CN106959292A - 用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，包括精准计算分辨率测试模块，复合成像系统模块，标定系统模块，成像参数计算及方案确定模块。精准计算分辨率测试模块测量被测样本的缺陷尺寸，并且确定成像分辨率。标定系统模块执行成像前的快速聚焦，定位聚焦位置，标定相机光源并确定相机成像距离。复合成像系统模块对运动样本的缺陷进行成像，并根据不同的光源角度完成明场，暗场，过渡场及侧光的成像。成像参数计算及方案确定模块预估并计算成像分辨率，对相机选型，依据成像分辨率及成像角度计算成像距离、标定计算、图像处理及最终成像方案的输出。本发明自动化程度高，计算精准，快速标定，快速测设，大大提高测试效率。

Description

用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统

技术领域

本发明涉及成像检测，更具体地说，涉及一种用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统。

背景技术

目前，基于机器视觉的表面检测系统已经成功应用在各个行业。作为带钢表面缺陷检测方法之一的机器视觉检测系统具有不可替代的作用。由于被检测对象千变万化，即使同一机组对于不同时间段产生的缺陷也各不相同，因此在机组增加表面检测系统之前，需要进行，全面的，大量的，繁琐的测试工作，来确定成像方案，以确保日后能够检测出关注的缺陷。同时，对于已有检测系统，对于机组变换材料，新增缺陷，往往之前的成像方案不能完全满足现场的要求，为了更为精准的检测出关注的缺陷，这时也需要对现场设备成像系统进行微调甚至改造，这也需要进行进一步的实验室的测试，提出更为合理的成像方案。

对于实验室的前期测试工作，通常需要收集大量的缺陷样本，同时对于缺陷样本进行逐一的测试，通常成像的角度，光源的亮度，成像的方式，相机选型，镜头的匹配，光源的散射都是模糊的，需要进行反复的摸索与调整，最终在大量图像面前选取成像效果较好的，并且在这个成像方案下能够检测出大部分缺陷的参数配置，作为最终的实施方案。这样的做法，通常需要耗费大量的时间和精力，而得到的结果也往往不是最佳的选择。

专利201310259872.5公开了一种机器视觉二维检测平台装置，可实现在线测量，测量速度依据于测量物的复杂度。专利201010197208.9公开了一种机器视觉线阵测试装置，多方位多角度调节被测机器与发光源的位置，可方便而快速地获取不同角度位置与不同光照角度的图像。

发明内容

针对现有技术中存在的表面检测之前需要复杂测试工作的问题，本发明的目的是提供一种用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，包括精准计算分辨率测试模块，复合成像系统模块，标定系统模块，成像参数计算及方案确定模块。精准计算分辨率测试模块测量被测样本的缺陷尺寸，并且确定成像分辨率。标定系统模块执行成像前的快速聚焦，定位聚焦位置，标定相机光源并确定相机成像距离。复合成像系统模块对运动样本的缺陷进行成像，并根据不同的光源角度完成明场，暗场，过渡场及侧光的成像。成像参数计算及方案确定模块预估并计算成像分辨率，对相机选型，依据成像分辨率及成像角度计算成像距离、标定计算、图像处理及最终成像方案的输出。

根据本发明的一实施例，精准计算分辨率测试模块包括X轴可调节支架(2)、相机微调机构(3)、相机(4)、可移动试验台载物台(6)、Y轴可调节相机支架(8)。带标尺的Y轴可调节相机支架(8)垂直于地面安装，X轴可调节支架(2)可活动地安装于Y轴可调节相机支架(8)上，相机微调机构(3)安装于X轴可调节支架(2)的下表面，相机(4)安装于相机微调机构(3)的末端，且相机(4)对准可移动试验台载物台(6)。

根据本发明的一实施例，复合成像系统模块包括可移动试验台载物台(6)、移动载物台导轨(9)、侧光光源(12)、光源(17)、相机(22)。可移动试验台载物台(6)安装于移动载物台导轨(9)上，沿可移动试验台载物台(6)的前进方向，光源(17)、侧光光源(12)、相机(22)依次设置于可移动试验台载物台(6)的前方。光源位于移动载物台导轨(9)的正上方，测光光源垂直于移动载物台导轨(9)，且位于移动载物台导轨(9)的侧面。

根据本发明的一实施例，标定系统模块包括Y轴可调节光源支架(10)、光源调节器(11)、对焦标定滑块(13)、可移动支架的导轨(14)、刻度尺(16)、光源调节器(18)、光源支架(19)、相机支架(20)、相机调节器(21)、Y轴可调节相机支架(23)、控制台(24)。Y轴可调节光源支架(10)垂直于地面安装，光源支架(19)可活动地安装于Y轴可调节光源支架(10)上，光源调节器(18)安装于光源支架(19)的下表面，光源(17)安装于光源调节器(18)的末端。侧光光源(12)安装于光源调节器(11)上，且光源调节器(11)的下方设有对焦标定滑块(13)，对焦标定滑块(13)下方设置可移动支架的导轨(14)。刻度尺(16)平行设置于移动载物台导轨(9)的下方，Y轴可调节相机支架(23)垂直于地面安装，相机支架(20)可活动地安装于Y轴可调节相机支架(23)上，相机调节器(21)安装于相机支架(23)的下表面，相机(22)安装于相机支架(23)的末端。控制台24安装于外部。

根据本发明的一实施例，成像参数计算及方案确定模块包括测试系统25，安装于外部。

在上述技术方案中，本发明的用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统可以实现：从缺陷大小的精确测量，到成像分辨率的自动设定，从分辨率的确定到相机的基本选型和成像方案的确定，从精准标定到明场，暗场，过渡场及侧光成像的一次性完成，从方案的对比到最终的成像方案的确定。试验平台的多自由度的变化，可以实现多相机，多光源的不同变换，光源卡槽设计可以满足对光源散射膜的轻松更换，从而大大满足对不同缺陷检测的需求及光源设计的需求。本发明自动化程度高，计算精准，快速标定，快速测设，从而大大提高测试效率，同时也提供了更为准确和科学的设计方案，为系统的搭建奠定了坚实的理论基础。

附图说明

图1是本发明用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案系统的结构示意图；

图2是移动载物台的结构示意图；

图3是微小尺寸确定及成像选型流程图；

图4A至4E是标定模块及对应成像情况示意图；

图5是标定流程图；

图6是测试及输出流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参照图1，本发明公开一种用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，其主要包括4个主要模块，即精准计算分辨率测试模块、复合成像系统模块、标定系统模块、成像参数计算及方案确定模块。

上述4个模块由多个部件构成，包括：

安全护栏感应器1、X轴可调节支架2、3D相机微调机构3、高精度3D相机4、待测样本5、带夹具及标尺的可移动载物台6、安全护栏7、带标尺的Y轴可调节相机支架8、移动载物台导轨9、带标尺的Y轴可调节光源支架10、可小距离调节远近及小角度的光源调节器11、带卡槽可替换不同膜的侧光光源12、对焦标定滑块13、可移动支架的导轨14、带标尺的Y轴可调节光源支架15、对焦标定滑块的刻度尺16、带卡槽可替换不同膜的光源17、调节角度的光源调节器18、可横纵调节的光源支架19、可横纵调节的相机支架20、调节角度的相机调节器21、相机22、带标尺的Y轴可调节相机支架23、控制台24、成像标定及测试系统25、样本夹具26～29、运动方向标尺30～32、垂直运动方向标尺33～35。

其中，精准计算分辨率测试模块包括：X轴可调节支架2；3D相机微调机构3；高精度3D相机4；带夹具的可移动试验台载物台6；带标尺的Y轴可调节相机支架8。

带标尺的Y轴可调节相机支架8垂直于地面安装，X轴可调节支架2可活动地安装于Y轴可调节相机支架8上，相机微调机构3安装于X轴可调节支架2的下表面，相机4安装于相机微调机构3的末端，且相机4对准可移动试验台载物台6。

复合成像系统模块包括：带夹具的可移动试验台载物台6；移动载物台导轨9；带卡槽可替换不同膜的侧光光源12；带卡槽可替换不同膜的光源17；相机22及其相应支架。

可移动试验台载物台6安装于移动载物台导轨9上，沿可移动试验台载物台6的前进方向，光源17、侧光光源12、相机22依次设置于可移动试验台载物台6的前方。光源位于移动载物台导轨9的正上方，测光光源垂直于移动载物台导轨9，且位于移动载物台导轨9的侧面。

标定系统模块包括：带标尺的Y轴可调节光源支架10；可小距离调节远近及小角度的光源调节器11；对焦标定滑块13；可移动支架的导轨14；对焦标定滑块的刻度尺16；调节角度的光源调节器18；可横纵调节的光源支架19；可横纵调节的相机支架20；调节角度的相机调节器21；带标尺的Y轴可调节相机支架23；控制台24。

Y轴可调节光源支架10垂直于地面安装，光源支架19可活动地安装于Y轴可调节光源支架10上，光源调节器18安装于光源支架19的下表面，光源17安装于光源调节器18的末端。侧光光源12安装于光源调节器11上，且光源调节器11的下方设有对焦标定滑块13，对焦标定滑块13下方设置可移动支架的导轨14。刻度尺16平行设置于移动载物台导轨9的下方，Y轴可调节相机支架23垂直于地面安装，相机支架20可活动地安装于Y轴可调节相机支架23上，相机调节器21安装于相机支架23的下表面，相机22安装于相机支架23的末端。控制台24安装于外部。

成像参数计算及方案确定系统模块包括：成像标定和测试系统25及上述系统调整参数。成像标定和测试系统25安装于外部。

精准计算分辨率测试平台主要完成被测样本的缺陷尺寸的测量及成像分辨率的确定。该平台负责放置试验样本，其被固定在运动滑块上，高精度3D相机可以精准测量缺陷尺寸，根据经验，成像的物面分辨率要求优于被测最小缺陷尺寸，因此，3D相机检测后，将数据传输到成像参数计算系统中，根据已有尺寸，初步确定成像分辨率，及其相机的选型和成像高度等参数，为下一步试验提供可靠数据。该平台具有以下三个功能：1、实现对试验样板的固定调平；2、实现对试验样本微小缺陷的尺寸及三维形貌测量；3、实现精确分辨率的计算及成像参数的计算。

复合成像系统平台主要负责运动样本的缺陷的成像，根据不同光源角度，一次性完成，明场，暗场，过渡场及侧光的成像。通过3D相机成像后，载物台在电机的驱动下，可以完成手动或自动的运动，运动速度可调。对于不同缺陷在不同光源条件下，成像差别较大的情况，该平台设置了两类三个光源，一类适合明暗场成像，一类是侧光成像。为了使相机一次成像，在载物台反复运动过程中，分别开启明场，暗场，及侧光光源进行成像。光源开启时间根据移动速度自动匹配。成像完成后选取最佳成像效果，同时记录最佳成像方案参数。

标定系统平台主要负责成像前的快速聚焦及快速标定相机光源，标定尺上的移动滑块可以快速定位聚焦位置，此外，标定尺上的刻度可以很快确定相机成像距离。标定滑块上有特殊图案符号通过图像的采集可以直接确定聚焦情况，从而进行微调工作，直至成像清晰。该平台具有以下两个功能：1、相机光源按标尺刻度进行的精准调整；2、实现快速微调聚焦。标定系统中涉及的光源、相机支架均可以通过电机控制，进行调整，标定成像的图像与实际标定的位置关系，通过换算直接可得到移动光源或相机的距离，通过电机带动进行精准调整。

成像参数计算及方案确定系统，主要负责计算成像分辨率，预估成像分辨率，相机选型，依据成像分辨率及成像角度计算成像距离，标定计算，图像处理及最终成像方案的输出。该系统功能，主要依据精准计算分辨率测试平台得到的数据参数，根据预设的最小分辨率与成像分辨率的关系，得到成像分辨率情况。同时在该系统中建立常用相机及镜头参数，根据预估成像分辨率，可以初步确定相机和镜头的选型。从而进一步依据此数据计算成像的距离等参数。标定系统中，根据标定模块成像后，计算移动相机和光源的距离，自动进行精准调整。在复合成像系统平台，一次性完成多角度成像后，从中选出成像效果最好的图像，进行简单图像处理后，确认该成像方案可以达到检测要求后，输出成像方案。

除了以上四大功能系统外，该试验平台，还具备一些其他辅助功能。光源17的框架设计，除了便于拆装外，还在光源前方设计了插片式的卡槽，便于更换各种光源膜，从而实现对于同一光源快速不同散射角度的检测。安全护栏感应器1和安全护栏7共同构成了安全保护，在样本来回移动的过程中，如果有人贴近，感应器会及时报警，同时样本停止运动，直至在安全线以外，样本才能再次运动。从而有效提高了试验平台的安全性。

结合图1至图6，本发明上述系统的实施流程如下所示：

(1)将规定尺寸的待测样本5固定在载物台6上，载物台6上有前后左右四个锁具，用以固定样本，既可以矫正有弯曲的样本，又能防止样本运动过程中由于速度较快而飞出伤人，如图2所示。其中，夹具可适当扩大样本尺寸。标尺在载物台上，便于成像后进行分辨率的复查核对。

(2)利用3D相机微调机构3调整相机4的对焦，进行高精度成像。成像后，对比标尺系统25自动确定被测缺陷的尺寸。根据成像规律，成像的物面分辨率要求优于被测最小缺陷尺寸，系统得到最佳成像的分辨率，如图3所示。

(3)根据成像分辨率，系统25根据已有相机和镜头的参数，选择最佳配置，并自动计算出成像距离及参数，如图3所示。

具体来说，图3所示的微小尺寸确定及成像选型流程执行以下步骤：

S3.1：样本安装，调焦。

S3.2：测量2D和/或3D的尺寸。

S3.3：系统得到最小缺陷尺寸。

S3.4：根据成像规律，计算成像最小分辨率。

S3.5：根据已有相机镜头的关键参数，选择相机及匹配的镜头。

S3.6：预设成像角度，计算成像距离等参数。

S3.7：输出结果。

S3.8：移动样本。

S3.9：等待下一步测试。

(4)移动标定尺13到指定位置，根据上一步计算的成像参数，调节支架10、19、20、23，及微调机构进行成像前的调整。依据标定尺13上的标定图形可以快速完成对焦工作，如图4A～4E，图5所示。

具体来说，图5的标定流程执行以下操作：

S5.1：安装硬件并调整距离。

S5.2：根据微小尺寸确定及成像选型流程的输出结果，标定模块进行定位。

S5.3：调焦。

S5.4：依据成像图形情况，判断并计算物理位置差。

S5.5：若是，启动相机支架移动装置，调整距离并返回S5.3。

S5.6：若否，输出结论。

对于线阵相机来说，其中标尺模块中由成像显示可以看到竖线的疏密程度可以判断，相机的偏离方向，根据相机预设的角度可以直接自动计算得到相机偏移量。启动电机进行精准微调。图4A为标定模块中的标定图形，由于线阵相机静态成像特点，当线阵相机分别落在图4B中虚线a、b、c处时，呈现的图像如图4C～4E所示，我们最终需要将焦点聚焦到a点上，故可以根据图像的不同判断当前相机与中心位置的关系，进而计算得到实际物理距离是多少，最终通过控制相机支架完成微调工作。

(5)标定完成后，正式进入成像测试阶段。开启电机24，可选择不同速度，也设有手动，自动方式，根据具体情况进行载物台6的反复运动。

(6)光源根据运动系统的速度，自动调整，明场，暗场，侧光开启的时间，以便载物台6在往复运动的过程中，每一次运动进行一种场的成像。也可以根据具体情况，选择同时，或某两个同时开启。此外，根据待测样本5的表面反光情况，可在检测前，选用较为合适的散射膜，安装在光源前方的卡槽。

(7)开启运动，检测系统25同时进行图像的采集，系统默认只少往复3次，完成全部光源场的检测，也可根据实际情况进行调整。

(8)数据采集完成后，检测系统25进行初步的图像处理，并得到相应最佳的成像方案，如图6所示。如果检测效果均不佳，可适当调整成像角度再次检测。

具体来说，图6的测试及输出流程执行以下操作：

S6.1：输入移动速度。

S6.2：计算往复时间和明暗场及侧光依次开启时间。

S6.3：启动，开始采集。

S6.4：采集完成，图像处理并比较结果。

S6.5：若不满意，则调整成像角度。

S6.6：标定并返回S6.3。

S6.7：若满意，则输出结论。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，其特征在于，包括：

精准计算分辨率测试模块，复合成像系统模块，标定系统模块，成像参数计算及方案确定模块；

所述精准计算分辨率测试模块测量被测样本的缺陷尺寸，并且确定成像分辨率；

所述标定系统模块执行成像前的快速聚焦，定位聚焦位置，标定相机光源并确定相机成像距离；

所述复合成像系统模块对运动样本的缺陷进行成像，并根据不同的光源角度完成明场，暗场，过渡场及侧光的成像；

所述成像参数计算及方案确定模块预估并计算成像分辨率，对相机选型，依据成像分辨率及成像角度计算成像距离、标定计算、图像处理及最终成像方案的输出。

2.如权利要求1所述的用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，其特征在于，所述精准计算分辨率测试模块包括：

X轴可调节支架(2)、相机微调机构(3)、相机(4)、可移动试验台载物台(6)、Y轴可调节相机支架(8)；

所述带标尺的Y轴可调节相机支架(8)垂直于地面安装，所述X轴可调节支架(2)可活动地安装于Y轴可调节相机支架(8)上，所述相机微调机构(3)安装于X轴可调节支架(2)的下表面，相机(4)安装于相机微调机构(3)的末端，且相机(4)对准所述可移动试验台载物台(6)。

3.如权利要求2所述的用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，其特征在于，所述复合成像系统模块包括：

可移动试验台载物台(6)、移动载物台导轨(9)、侧光光源(12)、光源(17)、相机(22)；

可移动试验台载物台(6)安装于所述移动载物台导轨(9)上，沿可移动试验台载物台(6)的前进方向，光源(17)、侧光光源(12)、相机(22)依次设置于可移动试验台载物台(6)的前方；

所述光源位于移动载物台导轨(9)的正上方，所述测光光源垂直于所述移动载物台导轨(9)，且位于移动载物台导轨(9)的侧面。

4.如权利要求3所述的用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，其特征在于，所述标定系统模块包括：

Y轴可调节光源支架(10)、光源调节器(11)、对焦标定滑块(13)、可移动支架的导轨(14)、刻度尺(16)、光源调节器(18)、光源支架(19)、相机支架(20)、相机调节器(21)、Y轴可调节相机支架(23)、控制台(24)；

Y轴可调节光源支架(10)垂直于地面安装，光源支架(19)可活动地安装于Y轴可调节光源支架(10)上，光源调节器(18)安装于光源支架(19)的下表面，光源(17)安装于光源调节器(18)的末端；

侧光光源(12)安装于光源调节器(11)上，且光源调节器(11)的下方设有所述对焦标定滑块(13)，对焦标定滑块(13)下方设置可移动支架的导轨(14)；

刻度尺(16)平行设置于移动载物台导轨(9)的下方；

Y轴可调节相机支架(23)垂直于地面安装，相机支架(20)可活动地安装于Y轴可调节相机支架(23)上，相机调节器(21)安装于相机支架(23)的下表面，相机(22)安装于相机支架(23)的末端；

控制台24安装于外部。

5.如权利要求4所述的用于带材缺陷检测快速确定精准成像方案的系统，其特征在于，所述成像参数计算及方案确定模块包括：

测试系统25，安装于外部。