CN106770330A - 一种物体表面划痕检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种物体表面划痕检测装置及其检测方法属于自动检测领域，特别是对物体表面划痕、褶皱等瑕疵方面的自动检测，可广泛应用在汽车生产、金属、漆面以及光学加工领域，尤其适用于对单一背景下物体表面的划痕瑕疵的精准检测。包括图像采集终端、划痕检测器和控制终端，划痕检测器分别与图像采集终端以及控制终端相连。检测方法包括1）图像采集终端采集得到物体表面信息，发送到划痕检测器，得到待检测数字图像；2）划痕检测器进行实时检测与分割划痕，同时将结果输出到液晶显示器；3）在液晶显示器上实时动态显示划痕参数化信息面积、大小和位置信息。本发明具有独立的处理功能，且体积小，可广泛应用在可移动环境，不受距离范围限制。
Description
技术领域
本发明一种物体表面划痕检测装置及其检测方法属于自动检测领域，特别是对物体表面划痕、褶皱等瑕疵方面的自动检测，可广泛应用在汽车生产、金属、漆面以及光学加工领域，尤其适用于对单一背景下物体表面的划痕瑕疵的精准检测。
背景技术
物体表面划痕检测一直是生产过程中质量检测的重要环节。目前多数表面划痕检测还处在传统的人工领域，利用人眼视觉来判断，没有一定的标准，具有一定的主观性和随机性。因此不能得到精确的检测结果。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种物体表面划痕检测装置及其检测方法，采用图像采集终端对LED环形闭光环境下的物体进行图像数据采集后，经过划痕检测器识别出物体表面的瑕疵部分，同时依据所检测出的划痕面积大小进行不同级别的报警提示，同时将划痕信息发送到控制终端进行显示。
本发明是采取以下技术方案实现的：
物体表面划痕检测装置包括图像采集终端、划痕检测器和控制终端，划痕检测器分别与图像采集终端以及控制终端相连；
所述图像采集终端包括工业相机和闭环光源控制器，闭环光源控制器为工业相机提供亮度补偿，确保得到亮度一致的图像；
在图像采集终端与划痕检测器之间设有A/D转换器，将模拟图像转换为数字图像；
所述划痕检测器采用DSP处理器；
所述控制终端为交互式终端，包括微处理器、输入设备和显示设备，微处理器分别与输入设备以及显示设备相连。
所述微处理器采用单片机。
所述输入设备采用键盘，通过键盘将指令通过微处理器传送到划痕检测器，从而设置划痕检测器的复位与输出方式。
所述显示设备采用液晶显示器，可以实时动态显示划痕参数化信息面积、大小和位置等信息，通过与输入设备的配合对显示划痕进行放大和截取。
在划痕检测器上还设有报警器，报警器与DSP处理器的输出端相连。
为了匹配控制终端的图像采集与划痕检测器的高速DSP处理器之间速度不匹配的矛盾，在DSP处理器与采集设备的视频解码器之间采用双缓冲机制，采用两片大容量高速静态随机存储器IS64LV51216
作为缓冲，视频解码器向一片SRAM写入视频数据、DSP处理器向另外一片SRAM读数据处理。
所述闭环光源控制器采用MSU-10光源控制器，通过MSU-10光源控制器的反馈式光源亮度控制系统，形成LED闭环光源控制下的图像采集终端，可适应光源亮度的局部小范围波动，自动进行亮度补偿，确保得到亮度一致的图像。
所述DSP处理器采用TMS320VC5402芯片。
所述液晶显示器采用点阵式MGLS12864-LCD显示模块。
所述大容量高速静态随机存储器SRAM为IS64LV51216。
所述报警器采用声光报警器，采用74LS122单稳态触发器、蜂鸣器和LED报警灯为主要组成部件。
物体表面划痕检测装置的检测方法，包括如下步骤：
1）图像采集终端在LED闭环光源控制下采集得到亮度一致的所要检测的物体表面信息，发送到划痕检测器，得到待检测的数字图像；
2）划痕检测器对步骤1）得到的数字图像进行实时检测与分割划痕，同时将结果输出到液晶显示器；具体的检测分割步骤如下，
2-1）DSP处理器通过7*7像素的窗口对步骤1）得到的数字图像进行平滑均值滤波处理，在保护图像边缘信息的前提下，去除噪声；
2-2）采用Prewitt方法对经过2-1）进行滤波处理后的图像进行边缘处理，突出背景与划痕的灰度变化，同时确保划痕的整体连续性；
2-3）通过鲁棒性灰度直方图方法选取动态阈值，对步骤2-3）经过边缘处理的图像进行图像分割；通过逐渐增大的高斯滤波器对直方图进行进行卷积平滑处理，从而得到直方图中两个唯一的最大值和最小值作为分割的阈值，避免因直接使用灰度直方图带来的随机波动性问题；
2-4）对经过步骤2-3）分割后的区域通过深度优先法提取连通区域，反复搜索第一个未被处理的行程，在上下相邻领域中判断交叠区域；
2-5）为了避免区域中不相干的干扰部分，通过面积形态学方法，采用闵可夫斯基加法与膨胀法将步骤2-4）得到的连通区域扩大，将包含划痕的几个独立的区域合并为一个完整的连通区域；并按预设的面积大小规则，将一定范围内的区域选择出来，依据面积大小，划分划痕种类；
2-6）将步骤2-4）得到的连通区域进行腐蚀处理，通过半径为4像素的圆形区域腐蚀划痕区域，便于可视化显示；
3）划痕检测器将检测分割后的结果输出到液晶显示器，在液晶显示器上实时动态显示划痕参数化信息面积、大小和位置信息。
所述划痕种类包括点划痕、线划痕和面划痕等。
在划痕检测器上设置的报警器接收来自划痕检测器的信号，对不同划痕种类进行告警提示。
用户通过快捷键盘设置划痕检测器的复位与输出方式，对液晶显示器上显示的划痕进行放大和截取。
所述腐蚀就是用结构元素在原有图像上比对，相同的留下，不同的去除。
本发明物体表面划痕检测器具有独立的处理功能，且体积小，可广泛应用在可移动环境下，对产品表面瑕疵质量检测方面，不受距离范围限制。同时通过对硬件部分的拓展，也可适用于大型工业下物体表面如钢材、漆面木材、墙面等的划痕检测。尤其适用于对单一背景下物体表面的划痕瑕疵的精准检测，对于产品表面质量检测具有重要意义。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明的结构原理框图；
图2是本发明的图像采集终端的结构实施例图；
图3是本发明的DSP处理器芯片的存储接口图；
图4是本发明的报警器的控制原理图；
图5是本发明的液晶显示器与微处理器之间的连接实施例图；
图6是本发明的输入设备采用键盘时的实施例图；
图7是本发明的使用原理框图。
具体实施方式
参照附图1，本发明物体表面划痕检测装置包括图像采集终端、划痕检测器和控制终端，划痕检测器分别与图像采集终端以及控制终端相连；所述划痕检测器采用TMS320VC5402 DSP处理器；所述控制终端为交互式终端，包括微处理器、输入设备和显示设备，微处理器分别与输入设备以及显示设备相连。
所述微处理器采用单片机，所述单片机可以采用W78E58单片机。
所述输入设备采用键盘，通过键盘将指令通过微处理器传送到划痕检测器，从而设置划痕检测器的复位与输出方式。
所述显示设备采用液晶显示器，可以实时动态显示划痕参数化信息面积、大小和位置等信息，通过与输入设备的配合对显示划痕进行放大和截取。
在划痕检测器上还设有报警器，报警器与DSP处理器的输出端相连。
图2所示，在图像采集终端与划痕检测器之间设有A/D转换器，将模拟图像转换为数字图像；所述图像采集终端包括工业相机和闭环光源控制器，闭环光源控制器为工业相机提供亮度补偿，确保得到亮度一致的图像；所述闭环光源控制器采用MSU-10光源控制器，通过MSU-10光源控制器的反馈式光源亮度控制系统，形成LED闭环光源控制下的图像采集终端，可适应光源亮度的局部小范围波动，自动进行亮度补偿，确保得到亮度一致的图像，工业相机采用1/2CCD相机，镜头f25mm。
图3所示，DSP处理器TMS320VC5402芯片具有较好处理速度，具有三个可配置的视频接口，可以和视频输入、输出实现无缝对接，具有64位的外部存储器接口，可方便扩充，以适应大容量视频数据的存储，同时应用芯片IS64LV51216扩充了数据段，用SST39VF200A扩充代码段存储器，提高数据处理速度与执行效率，从而提高处理检测效率。
报警器对于检测到有划痕质量不好的产品进行报警，报警器的控制原理图如图4所示，利用可重复触发的单稳态触发器74LS122将连续脉冲信号转换为高电平，确保输出端信号脉冲大于采集信号的积分周期，在输出端S信号的高电平触发下，激发三极管驱动蜂鸣器和LED报警灯。
液晶显示器采用MGLS12864-LCD，由微处理器直接控制，MGLS12864-LCD与微处理器之间的具体连接实施如图5所示。
输入设备采用键盘时，可采用四键式控制，实现复位、灰度等级、放大和发送功能，连接实施例如图6所示。
参照图7，本发明使用时，图像采集终端在LED闭环光源控制下采集得到亮度一致的图像后送到划痕检测器，划痕检测器快速实时检测与分割划痕，同时将结果输出到液晶显示器。用户可以通过快捷键盘控制整个检测器的复位与输出方式，在液晶显示器上实时动态显示划痕参数化信息面积、大小和位置等信息，对显示划痕进行放大和截取。提供一种等级报警模块，综合所检测划痕类型和等级指标，依据前期划痕类型点划痕、线划痕和面划痕，将报警分为三个等级，给出不同级别的告警提示。
本装置体积小、便于携带，可广泛应用于产品物表划痕、凹陷瑕疵等方面的质量检测；同时，可方便扩展微控制接口，可实现网络终端传输，在网络环境下进行远程划痕检测；对有瑕疵的表面给出警告提示，避免人工检测的不确定性和主观性。
Claims (10)
1.一种物体表面划痕检测装置，其特征在于：包括图像采集终端、划痕检测器和控制终端，划痕检测器分别与图像采集终端以及控制终端相连；
所述图像采集终端包括工业相机和闭环光源控制器，闭环光源控制器为工业相机提供亮度补偿，确保得到亮度一致的图像；
在图像采集终端与划痕检测器之间设有A/D转换器，将模拟图像转换为数字图像；
所述划痕检测器采用DSP处理器；
所述控制终端为交互式终端，包括微处理器、输入设备和显示设备，微处理器分别与输入设备以及显示设备相连。
2.根据权利要求1所述的物体表面划痕检测装置，其特征在于：所述微处理器采用单片机。
3.根据权利要求1所述的物体表面划痕检测装置，其特征在于：所述输入设备采用键盘，通过键盘将指令通过微处理器传送到划痕检测器。
4.根据权利要求1所述的物体表面划痕检测装置，其特征在于：所述显示设备采用液晶显示器。
5.根据权利要求1所述的物体表面划痕检测装置，其特征在于：在划痕检测器上还设有报警器，报警器与DSP处理器的输出端相连。
6.根据权利要求1所述的物体表面划痕检测装置，其特征在于：为了匹配控制终端的图像采集与划痕检测器的高速DSP处理器之间速度不匹配的矛盾，在DSP处理器与采集设备的视频解码器之间采用双缓冲机制，连接两片大容量高速静态随机存储器作为缓冲。
7.根据权利要求1所述的物体表面划痕检测装置，其特征在于：所述闭环光源控制器采用MSU-10光源控制器，通过MSU-10光源控制器的反馈式光源亮度控制系统，形成LED闭环光源控制下的图像采集终端。
8.一种采用权利要求1所述的物体表面划痕检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）图像采集终端在LED闭环光源控制下采集得到亮度一致的所要检测的物体表面信息，发送到划痕检测器，得到待检测的数字图像；
2）划痕检测器对步骤1）得到的数字图像进行实时检测与分割划痕，同时将结果输出到液晶显示器；具体的检测分割步骤如下，
2-1）DSP处理器通过7*7像素的窗口对步骤1）得到的数字图像进行平滑均值滤波处理，在保护图像边缘信息的前提下，去除噪声；
2-2）采用Prewitt方法对经过2-1）进行滤波处理后的图像进行边缘处理，突出背景与划痕的灰度变化，同时确保划痕的整体连续性；
2-3）通过鲁棒性灰度直方图方法选取动态阈值，对步骤2-3）经过边缘处理的图像进行图像分割；通过逐渐增大的高斯滤波器对直方图进行进行卷积平滑处理，从而得到直方图中两个唯一的最大值和最小值作为分割的阈值，避免因直接使用灰度直方图带来的随机波动性问题；
2-4）对经过步骤2-3）分割后的区域通过深度优先法提取连通区域，反复搜索第一个未被处理的行程，在上下相邻领域中判断交叠区域；
2-5）为了避免区域中不相干的干扰部分，通过面积形态学方法，采用闵可夫斯基加法与膨胀法将步骤2-4）得到的连通区域扩大，将包含划痕的几个独立的区域合并为一个完整的连通区域；并按预设的面积大小规则，将一定范围内的区域选择出来，依据面积大小，划分划痕种类；
2-6）将步骤2-4）得到的连通区域进行腐蚀处理，通过半径为4像素的圆形区域腐蚀划痕区域，便于可视化显示；
3）划痕检测器将检测分割后的结果输出到液晶显示器，在液晶显示器上实时动态显示划痕参数化信息面积、大小和位置信息。
9.根据权利要求8所述的物体表面划痕检测装置的检测方法，其特征在于， 在划痕检测器上设置的报警器接收来自划痕检测器的信号，对不同划痕种类进行告警提示；所述划痕种类包括点划痕、线划痕和面划痕。
10.一种采用权利要求1所述的物体表面划痕检测装置的检测方法，其特征在于，用户通过快捷键盘设置划痕检测器的复位与输出方式，对液晶显示器上显示的划痕进行放大和截取。
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