CN106996933A - 一种产品缺陷检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器视觉检测技术领域,尤其涉及一种产品缺陷检测系统及其检测方法。所述产品缺陷检测系统包括激光器、CCD、镜头、光栅和样品载台;所述CCD、镜头、光栅和样品载台分别设置于激光器上;所述光栅安装于激光器的光源输出口,并位于样品载台的侧上方,所述CCD位于样品载台的上方,所述镜头设于CCD上;所述样品载台用于放置待测产品,所述激光器用于制备光栅,并输出光源,所述光源经光栅透射后照射在样品载台上的待测产品上,并经待测产品反射后形成波纹,所述CCD控制镜头对待测产品反射的波纹进行图样采集,根据采集的图样进行待测产品的缺陷检测。本发明工艺流程简单,易于集成到产业化生产中,满足高要求的产品质量管控。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉检测技术领域,尤其涉及一种产品缺陷检测系统及其检测方法。
背景技术
自进入本世纪以来,随着生产和制备工艺的进步,人们对产品的质量要求越来越高,基于机器视觉的在线检测系统和设备成为一种重要的质量管控手段。对于产品质量的监控直接影响到产品的附加值或者更甚者直接导致产品的失败,给客户带来极大的损失,例如缺陷严重的玻璃不能用于制镜、汽车玻璃以及液晶屏的加工,造成产品的浪费。
目前,大部分生产企业仍然采用传统的相对廉价且效率低下的人工检测方式来进行产品表面缺陷检测的方式,这种方式存在一定的主观性以及粗放性,传统人工检测方式受到检测者的心情,照明等外部因素的影响,具有很大的不稳定性、不可靠性以及非标准性;此外,人工检测的方法无法实现高精度高速度的在线缺陷检测,无法满足产业化的检测需求,再次,人眼的分辨率相较于视觉而言相对低下,实验表明,人眼能够清晰识别的缺陷通常是大于0.5mm范围且具有较大光学形变的缺陷,这在很多高要求的产品质量管控中是完全达不到要求的。
发明内容
本发明提供了一种产品缺陷检测系统及其检测方法,旨在解决现有的人工产品缺陷检测方式存在不稳定性、不可靠性以及非标准性,无法实现高精度高速度在线缺陷检测的技术问题。
为了解决以上提出的问题,本发明采用的技术方案为:
一种产品缺陷检测系统,包括激光器、CCD、镜头、光栅和样品载台;所述CCD、镜头、光栅和样品载台分别设置于激光器上;所述光栅安装于激光器的光源输出口,并位于样品载台的侧上方,所述CCD位于样品载台的上方,所述镜头设于CCD上;所述样品载台用于放置待测产品,所述激光器用于制备光栅,并输出光源,所述光源经光栅透射后照射在样品载台上的待测产品上,并经待测产品反射后形成波纹,所述CCD控制镜头对待测产品反射的波纹进行图样采集,根据采集的图样进行待测产品的缺陷检测。
本发明实施例采取的技术方案还包括:所述光栅与样品载台成一定角度,所述角度为30°-89°;所述光栅的安装高度为:完全覆盖待测产品幅面且留有余白。
本发明实施例采取的技术方案还包括:还包括运动平台,所述样品载台位于运动平台的上方,所述运动平台用于带动样品载台上的待测产品进行水平运动。
本发明实施例采取的技术方案还包括:还包括算法模块,所述算法模块与CCD信号连接,用于通过软件算法对CCD采集的图样进行分析并输出,完成待测产品的视觉缺陷检测;所述软件算法具体为:在采集图样区域进行缺陷类型搜索,抓取采集图样中反射波纹的其中一根条纹的中心位置坐标,并采取随机跟踪算法依次抓取所选条纹附近各条纹的中心位置坐标,针对所选条纹在横向以及纵向的变化程度以及间距离散程度判定待测产品的缺陷程度,并根据判定结果量化输出检测结果。
本发明实施例采取的技术方案还包括:所述激光器为光纤、固体或二氧化碳激光器,所述激光器输出的光源为面光源,所述面光源的光通量L≥1000lm,发散角θ≥30°;所述光栅的宽度为0.2-10mm,间距为2-20mm。
本发明实施例采取的技术方案还包括:所述CCD为5M-20M像素高速相机,所述镜头为CCTV镜头或远心镜头。
本发明实施例采取的另一技术方案为:一种产品缺陷检测方法,包括以下步骤:
步骤S1:通过激光器制备光栅,并将光栅安装在激光器的光源输出口;
步骤S2:通过激光器输出光源,并通过光栅对输出光源进行透射,使透射后的光源照射在待测产品上,通过待测产品对光源进行反射后形成波纹;
步骤S3:通过CCD控制镜头对待测产品反射的波纹进行图样采集,通过相关算法对采集图样进行对比、筛选并输出,完成待测产品的缺陷检测。
本发明实施例采取的技术方案还包括:所述步骤S1还包括:对制备的光栅进行清洗、发黑及压平处理。
本发明实施例采取的技术方案还包括:在所述步骤S1中,所述激光器为光纤、固体或二氧化碳激光器,所述激光器输出的光源为面光源,所述面光源的光通量L≥1000lm,发散角θ≥30°;所述光栅的宽度为0.2-10mm,间距为2-20mm。
本发明实施例采取的技术方案还包括:在所述步骤S3中,所述通过相关算法对采集图样进行对比、筛选并输出的具体算法为:在采集图样区域进行缺陷类型搜索,抓取采集图样中反射波纹的其中一根条纹的中心位置坐标,并采取随机跟踪算法依次抓取所选条纹附近各条纹的中心位置坐标,针对所选条纹在横向以及纵向的变化程度以及间距离散程度判定待测产品的缺陷程度,并根据判定结果量化输出检测结果。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:本发明实施例的产品缺陷检测系统及方法根据待测产品的缺陷类型制备不同规格的光栅,通过光栅将光源透射至待测产品上,通过待测产品的表面或曲面对光源进行反射后形成波纹,通过CCD对待测产品反射的波纹进行图样采集,对采集图样进行对比、筛选并输出,实现待测产品的高精度视觉缺陷检测;本发明工艺流程简单,易于集成到产业化生产中,在不增加额外成本的情况下,便于企业进行工艺改造,有利于企业化的大批量生产,满足高要求的产品质量管控,并可以很好的避免后期产品因为视觉缺陷而产生的失配现象。
附图说明
图1为本发明实施例的产品缺陷检测系统的结构示意图;
图2为本发明实施例的产品缺陷检测方法的流程图。
附图标记:激光器1、CCD7、镜头8、光栅9、样品载台10、运动平台11。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
请参阅图1,是本发明实施例的产品缺陷检测系统的结构示意图。本发明实施例的产品缺陷检测系统包括激光器1、CCD(Charge-coupled Device,电荷耦合元件)7、镜头8、光栅9、样品载台10和运动平台11。其中,CCD7、镜头8、光栅9、样品载台10和运动平台11分别设置于激光器1上;样品载台10位于运动平台11的上方,用于放置待测产品(图未示),并通过运动平台11带动待测产品进行水平运动;光栅9安装于激光器1的光源输出口,并位于样品载台10的侧上方,与样品载台10成一定角度;CCD7位于样品载台10的上方,镜头8设于CCD7上;激光器1用于制备不同规格的光栅9,并输出光源(图未示),光栅9用于透射光源;激光器1输出的光源经光栅9透射后形成具有特定轨迹的光线,并照射在样品载台10上放置的待测产品上,该光线经过待测产品的表面或曲面反射后形成波纹,通过CCD7控制镜头8对待测产品反射的波纹进行图样采集,并通过相关算法对采集图样进行对比、筛选并输出,实现待测产品的高精度视觉缺陷检测。
具体地,激光器1为光纤、固体或二氧化碳激光器,激光器1制备不同规格的光栅9的光栅规格主要包括光栅的宽度、光栅间距、光栅幅面以及光栅的类型等,例如条形光栅或者方形光栅等,光栅要求边缘无崩边、毛刺以及缺口,边缘一致性良好;在本发明实施例中,光栅宽度优选为0.2-10mm,光栅间距优选为2-20mm,具体可根据实际应用进行设定。
在本发明实施例中,激光器1输出的光源为面光源,面光源的光通量L≥1000lm,发散角θ≥30°;光源类型可根据待测产品的尺寸大小以及表面形貌特征等进行选择,例如,选择光源尺寸、颜色、光通量、亮度以及发散角等。光栅9的安装方向、角度以及高度可根据待测产品的尺寸大小以及表面形貌特征等进行设定,例如采用横向或者纵向安装,倾斜角度优选30°-89°,安装高度以完全覆盖待测产品幅面且留有余白,以实现待测产品缺陷特征表征的最大化处理;待测产品的表面粗糙度Ra≤0.05um,表面光洁度≤0.04um,具体可根据实际应用进行设定。
CCD7优选为5M-20M像素高速相机,镜头8优选为CCTV镜头或远心镜头,待测产品的反射波纹遵循snell定律(斯涅尔定律,Snell's Law),snell定律是一条描述光的折射规律的定律,即:光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射。其中入射光和折射光位于同一个平面上,并且与界面法线的夹角满足如下关系:
n1sinθ1=n2sinθ2
在上述公式中,n1和n2分别是两个介质的折射率,θ1和θ2分别是入射光(或折射光)与界面法线的夹角,叫做入射角和折射角。
CCD7采集的图样以及镜头8的焦距可根据光栅9的安装方式以及安装位置进行设定,例如,采集图样可以完整表现整个待测产品的幅面,也可表现待测产品的局部幅面,针对不同的待测产品视觉缺陷特征,例如针对横向光栅出现的条纹扭曲,以及针对曲面待测产品出现的抛光过度以及表面塌陷现象等缺陷类型,CCD7采集图样均有不同的表征。
本发明实施例的产品缺陷检测系统还包括算法模块(图未示),所述算法模块与CCD7信号连接,用于通过软件算法对CCD7采集的图样进行分析并输出,实现待测产品的视觉缺陷检测;具体算法为:在采集图样区域进行缺陷类型搜索,抓取采集图样中反射波纹的其中一根条纹的中心位置坐标,并采取随机跟踪算法依次抓取所选条纹附近各条纹的中心位置坐标,针对所选条纹在横向以及纵向的变化程度以及间距离散程度判定待测产品的缺陷程度,并根据判定结果量化输出检测结果。
请参阅图2,是本发明实施例的产品缺陷检测方法的流程图。本发明实施例的产品缺陷检测方法包括以下步骤:
步骤S100:通过激光器制备不同规格的光栅,并对光栅进行清洗、发黑及压平处理后,根据待测产品的缺陷类型安装光栅;
在步骤100中,激光器为光纤、固体或二氧化碳激光器,光栅规格主要包括光栅的宽度、光栅间距、光栅幅面以及光栅的类型等,例如条形光栅或者方形光栅等,光栅要求边缘无崩边、毛刺以及缺口,边缘一致性良好;在本发明实施例中,光栅宽度优选为0.2-10mm,光栅间距优选为2-20mm,具体可根据实际应用进行设定。光栅的安装方向、角度以及高度可根据待测产品的尺寸大小以及表面形貌特征等进行设定,例如采用横向或者纵向安装,倾斜角度优选30°-89°,安装高度以完全覆盖待测产品幅面且留有余白,以实现待测产品缺陷特征表征的最大化处理。
步骤S200:通过激光器输出光源,并通过光栅对输出光源进行透射,使透射后的光源形成具有特定轨迹的光线,并照射在样品载台上放置的待测产品上,通过待测产品的表面或曲面对该光线进行反射后形成波纹;
在步骤S200中,激光器输出的光源为面光源,面光源的光通量L≥1000lm,发散角θ≥30°;光源类型可根据待测产品的尺寸大小以及表面形貌特征等进行选择,例如,选择光源尺寸、颜色、光通量、亮度以及发散角等。待测产品的表面粗糙度Ra≤0.05um,表面光洁度≤0.04um,具体可根据实际应用进行设定。
步骤S300:通过CCD控制镜头对待测产品反射的波纹进行图样采集;
在步骤S300中,CCD优选为5M-20M像素高速相机,镜头优选为CCTV镜头或远心镜头,待测产品的反射波纹遵循snell定律;CCD采集的图样以及镜头的焦距可根据光栅的安装方式以及安装位置进行设定,例如,采集图样可以完整表现整个待测产品的幅面,也可表现待测产品的局部幅面,针对不同的待测产品视觉缺陷特征,例如针对横向光栅出现的条纹扭曲,以及针对曲面待测产品出现的抛光过度以及表面塌陷现象等缺陷特征,CCD7采集图样均有不同的表征。
步骤S400:通过相关算法对采集图样进行对比、筛选并输出,实现待测产品的视觉缺陷检测;
在步骤S400中,通过相关算法对采集图样进行对比、筛选并输出的具体算法为:在采集图样区域进行缺陷类型搜索,抓取采集图样中反射波纹的其中一根条纹的中心位置坐标,并采取随机跟踪算法依次抓取所选条纹附近各条纹的中心位置坐标,针对所选条纹在横向以及纵向的变化程度以及间距离散程度判定待测产品的缺陷程度,并根据判定结果量化输出检测结果。本发明可适用于多种类型的产品表面缺陷检测,例如金属、玻璃、纸张及电子元器件等。
本发明实施例的产品缺陷检测系统及方法根据待测产品的缺陷类型制备不同规格的光栅,通过光栅将光源透射至待测产品上,通过待测产品的表面或曲面对光源进行反射后形成波纹,通过CCD对待测产品反射的波纹进行图样采集,对采集图样进行对比、筛选并输出,实现待测产品的高精度视觉缺陷检测;本发明工艺流程简单,使用范围广,易于集成到产业化生产中,在不增加额外成本的情况下,便于企业进行工艺改造,有利于企业化的大批量生产,满足高要求的产品质量管控,并可以很好的避免后期产品因为视觉缺陷而产生的失配现象。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种产品缺陷检测系统,其特征在于:包括激光器(1)、CCD(7)、镜头(8)、光栅(9)和样品载台(10);所述CCD(7)、镜头(8)、光栅(9)和样品载台(10)分别设置于激光器(1)上;所述光栅(9)安装于激光器(1)的光源输出口,并位于样品载台(10)的侧上方,所述CCD(7)位于样品载台(10)的上方,所述镜头(8)设于CCD(7)上;所述样品载台(10)用于放置待测产品,所述激光器(1)用于制备光栅(9),并输出光源,所述光源经光栅(9)透射后照射在样品载台(10)上的待测产品上,并经待测产品反射后形成波纹,所述CCD(7)控制镜头(8)对待测产品反射的波纹进行图样采集,根据采集的图样进行待测产品的缺陷检测。
2.根据权利要求1所述的产品缺陷检测系统,其特征在于:所述光栅(9)与样品载台(10)成一定角度,所述角度为30°-89°;所述光栅(9)的安装高度为:完全覆盖待测产品幅面且留有余白。
3.根据权利要求2所述的产品缺陷检测系统,其特征在于:还包括运动平台(11),所述样品载台(10)位于运动平台(11)的上方,所述运动平台(11)用于带动样品载台(10)上的待测产品进行水平运动。
4.根据权利要求3所述的产品缺陷检测系统,其特征在于:还包括算法模块,所述算法模块与CCD(7)信号连接,用于通过软件算法对CCD(7)采集的图样进行分析并输出,完成待测产品的视觉缺陷检测;所述软件算法具体为:在采集图样区域进行缺陷类型搜索,抓取采集图样中反射波纹的其中一根条纹的中心位置坐标,并采取随机跟踪算法依次抓取所选条纹附近各条纹的中心位置坐标,针对所选条纹在横向以及纵向的变化程度以及间距离散程度判定待测产品的缺陷程度,并根据判定结果量化输出检测结果。
5.根据权利要求1至4任一项所述的产品缺陷检测系统,其特征在于:所述激光器(1)为光纤、固体或二氧化碳激光器,所述激光器(1)输出的光源为面光源,所述面光源的光通量L≥1000lm,发散角θ≥30°;所述光栅(9)的宽度为0.2-10mm,间距为2-20mm。
6.根据权利要求5所述的产品缺陷检测系统,其特征在于:所述CCD(7)为5M-20M像素高速相机,所述镜头(8)为CCTV镜头或远心镜头。
7.一种产品缺陷检测方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤S1:通过激光器制备光栅,并将光栅安装在激光器的光源输出口;
步骤S2:通过激光器输出光源,并通过光栅对输出光源进行透射,使透射后的光源照射在待测产品上,通过待测产品对光源进行反射后形成波纹;
步骤S3:通过CCD控制镜头对待测产品反射的波纹进行图样采集,通过相关算法对采集图样进行对比、筛选并输出,完成待测产品的缺陷检测。
8.根据权利要求7所述的产品缺陷检测方法,其特征在于:所述步骤S1还包括:对制备的光栅进行清洗、发黑及压平处理。
9.根据权利要求8所述的产品缺陷检测方法,其特征在于:在所述步骤S1中,所述激光器为光纤、固体或二氧化碳激光器,所述激光器输出的光源为面光源,所述面光源的光通量L≥1000lm,发散角θ≥30°;所述光栅的宽度为0.2-10mm,间距为2-20mm。
10.根据权利要求9所述的产品缺陷检测方法,其特征在于:在所述步骤S3中,所述通过相关算法对采集图样进行对比、筛选并输出的具体算法为:在采集图样区域进行缺陷类型搜索,抓取采集图样中反射波纹的其中一根条纹的中心位置坐标,并采取随机跟踪算法依次抓取所选条纹附近各条纹的中心位置坐标,针对所选条纹在横向以及纵向的变化程度以及间距离散程度判定待测产品的缺陷程度,并根据判定结果量化输出检测结果。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170801 |
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