CN105259189B - 玻璃的缺陷成像系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本公开是关于一种玻璃的缺陷成像系统，包括：第一光源与第二光源，均是由LED灯珠模块组构成的条形光源，其中，所述第一光源位于玻璃下侧，第二光源位于玻璃上侧，二者以一定角度照射玻璃同一片区域，第一光源产生的透射光与第二光源产生的反射光能平行通过图像采集装置的相机镜头的主光轴；第一光源与第二光源按照预先设置好的一套制式进行打光模式的切换，在玻璃上形成明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射的不同打光效果；图像采集装置，完成对所述制式被完整执行一次的时间内所有打光效果下的玻璃成像采集。本公开充分利用多种打光模式下的图像信息定位与识别玻璃表面的缺陷，能够全面并准确地判断玻璃表面的缺陷类型。
Description
技术领域
本公开涉及玻璃的缺陷检测，尤其涉及一种玻璃的缺陷成像系统和方法。
背景技术
在相关技术中，利用玻璃缺陷对明场透射光的扰曲、吸收或对单色光的散射等光学特性，设计一种可植入玻璃生产线中的光电成像装置，这种光电成像装置对成型后传送过程中的玻璃表面进行垂直打光(光源照射)，并通过图像传感器将生产线上的玻璃的被打光部分进行实时扫描成像与分析；根据预设的缺陷光学计算算法提取符合玻璃缺陷光学特征的数据，判断玻璃的缺陷类型。
当然，在部分相关技术中也存在使用人工检验玻璃缺陷的方法，人工检验玻璃表面缺陷的方法为：人工抽检，如图2所示，将抽检的玻璃(通常为长方形)置于两个平行轮辊上，将玻璃一边与轮辊轴向对齐，在玻璃下方两轮辊之间设置与轮辊基本平行的圆柱光源，圆柱光源能够向玻璃下表面打光形成透射效果，玻璃表面能够形成与轮辊轴向平行的条形光带；条形光带的长度与玻璃沿轮辊的轴向宽度相等，条形光带的宽度根据圆柱光源与玻璃的距离来调节，在超过一定亮度阈值的区域为条形光带，具体为，根据玻璃表面距圆柱光源远近的程度，在玻璃表面亮度超过一定阈值的部位定义为条形光带，玻璃上表面的条形光带区域为明场透射，玻璃上表面远离条形光带区域的部分逐渐变暗为暗场透射。由于玻璃可以放置在轮辊上平移，故可以对透射明场和透射暗场的分布进行扫描式的观察。在抽检过程中，质检人员用人眼从透光面扫视透射效果，部分缺陷就可以在这种打光效果下发现。当发现不确定的缺陷或疑似缺陷(例如：起泡)时，用手电筒向玻璃上打侧光，观察玻璃反射的效果，以此来确定是否存在缺陷或缺陷类型。
发明内容
针对目前为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种玻璃的缺陷成像系统该系统包括：
第一光源，置于被测玻璃下表面下侧，对所述被测玻璃进行由下向上的透射光照，其透射光经过所述被测玻璃后进入图像采集装置的相机镜头的主光轴。
第二光源，置于所述被测玻璃上表面上侧，其光线经由所述被测玻璃反射，反射光进入所述图像采集装置的相机镜头的主光轴。
进一步地，所述第一光源与第二光源的光照在所述被测玻璃上形成同一个光带，且经由所述被测玻璃的透射光与反射光的光路保持重合。
进一步地，第一光源由第一LED灯珠模块组构成的第一条形光源；所述第一LED灯珠模块组包括第一单LED灯珠模块同步亮灭单元、第一可调多LED灯珠模块同步亮灭单元和第一全光源LED灯珠模块同步亮灭单元；其中，
所述第一单LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第一制式打光时，第一LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有一个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第一可调多LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第二制式打光时，第一LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有连续多个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第一全光源LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第三制式打光时，全部LED灯珠模组同时打光或同时关闭；
和/或；
第二光源由第二LED灯珠模块组构成的第二条形光源；所述第二LED灯珠模块组包括第二单LED灯珠模块同步亮灭单元、第二可调多LED灯珠模块同步亮灭单元和第二全光源LED灯珠模块同步亮灭单元；其中，
所述第二单LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第四制式打光时，第二LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有一个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第二可调多LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第五制式打光时，第二LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有连续多个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第二全光源LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第六制式打光时，全部LED灯珠模组同时打光或同时关闭。
进一步地，所述图像采集装置包括适应玻璃在产线上的运行方式的线阵相机镜头组，所述线阵相机镜头组用于对所述第一光源和所述第二光源在行进所述被测玻璃中产生的共同光带进行固定视场的成像采集，随着所述被测玻璃的前进，所述线阵相机镜头组的固定视场与所述被测玻璃发生相对移动，以此进行固定视场的成像扫描。
进一步地，所述图像采集装置还包括适应玻璃在产线上的传输速度的位移传感装置，所述位移传感装置用于感应所述被测玻璃前进位移，并利用控制电路响应所述位移传感装置的触发信号；
所述被测玻璃在预定的位置每前进一个视场宽度便触发一次所述第一光源和所述第二光源的预定组合制式，每个所述预定组合制式包含多种所述第一光源的制式与所述第二光源的制式的预定组合，按照预定顺序依次被执行，在所述预定组合制式中一种制式发生后进行拍照，在该制式结束前完成拍照，在所述预定组合制式中下一个制式期间再进行相同方式的拍照，直到所述预定组合制式中的全部制式被执行完；并且完成一次所述预定组合制式的时间小于所述被测玻璃在成像中位移一个像素的时间。
本公开还提供一种玻璃的缺陷成像方法，包括：
制式为根据缺陷的成像和分布特性，对第一光源和第二光源中同步状态下需要打光与不需要打光的LED灯珠模组的分布所进行的预定配置；
在图像采集装置的相机镜头与被测玻璃对焦清晰的基础上，调节向所述被测玻璃打透射光的第一光源及向所述被测玻璃打反射光的第二光源的打光制式，采集在所述第一光源与所述第二光源打光制式下的所述被测玻璃图像；所述被测玻璃图像中至少有一种制式的打光在所述被测玻璃的光带上分布的明暗场能够在所述被测玻璃图像中准确呈现该位置的玻璃缺陷。
进一步地，所述采集在所述第一光源与所述第二光源打光制式下的所述被测玻璃图像步骤中，采集的所述被测玻璃图像以明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射的预定条件进行分类，在所述被测玻璃被完整扫描后，将每个类中扫描结果按照扫描的视场方位和扫描的先后顺序进行图像拼接，得到明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射四种条件下所述被测玻璃的完整图像。
进一步地，对明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射四种条件下所述被测玻璃的完整图像进行缺陷的定位和缺陷类型的判别。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开实施例提供的该系统，能够充分利用图像采集装置有效定位与识别玻璃表面的缺陷，通过光源制式和线阵相机的配合，对玻璃进行固定视场的扫描成像，每次扫描时在视场区域中使用明场透射、明场反射、暗场透射和暗场反射四种打光条件，以此方式扫描整个运动中的玻璃表面，获得四种打光条件下的玻璃全表面成像，以此定位和判别玻璃表面缺陷。
第一光源作为透射光源，其明场透射和暗场透射的效果是相伴相生的，即在玻璃表面透射暗场产生于相邻明场光线透射效果较弱的区域；第二光源作为反射光源，其明场反射和暗场反射的效果亦是相伴相生，即玻璃表面的反射暗场产生于相邻明场反射效果较弱的区域。故光源制式的设置实际上是在调节光源照射在玻璃上的区域的明场与暗场的分布，而明场与暗场的分布取决于玻璃表面缺陷对透射光与反射光的光学特性。
如图3所示，人工检测玻璃表面最困难的缺陷类型为起泡，起泡有开口泡与闭口泡两种形式。如图3所示，如果仅利用所述第一光源对玻璃进行透射明场的打光，则开口泡的成像会引入背景噪声，造成漏检，故需要在几乎同一时刻同一方位追加透射暗场以作识别；然而暗场透射的条件下，朝向表面的开口泡与朝向内部的闭口泡的成像效果接近，容易造成缺陷类型的混淆，故需要使用反射明场与反射暗场加以区别；然而仅用所述第二光源对玻璃一侧进行反射明场的打光，则仅能有效识别出闭口泡；如果追加反射暗场的打光，则可显示出开口泡和闭口泡，但也引入了灰尘或污迹造成的反光干扰，造成缺陷类型的混淆。由此可知，单纯使用所述第一光源和第二光源，容易造成缺陷类型的混淆，从而对缺陷的定位、定性和尺寸造成误判，因此，透射要和反射互相配合，以弥补单一入射方式的不足，通过透射明场、透射暗场、反射明场、反射暗场等多种打光条件下成像的综合判断，准确定位缺陷。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据一示例性实施例示出的一种玻璃的缺陷成像系统工作的示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的人工检查玻璃表面缺陷的成像原理的示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的玻璃缺陷在不同打光条件下的成像特征示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的一次扫描时光源打光与图像采集的时序图；
图5是根据一示例性实施例示出的第一光源和第二光源的结构示意框图；
图6是根据一示例性实施例示出的触发光源制式造成的明暗场分布的示意框图；
图7是根据一示例性实施例示出的被测玻璃成像方法的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1为将该玻璃的缺陷成像系统应用到玻璃生产线上，本公开的玻璃的缺陷成像系统，包括第一光源1、第二光源2和图像采集装置3。
第一光源1用于向玻璃4执行所述不同制式的由下向上的透射光照，玻璃的成像为经由玻璃的透射光产生；第二光源2置于玻璃4上侧，执行不同制式的光照，玻璃的成像为经由玻璃的反射光产生；所述第一光源与第二光源的光照面在玻璃上形成同一个光带5，且透射光与反射光的光路保持重合。
如图5所示，所述第一光源与第二光源均是由若干LED灯珠模块组构成，由于二者打光的区域相同，故其LED灯珠模块组的排列顺序相同，打光的区域也相同。一个LED灯珠模块组由若干LED单元构成。每个LED单元由一个高速开关与LED灯泡组串联，通过高速开关完成对LED灯泡组高速的通断电，以此获得LED灯的高速闪烁，并利用反馈电路保证通电时经过LED电流的稳定。高速开关的开关信号来自外界的差分信号Trig+/-。每个LED组的LED单元可以分别通过Trig输入进行闪烁，因此每个LED组都可以顺序的亮灭。该设计是实现所述光源制式多样性的基础，通过对Trig输入的控制即可实现所述光源制式的打光。
根据之前图2所述人工检查玻璃缺陷的方法，所述第一光源与所述第二光源需要构成“近光源为透射明场，两侧暗场渐变”的光线分布，故对于由LED组顺次构成的条形光源，可按照图6所示的触发方式，利用顺序脉冲Trig0～Trig n-1依次触发各LED组的LED单元0～LED单元n-1，构成明场和暗场渐变的n种分布，即所谓的n种制式。相机即是在这n种制式下采集相应的图像数据。同理，所述第二光源也需要同样的触发方式切换制式。
光源制式的数量和不同制式所需的明暗场长度，与LED灯珠的发散角以及检查所需的明场宽度有密切关系。实际应用中须根据玻璃所需要检测的缺陷大小选择合适的LED灯珠和光学配件，由此确定光源制式的数量。
通过上述光源制式可以实现第一单LED灯珠模块同步亮灭单元、第一可调多LED灯珠模块同步亮灭单元和第一全光源LED灯珠模块同步亮灭单元；所述第一单LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第一制式打光时，第一LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有一个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；所述第一可调多LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第二制式打光时，第一LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有连续多个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；所述第一全光源LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第三制式打光时，全部LED灯珠模组同时打光，同时关闭；
通过上述光源制式可以实现第二光源第二单LED灯珠模块同步亮灭单元、第二可调多LED灯珠模块同步亮灭单元和第二全光源LED灯珠模块同步亮灭单元；其中，所述第二单LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第四制式打光时，第二LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有一个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；所述第二可调多LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第五制式打光时，第二LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有连续多个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；所述第二全光源LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第六制式打光时，全部LED灯珠模组同时打光，同时关闭。
图像采集装置3包括适应玻璃在产线上的运行方式的线阵相机镜头组，所述线阵相机镜头组用于对第一光源和第二光源在行进玻璃中产生的共同光带进行固定视场的成像采集，随着所述被测玻璃的前进，所述线阵相机镜头组的固定视场与所述被测玻璃发生相对移动，以此进行固定视场的成像扫描；图像采集装置3还包括适应玻璃在产线上的传输速度的位移传感装置，所述位移传感装置用于感应玻璃前进位移，并利用控制电路响应所述位移传感装置的触发信号。
按照图像采集装置3的设计，每次扫描实际上是控制电路对响应所述位移传感装置的触发信号的响应：如图4，所述被测玻璃在预定的位置每前进一个视场宽度便触发一次所述第一光源和所述第二光源的预定制式，即图中的位移触发，每个所述预定制式包含多种所述第一光源的制式与所述第二光源的制式的组合；在位移触发开始后延迟tdp1时间后，所述预定制式按照预定顺序依次被执行，即制式触发；在所述预定制式中一种制式开始后延迟tsp1时间后，触发相机拍照，即相机触发；在一次相机拍照结束后延迟tsp2时间后，该制式结束，并准备进行预定制式的下一个制式；在所述预定组合制式中下一个制式期间再进行相同方式的制式触发与相机触发；一次位移触发的时间能够持续到所述预定组合制式中的全部制式被执行完成后延迟tdp2时间后结束，并且完成一次所述预定组合制式的时间小于所述被测玻璃在成像中位移一个像素的时间。
如图7所示，在所述第一光源与第二光源的制式下的所述被测玻璃图像的所述采集步骤中，
步骤一，采集的所述被测玻璃图像以明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射的预定条件进行分类；
步骤二，在所述被测玻璃被完整扫描后，将每个类中扫描结果按照扫描的视场方位和扫描的先后顺序进行图像拼接，得到明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射四种条件下所述被测玻璃的完整图像。
最后，对明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射四种条件下所述被测玻璃的完整图像进行缺陷的定位和缺陷类型的判别。
本公开实施例可以充分利用图像采集装置定位与识别玻璃表面的缺陷的功能，只需要在几乎同一时刻同一方位采集被检测的玻璃区域明场透射图像、暗场透射图像、明场反射图像和暗场反射图像，以此方式扫描整个运动中的玻璃表面，并根据采集的图像，最终定位与分析玻璃的缺陷。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (6)
1.一种玻璃的缺陷成像系统，其特征在于，包括：
第一光源，置于被测玻璃下表面下侧，对所述被测玻璃进行由下向上的透射光照，其透射光经过所述被测玻璃后进入图像采集装置的相机镜头的主光轴；
第二光源，置于所述被测玻璃上表面上侧，其光线经由所述被测玻璃反射，反射光进入所述图像采集装置的相机镜头的主光轴；
第一光源由第一LED灯珠模块组构成的第一条形光源；所述第一LED灯珠模块组包括第一单LED灯珠模块同步亮灭单元、第一可调多LED灯珠模块同步亮灭单元和第一全光源LED灯珠模块同步亮灭单元；其中，
所述第一单LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第一制式打光时，第一LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有一个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第一可调多LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第二制式打光时，第一LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有连续多个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第一全光源LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第三制式打光时，全部LED灯珠模组同时打光或同时关闭；
第二光源由第二LED灯珠模块组构成的第二条形光源；所述第二LED灯珠模块组包括第二单LED灯珠模块同步亮灭单元、第二可调多LED灯珠模块同步亮灭单元和第二全光源LED灯珠模块同步亮灭单元；其中，
所述第二单LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第四制式打光时，第二LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有一个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第二可调多LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第五制式打光时，第二LED灯珠模块组中每隔预定数量的LED灯珠模块，会有连续多个LED灯珠模块打光，其余LED灯珠模块无打光；
所述第二全光源LED灯珠模块同步亮灭单元包括：在第六制式打光时，全部LED灯珠模组同时打光或同时关闭；
所述图像采集装置包括适应玻璃在产线上的运行方式的线阵相机镜头组，所述线阵相机镜头组用于对所述第一光源和所述第二光源在行进所述被测玻璃中产生的共同光带进行固定视场的成像采集，随着所述被测玻璃的前进，所述线阵相机镜头组的固定视场与所述被测玻璃发生相对移动，以此进行固定视场的成像扫描。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述第一光源与第二光源的光照在所述被测玻璃上形成同一个光带，且经由所述被测玻璃的透射光与反射光的光路保持重合。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述图像采集装置还包括适应玻璃在产线上的传输速度的位移传感装置，所述位移传感装置用于感应所述被测玻璃前进位移，并利用控制电路响应所述位移传感装置的触发信号；
所述被测玻璃在预定的位置每前进一个视场宽度便触发一次所述第一光源和所述第二光源的预定组合制式，每个所述预定组合制式包含多种所述第一光源的制式与所述第二光源的制式的预定组合，按照预定顺序依次被执行，在所述预定组合制式中一种制式发生后进行拍照，在该制式结束前完成拍照，在所述预定组合制式中下一个制式期间再进行相同方式的拍照，直到所述预定组合制式中的全部制式被执行完；并且完成一次所述预定组合制式的时间小于所述被测玻璃在成像中位移一个像素的时间。
4.一种利用如权利要求3所述系统对玻璃的缺陷成像方法，其特征在于，包括：
制式为根据缺陷的成像和分布特性，对第一光源和第二光源中同步状态下需要打光与不需要打光的LED灯珠模组的分布所进行的预定配置；
在图像采集装置的相机镜头与被测玻璃对焦清晰的基础上，调节向所述被测玻璃打透射光的第一光源及向所述被测玻璃打反射光的第二光源的打光制式，采集在所述第一光源与所述第二光源打光制式下的所述被测玻璃图像；所述被测玻璃图像中至少有一种制式的打光在所述被测玻璃的光带上分布的明暗场能够在所述被测玻璃图像中准确呈现该位置的玻璃缺陷。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述采集在所述第一光源与所述第二光源打光制式下的所述被测玻璃图像步骤中，采集的所述被测玻璃图像以明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射的预定条件进行分类，在所述被测玻璃被完整扫描后，将每个类中扫描结果按照扫描的视场方位和扫描的先后顺序进行图像拼接，得到明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射四种条件下所述被测玻璃的完整图像。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
对明场透射、明场反射、暗场透射、暗场反射四种条件下所述被测玻璃的完整图像进行缺陷的定位和缺陷类型的判别。
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