0，则判断待测金属表面不存在明显缺陷，如果在方格C(xi,yi)小于等于0.则判断金属表面在(xi，yi)位置存在明显缺陷。

在本发明一个优选的方面，所述的Nx和Ny为20-200。

在本发明一个优选的方面，第一光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向和第二光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向的夹角为120度，第二光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向和第三光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向的夹角为120度。

在本发明一个优选的方面，点光源位于照相机的镜头的视界之外。

在本发明一个优选的方面，步骤6)是通过人工观察参考曲面图来得到的。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于检测平面缺陷的装置，所述的装置包括暗室(1)、照相机(2)、点光源(3)、点光源(4)、点光源(5)和待测平面台架(6)，并且照相机(2)安装在暗室的第一侧面上，点光源(3)、(4)和(5)分别安装为其所在平面和第一侧面平行，并且位于照相机(2)的镜头视界之外。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于检测平面缺陷的系统，其特征在于，所述的系统包括前文所述的装置，连接到所述的照相机(2)的图像采集卡和连接到图像采集卡的图像处理器，并且图像处理器按照前文所述的方法来处理所获得的图像。

本发明的技术方案的有益技术效果在于操作简便，并且可以获得高精确度的表面特征。对于某些金属表面或者纯色表面的缺陷探测有非常精确的效果。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1：实施例1所述的用于检测平面缺陷的装置的截面图

图2：实施例1所述的用于检测平面缺陷的装置的另一个视角的示意图；

其中1-暗室；2-照相机；3-点光源；4-点光源；5-点光源；6-待测平面台架；

图3：在第一光照条件下Grey(xi,yi)的图；

图4：在第二光照条件下Grey(xi,yi)的图；

图5：在第三光照条件下Grey(xi,yi)的图；

图6：参考曲面图图；以及

图7：A(xi,yi)图；

图8：C(xi,yi)图。

具体实施方式

实施例1：用于检测平面缺陷的装置和系统

按照图1和图2所描述的方式搭建检测装置，并且在暗室外，将图像采集卡连接到照相机，并且在图像采集卡连接图像处理器。所述的图像处理器是电子计算机。

实施例2：使用实施例1所述的装置和系统来检测表面的缺陷

取铸造并且打磨抛光的金属片一块，其长度和宽度均为1.75厘米，其在左上角具有微小瑕疵。在三个光照条件下分别拍照和进行灰度化处理。其中从RGB到灰度的计算方法为：

Grey＝0.31*Red+0.40*Yellow+0.39*Blue

照相得到了1200*1200的图片。

将金属表面划分为40*40的方格，每个方格具有30*30的像素，将各个灰度值在每个方格中求平均，得到图3-5所示的三个光照条件下的灰度示意图。选定X方向的坐标为xi，Y方向的坐标为yi的方格，并且计算A(xi,yi)＝Grey(xi+1,yi+1)-Grey(xi,yi)。对于A(xi,yi)，计算C(xi,yi)＝[A(xi,yi)-A(xi+1,yi+1)]*[A(xi+2,yi+2)-A(xi+1,yi+1)]的数值是否大于零，如果在所有的方格中C(xi,yi)大于0，则判断待测金属表面不存在明显缺陷，如果在方格C(xi,yi)小于等于0.则判断金属表面在(xi，yi)位置存在明显缺陷。

分别使用以下的方法，判断金属表面是否具有缺陷，以及位于什么位置：

(1)肉眼观测：很难判断金属片是否存在缺陷。

(2)通过图3来进行判断：发现左上角处存在缺陷，但是此数据显示较为模糊。

(3)通过图4来进行判断：发现左上角处存在缺陷，但是此数据显示较为清楚。

(4)通过图5来进行判断：很难判断金属片是否存在缺陷。

通过方法(1)-(4)可见，简单通过光学直接成像(肉眼或者照相)均可能造成表面缺陷判断的误差甚至错误。光学直接成像的成功与否取决于点光源所在的位置。试验还表明，面光源的情况下光滑金属表面很可能由于表面状态较为均一而不产生影或者亮点，更难判断金属表面的缺陷(数据未显示)。

(5)通过图6来判断：发现左上角存在缺陷，并且该数据显示非常清楚。

(6)通过图7来判断：发现左上角存在缺陷，并且该数据显示缺陷信号被进一步放大。

(7)通过图8来判断：发现左上角存在缺陷，并且该数据显示缺陷信号被进一步放大，极为直观。

以上的实施例表明，通过三点测光然后加以重合，克服了缺陷的几何方向性带来的误差，并且使得检测结果能够表现表面上的真实状态。通过步骤(6)的方法进行处理数据得到C参数之后，能够进一步加强数据中的缺陷指标，更加利于观察。

Claims

1.一种检测平面缺陷的方法，其特征在于，照相机的镜头轴线与待测平面的中心对齐，并且该方法包括步骤：

(1)在第一光照条件下采集待测平面的第一照片，在第一光照条件下，点光源位于偏离照相机的镜头轴线的位置；

(2)在第二光照条件下采集待测平面的第二照片，在第二光照条件下，点光源位于偏离照相机的镜头轴线的位置，并且点光源相对于照相机的镜头轴线的方向与第一光照条件下的点光源相对于照相机的镜头轴线的方向成60-180度的角；

(3)在第三光照条件下采集待测平面的第三照片，在第三光照条件下，点光源位于偏离照相机的镜头轴线的位置，并且点光源相对于照相机的镜头轴线的方向与第一和第二光照条件下的点光源相对于照相机的镜头轴线的方向成60-180度的角；

(4)将第一照片、第二照片和第三照片通过浮点算法转化为第一照片灰度图、第二照片灰度图和第三照片灰度图；

(5)将第一照片灰度图、第二照片灰度图和第三照片灰度图在每个像素位置上的灰度数值计算平均值，并且以像素所在的横向和纵向编号为X和Y轴，以平均灰度值为Z轴绘制参考曲面图；

(6)在步骤(5)所得到的参考曲面图中寻找曲面图中的局部凹陷或者抬升的区域；以及

(7)寻找曲面图中的局部凹陷或者抬升的区域对应于金属表面的区域。

2.权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中，寻找曲面图中的局部凹陷或者抬升的区域是通过以下的方法来完成的：

I)将参考曲面图沿X轴方向平均划分成Nx格，沿Y轴方向平均划分成Ny格，并且赋予每个方格以X方向的坐标xi和Y方向的坐标yi；

II)在各个的方格中，计算该方格中各个像素的灰度平均值，其中X方向的坐标为xi，Y方向的坐标为yi的方格的灰度平均值记录为Grey(xi,yi)；

III)选定X方向的坐标为xi，Y方向的坐标为yi的方格，并且计算A(xi,yi)＝Grey(xi+1,yi+1)-Grey(xi,yi)；以及

IV)对于A(xi,yi)，计算C(xi,yi)＝[A(xi,yi)-A(xi+1,yi+1)]*[A(xi+2,yi+2)-A(xi+1,yi+1)]的数值是否大于零，如果在所有的方格中C(xi,yi)大于0，则判断待测金属表面不存在明显缺陷，如果在方格C(xi,yi)小于等于0.则判断金属表面在(xi，yi)位置存在明显缺陷。

3.权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的Nx和Ny为20-200。

4.权利要求1所述的方法，其特征在于，第一光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向和第二光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向的夹角为120度，第二光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向和第三光照条件下点光源相对于照相机的镜头轴线的方向的夹角为120度。

5.权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，点光源位于照相机的镜头的视界之外。

6.权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤6)是通过人工观察参考曲面图来得到的。

7.一种用于检测平面缺陷的装置，其特征在于，所述的装置包括暗室(1)、照相机(2)、点光源(3)、点光源(4)、点光源(5)和待测平面台架(6)，并且照相机(2)安装在暗室的第一侧面上，点光源(3)、(4)和(5)分别安装为其所在平面和第一侧面平行，并且位于照相机(2)的镜头视界之外。

8.一种用于检测平面缺陷的系统，其特征在于，所述的系统包括权利要求7所述的装置，连接到所述的照相机(2)的图像采集卡和连接到图像采集卡的图像处理器，并且图像处理器按照权利要求1-6中任一项的方法来处理所获得的图像。