CN108344751A - 基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统和方法，该系统包括：成像装置；照明装置，用于提供空间通道、结构通道和光谱通道变换的照明光源，照明装置的照明区间位于成像装置视角内；支撑装置，用于安装支撑成像装置和照明装置；传送装置，用于使得被测材料与成像装置和/或照明装置间产生相对移动；控制器，连接成像装置和照明装置，用于控制照明装置在各通道间和通道内的立体切换，以及用于控制成像装置在被测材料被照明时进行连续扫描以获取各通道成像数据；图像处理装置，与控制器和成像装置通信连接，用于生成控制指令给控制器并接收成像装置生成的图像数据，并按照通道切换顺序重组各通道影像数据，及进行图像分析、识别缺陷。

Description

基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统和方法

技术领域

本发明涉及材料板形缺陷检测领域，特别地，涉及一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统和方法。

背景技术

材料常见的板形缺陷一般有镰刀弯、浪形、瓢曲或旁弯、凹点、凸点、划伤，对于透明材料的板形缺陷还包括粘锡、碎石等。现有的缺陷检测系统，包括激光器、摄像头、计算机和图像处理装置，被检材料例如玻璃放置于载物平台上，摄像头位于载物平台上方，摄像头与计算机相连，计算机内置图像处理装置。激光器位于被检玻璃的一侧，其发出的光束经玻璃后以一定光路射出，计算机控制摄像机对玻璃正面进行拍摄，拍摄获得的图像由计算机采集并由图像处理装置进行识别。

现有的缺陷检测系统由于激光器固定于被检材料一侧，其位置固定，且激光器本身提供的光源结构和光谱比较单一，只能对板形缺陷进行粗略检测，无法精确得到板形缺陷的长度、宽度、面积等，导致检出率和识别率非常低，且现有的缺陷检测系统无法同时识别大型板形缺陷和微小缺陷。

发明内容

本发明提供了一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统和方法，以解决现有的缺陷检测位置固定、光源结构和光谱比较单一导致检测精度受限、检出率和识别率低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，用于对被测材料在多通道变换的照明光源下进行板形缺陷检测，检测系统包括：成像装置，用于对被测材料进行成像扫描；照明装置，用于对被测材料提供空间通道、结构通道和光谱通道变换的照明光源，照明装置的照明区间位于成像装置的视角之内；支撑装置，用于安装支撑成像装置和照明装置；传送装置，用于使得被测材料与成像装置和/或照明装置间产生相对移动；控制器，连接成像装置和照明装置，用于控制照明装置在各通道间和通道内的立体切换，以及用于控制成像装置在被测材料被照明时进行连续扫描以获取各通道成像数据；图像处理装置，与控制器和成像装置通信连接，用于生成控制指令给控制器并接收成像装置生成的图像数据，并按照通道切换顺序重组各通道影像数据，使成像装置对每种照明通道形成独立的影像，以及进行图像分析、识别板形缺陷。

进一步地，照明装置包括照明光源和角度旋转装置，照明光源通过角度旋转装置连接于支撑装置上；角度旋转装置连接控制器，并由控制器生成的指令驱动下控制照明光源实现在空间通道的变换。

进一步地，角度旋转装置为臂旋装置、梁旋装置、云台装置、自旋装置中的至少一种。

可选地，臂旋装置包括步进电机、旋转机构，步进电机安装在支撑装置上且与旋转机构相连，照明光源通过横梁底座与旋转机构的旋转臂相连，步进电机在控制器的指令驱动下带动旋转臂转动使照明光源入射方向与被测材料平面呈所需要的角度。

可选地，梁旋装置包括步进电机、旋转机构，步进电机安装在支撑装置上且与旋转机构相连，照明光源通过横梁底座与旋转机构相连，步进电机在控制器的指令驱动下带动旋转机构转动从而带动横梁底座转动使照明光源入射方向与被测材料平面呈所需要的角度。

可选地，云台装置包括安装在支撑装置上的云台，照明光源直接安装于云台上，云台在控制器的指令驱动下转动从而带动照明光源转动至入射方向与被测材料平面呈所需要的角度。

可选地，自旋装置包括步进电机、旋转机构，步进电机安装在支撑装置上且与旋转机构相连，照明光源与旋转机构相连，步进电机在控制器的指令驱动下带动旋转机构转动从而带动照明光源以照明光源的中轴线为中轴进行自旋。

进一步地，照明装置包括用于提供多种结构光的软结构光照明装置和/或硬结构光照明装置；多种结构光包括点结构光、线结构光、散点结构光、面结构光、线光栅结构光、格光栅结构光中至少一种。

可选地，硬结构光照明装置包括LED光源矩阵，每个LED光源对应一个栅格；控制器连接LED光源矩阵，用于控制LED光源矩阵分时切换照明以实现照明光源在结构通道的变换而形成所需的结构光。

可选地，照明装置前设置有用于形成多种结构光的光栅膜或光栅格；或者被测材料表面设置有用于形成多种结构光的光栅膜或光栅格。

可选地，照明装置包括用于提供多种光谱变换的照明光源，控制器连接照明光源，用于控制照明光源光谱通道的变换。

优选地，成像装置通过角度旋转装置连接于支撑装置上；角度旋转装置连接控制器，并由控制器生成的指令驱动下控制成像装置实现空间变换使成像装置实现多角度成像；角度旋转装置为臂旋装置、梁旋装置、云台装置中的至少一种。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，应用本发明的检测系统获取被测材料的板形缺陷在多通道变换的照明光源下对应的多通道图像数据，被测材料包括透明材料和非透明材料。

进一步地，检测方法包括：

控制器控制照明装置在空间通道下变换，以提供多种角度、多场景照明；

控制器控制照明装置在结构通道下变换，以提供多种结构光照明；

控制器控制照明装置在光谱通道下变换，以提供多种光谱照明；

成像装置在被测材料被照明时连续扫描被测材料，以获取各通道成像数据；

图像处理装置接收成像装置生成的图像数据，并按照通道切换顺序重组各通道成像数据，使成像装置对每种照明通道形成独立的图像数据，以及对独立的图像数据进行图像分析、识别板形缺陷。

进一步地，图像处理装置采用软光栅格图像缺陷识别方法进行图像分析获得被测材料的板形缺陷信息，软光栅格图像缺陷识别方法包括：

图像处理装置将获取到的结构光影像切分成以像元为倍数的光栅格；

通过四步移相法，分析单个光栅格的畸变，汇集邻近畸变光栅格，从而识别被测材料的板形缺陷及板形缺陷相应的长度、宽度和面积；

结合三角计算，计算板形缺陷的深度或高度，从而获得板形缺陷的三维相对位置。

进一步地，对于含有曲面的被测材料，通过导入被测材料的三维模型或者通过扫描被测材料的标准件进行三维模型重建，获得被测材料表面各点的三维基准坐标；再与经三角计算获得的实测坐标相减，偏离浮动区间的差值点即为畸变点，汇集邻近畸变点，从而识别曲面被测材料表面缺陷长度、宽度和面积和三维位置。

进一步地，通过导入被测材料的三维模型，与经三角计算获得的实测坐标为基础重建的被测材料的三维模型进行比较，从而从整体上对被测材料的形状进行检测；或者通过扫描被测材料的标准件进行三维模型重建，与经三角计算获得的实测坐标为基础重建的被测材料的三维模型进行比较，从而从整体上对被测材料的形状进行检测。

进一步地，经三角计算获得被测材料的实测坐标，并以实测坐标为基础重建被测材料的三维模型，获得被测材料的长宽高极值，从而实现对被测材料的超长、超宽、超高检测。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统和方法，通过照明装置在空间通道、结构通道和光谱通道变换下，通过成像装置捕获被测材料在多通道变换的照明光源下的多通道图像，经图像处理装置分析处理后，获得被测透明材料板形缺陷信息，如镰刀弯、浪形、瓢曲或旁弯、凹点、凸点，使板形缺陷的长度、宽度、面积更为精准，从而大幅提高被测材料中板形缺陷的检出率和识别率，也从根本上克服了现有缺陷检测系统在同时识别大型板形缺陷和微小缺陷的不足。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例被测材料中无缺陷成像的示意图；

图3是本发明优选实施例被测材料中凸起缺陷成像的示意图；

图4是本发明优选实施例三角计算的原理图。

附图标号说明：

1、相机；2、镜头；3、照明光源；4、成像装置数据通信线缆；5，控制器通信线缆；6、控制器；7、图像处理装置；8、被测材料；9、光线；A、入射光线与板形缺陷某一点的交点；O、入射光线延长线与透明材料平面的交点；A′、A在透明材料平面上的垂直投影；θ、入射光线与被测材料8平面的夹角。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明的优选实施例提供了一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其可用于对被测的透明材料或者非透明材料进行板形缺陷检测，通过成像装置捕获被测材料在照明光源的多通道变换下的多通道图像，经软光栅格图像缺陷识别等方法对图像分析处理后，获得被测透明材料板形缺陷信息，如镰刀弯、浪形、瓢曲或旁弯、凹点、凸点，使板形缺陷的长度、宽度、面积更为精准，从而大幅提高被测材料中板形缺陷的检出率和识别率，也从根本上克服了当前缺陷系统对同时识别大型板形缺陷和微小缺陷的不足。

本发明的优选实施例中，基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统包括：

成像装置，用于对被测材料进行成像扫描；

照明装置，用于对被测材料提供空间通道、结构通道和光谱通道变换的照明光源，照明装置的照明区间位于成像装置的视角之内；

支撑装置，用于安装支撑成像装置和照明装置；

传送装置，用于使得被测材料与成像装置和/或照明装置间产生相对移动；

控制器，连接成像装置和照明装置，用于控制照明装置在各通道间和通道内的立体切换，以及用于控制成像装置在被测材料被照明时进行连续扫描以获取各通道成像数据；

图像处理装置，与控制器和成像装置通信连接，用于生成控制指令给控制器并接收成像装置生成的图像数据，并按照通道切换顺序重组各通道影像数据，使成像装置对每种照明通道形成独立的影像，以及进行图像分析、识别板形缺陷。

进一步地，照明装置包括照明光源和角度旋转装置，照明光源通过角度旋转装置连接于支撑装置上；角度旋转装置连接控制器，并由控制器生成的指令驱动下控制照明光源实现在空间通道的变换。

本发明的角度旋转装置，使照明装置从空间通道的进行角度变换，为成像装置提供多场景环境。依据旋转作用的位置不同，本发明的角度旋转装置可分为臂旋装置、梁旋装置、云台装置、自旋装置。

可选地，臂旋装置包括步进电机、旋转机构，步进电机安装在支撑装置的立柱上且与旋转机构相连，照明光源通过横梁底座与旋转机构的旋转臂相连，步进电机在控制器的指令驱动下带动旋转臂转动使照明光源入射方向与被测材料平面呈所需要的角度。

可选地，梁旋装置包括步进电机、旋转机构，步进电机安装在支撑装置的立柱上且与旋转机构相连，照明光源通过横梁底座与旋转机构相连，步进电机在控制器的指令驱动下带动旋转机构转动从而带动横梁底座转动使照明光源入射方向与被测材料平面呈所需要的角度。

可选地，云台装置包括安装在支撑装置上的云台，照明光源直接安装于云台上，云台在控制器的指令驱动下转动从而带动照明光源转动至入射方向与被测材料平面呈所需要的角度。云台装置还可实现水平旋转和垂直旋转。

可选地，自旋装置包括步进电机、旋转机构，步进电机安装在支撑装置上且与旋转机构相连，照明光源与旋转机构相连，步进电机在控制器的指令驱动下带动旋转机构转动从而带动照明光源以照明光源的中线为轴进行自旋。自旋装置的旋转机构直接作用于照明光源，使照明光源以光源的中轴线为中轴进行自旋，呈现变化多样的照明场景。

本发明中，用于实现照明光源在空间通道变换的角度旋转装置由以上一种、或几种旋转装置构成，相互协同，实现多角度、多场景照明，满足被测材料对任意角度照明的要求。照明光源在角度转换装置的驱动下，线形结构光可以为横向、纵向、任意角度斜向的照明，线形结构光会因被测材料表面凹凸不平而发生扭曲。成像装置捕获多场景影像，图像处理装置分析影像中横向、纵向、任意角度畸变影像，从而识别透明材料的横向、纵向、任意角度板形缺陷，及相应的长度、宽度和面积，结合三角计算，甚至计算板形缺陷的凹陷深度或凸起高度。

本发明的优选实施例中，检测系统还包括让成像装置实现空间变换的角度旋转装置，使成像装置实现多角度成像。类似地，依据旋转作用的位置不同，可分为臂旋装置、梁旋装置、云台装置。臂旋装置包括步进电机、旋转机构等，步进电机安装在支撑装置的立柱上且与旋转机构相连，成像装置安装在横梁底座上，横梁底座两端与旋转机构的旋转臂相连，在控制器的控制下，通过转动旋转臂使成像装置聚焦中线与透明材料平面呈所需要角度。梁旋装置包括步进电机、旋转机构等，步进电机安装在立柱上，与旋转机构相连，成像装置安装在横梁底座上，横梁底座两端直接与旋转机构相连，通过转动成像装置的横梁底座使成像装置聚焦中线与透明材料平面呈所需要角度。云台装置指成像装置直接安装在云台上，通过云台转动使成像装置聚焦中线与透明材料平面呈所需要角度，还可实现水平旋转和垂直旋转。成像装置的角度旋转装置由以上一种或几种旋转装置构成，与照明装置的角度旋转装置协同，满足被测材料在多照明场景下，多视角成像要求，尤其对于复杂几何形状的透明材料，往往存在扫描死角，不变换成像角度，可能无法获取到光线投射面的正面影像。

进一步地，照明装置包括用于提供多种结构光的软结构光照明装置和/或硬结构光照明装置。多种结构光包括点结构光、线结构光、散点结构光、面结构光、线光栅结构光、格光栅结构光等其它形式结构光中至少一种。

本发明的照明装置用于为被测材料提供多种结构光照明，使照明装置从结构通道角度进行变换，以适应成像场景对结构光变换的要求。照明装置按照结构光实现方式可分为软结构光照明装置和硬结构光照明装置。

所述软结构光照明装置先通过软件定义结构光的形状，经照明装置投射到被测材料上，得到所需要的结构光，经反射、透射、折射、散射等光路进入成像装置，如点结构光、线结构光、散点结构光、面结构光、线光栅结构光、格光栅结构光等。所述硬结构光照明装置包括LED光源矩阵，控制器连接LED光源矩阵，控制LED光源矩阵分时切换照明以实现照明光源在结构通道的变换而形成所需的结构光。本发明优选采用软结构光照明装置。软结构光照明装置可定义结构光的变换样式、大小比较灵活，可定义范围更广，且变换和调试周期短，能够良好满足成像装置连续在线式扫描需要，不受制于单个光源大小，能保证缺陷检测的精度，提高检出率和识别率，且升级方便。

采用硬结构光照明装置实现结构通道变换的光源照明。硬结构光照明装置由多个LED光源矩阵构成，每个LED光源对应一个栅格，同样先通过软件定义所需结构光形状，然后通过控制器控制相应LED光源的分时切换照明来实现所需的结构光，投射到被测材料上，经反射、透射、折射、散射等光路进入成像装置，如点结构光、线结构光、散点结构光、面结构光、线光栅结构光、格光栅结构光等。

对于透明材料，采用硬结构光照明装置时，成像装置可捕获到等面积光栅格影像，通过四步移相法，分析单个光栅格的畸变，从而识别透明材料的板形缺陷，及相应的长度、宽度和面积，结合三角计算，甚至获得板形缺陷的凹陷深度或凸起高度。

当然，在其它实施例中，结构光还可以在照明装置前置光栅膜或光栅格，或在被测材料表面置光栅膜或光栅格实现。对于透明材料，可在照明装置的照明光源前设置光栅膜或光栅格，或在被测材料表面设置光栅膜或光栅格实现。对于非透明材料，可在照明装置的照明光源前设置光栅膜或光栅格实现。

进一步地，照明装置包括用于提供多种光谱变换的照明光源，控制器连接照明光源，用于控制照明光源光谱通道的变换。本发明使照明装置从光谱通道角度进行变换，以适应成像场景对光谱变换的要求。光谱增强与变换直接引起图像的亮度值的改变，从而增强或减弱一些特征的信息，畸变位置直接反映图像的平滑程度，在平滑区，图像的亮度值变化相对较小，畸变区的亮度值在小范围内变化很大。尤其是有颜色渲染的透明材料，变换光谱尤为重要。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，应用本发明的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统获取被测材料的板形缺陷在多通道变换的照明光源下对应的多通道图像数据，被测材料包括透明材料和非透明材料。

进一步地，检测方法包括：控制器控制照明装置在空间通道下变换，以提供多种角度、多场景照明；控制器控制照明装置在结构通道下变换，以提供多种结构光照明；控制器控制照明装置在光谱通道下变换，以提供多种光谱照明；成像装置在被测材料被照明时连续扫描被测材料，以获取各通道成像数据；图像处理装置接收成像装置生成的图像数据，并按照通道切换顺序重组各通道成像数据，使成像装置对每种照明通道形成独立的图像数据，以及对独立的图像数据进行图像分析、识别板形缺陷。

进一步地，图像处理装置采用软光栅格图像缺陷识别方法进行图像分析获得被测材料的板形缺陷信息，软光栅格图像缺陷识别方法包括：图像处理装置将获取到的结构光影像切分成以像元为倍数的光栅格；通过四步移相法，分析单个光栅格的图像、灰度值等特征，分析其畸变，汇集邻近畸变光栅格，从而识别被测材料的板形缺陷及板形缺陷相应的长度、宽度和面积，或者与标准图像进行模式比较，分析逻辑位置相同的光栅格的图像、灰度值等特征，识别畸变；结合三角计算，计算板形缺陷的深度或高度，从而获得板形缺陷的三维相对位置。

本发明的优选实施例采用软光栅格图像缺陷识别方法，图像处理装置将获取到的结构光影像，用软件方法切分成以像元为倍数的光栅格，然后通过四步移相法，分析单个光栅格的畸变，从而识别被测材料的板形缺陷及相应的长度、宽度和面积，结合三角计算，甚至计算板形缺陷的深度或高度，从而获得缺陷的三维相对位置。还可以通过与标准件的图像进行模式比对，将逻辑位置相同的光栅格的灰度值相减，寻找偏离误差值的栅格即畸变栅格，从而识别缺陷。本发明采用软光栅格图像缺陷识别方法切分的光栅格可达像元级，其精度远高于硬结构光栅格。

根据本发明的检测系统，通过照明装置在空间通道、结构通道和光谱通道变换下，可检测各类被测板形材料的板形缺陷检测，也可检测各类平面几何形状的被测材料表面缺陷检测，尤其是结合软光栅格图像缺陷识别方法等图像处理方法，使板形缺陷的长度、宽度、面积更为精准，从而大幅提高被测材料中板形缺陷的检出率和识别率，也从根本上克服了当前缺陷系统对同时识别大型板形缺陷和微小缺陷的不足。

进一步地，对于含有曲面的被测材料，通过导入被测材料的三维模型或者通过扫描被测材料的标准件进行三维模型重建，获得被测材料表面各点的三维基准坐标；再与经三角计算获得的实测坐标相减，偏离浮动区间的差值点即为畸变点，汇集邻近畸变点，从而识别被测曲面材料表面缺陷长度、宽度和面积和三维位置。

具体地，对于含有曲面的透明材料，通过导入透明材料三维模型，获得表面各点的三维基准坐标，与经三角计算获得实测坐标相减，偏离浮动区间的差值点即为畸变点，汇集邻近畸变点，从而识别被测曲面材料表面缺陷长度、宽度和面积和三维位置。若无相应三维模型导入，可先扫描被测透明材料的标准件，进行标准件三维模型重建，获得表面各点的三维标准坐标，再与经三角计算获得的实测坐标相减，偏离浮动区间的差值点即为畸变点，汇集邻近畸变点，从而识别曲面透明材料表面缺陷长度、宽度和面积和三维相对位置。

进一步地，通过导入被测材料的三维模型，与经三角计算获得的实测坐标为基础重建的被测材料的三维模型进行比较，从而从整体上对被测材料的形状进行检测，如畸角、翘边等；或者通过扫描被测材料的标准件进行三维模型重建，与经三角计算获得的实测坐标为基础重建的被测材料的三维模型进行比较，从而从整体上对被测材料的形状进行检测，如畸角、翘边等。

进一步地，经三角计算获得被测材料的实测坐标，并以实测坐标为基础重建被测材料的三维模型，获得被测材料的长宽高极值，从而实现对被测材料的超长、超宽、超高检测。

进一步地，根据本发明的检测结果进行统计分析，可以准确地分类被测材料的板形缺陷类别，如镰刀弯、浪形、瓢曲或旁弯、凹点、凸点、划伤、粘锡、碎石等，依次对产品进行质量分级，并与相应打码设备协同，发送质量等级信息，打码于被测材料表面，后续环节的在线机器人直接读码，进行智能切割，剔除畸变段，或智能分拣；可以利用分析结果智能评测材料生产线的质量稳定性，并依此对相关生产工艺进行优化、改造等；还可利用获取到的缺陷数据信息，准确计算缺陷长度、宽度、面积和三维相对位置信息，直接绘制板形缺陷的平面分布图，若导入被测材料的三维建模图形，还可绘制出板形缺陷的三维分布图。

图1示出了根据本发明的用于检测被测材料8的板形缺陷的检测系统。检测系统包括成像装置有相机1、镜头2、照明光源3、成像装置数据通信线缆4、控制器通信线缆5、控制器6、图像处理装置7、被测材料8、传送装置(图1中未示出)、支撑装置(未示出)、角度旋转装置(未示出)。

在本发明中，被测材料8可以是透明材料，例如无机玻璃、有机玻璃、亚克力或任何其他透明材料。透明材料可以为平板、柱状或其它几何形状，例如浮法玻璃带、汽车玻璃、手机面板玻璃、玻璃柱等。被测材料8也可以是非透明材料，例如金属板、有机板、地板砖或任何其他非透明材料。非透明材料可以为平板、柱状或其它几何形状，例如钢板、铝合金型材、PVC板等。

传送装置用于让被测材料8相对相机1相对移动，即在支撑装置的上下横梁间之间产生相对移动。例如，如图1中所示，通过将被测材料8相对于相机1和照明光源3移动来产生上述相对移动。也可以通过相对于被测材料8移动支撑装置来获得上述相对移动。例如当被检测的透明材料质量很大、尺寸很大、形状特殊时，移动支撑装置要比移动被测材料8更容易。本发明中的传送装置包括例如滑架、步进电机、传送带、支撑架等。若生产线上已有传送装置，则可利用。出于示例而非限制的目的，下文中将假设相机1、图像处理装置7保持固定，而令被测材料8相对它们移动，照明光源3在角度旋转装置的作用下转动角度。

图1示出了本发明基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统中的相机1、照明光源3、控制器6、图像处理装置7，以及它们与被测材料8的相对位置关系。如图1所示，在该板形缺陷检测系统中，被测材料8沿平面图的垂直方向以速度V匀速运动。在该板形缺陷检测系统中，照明光源3可与相机1分别安装于被测材料8的同侧，也可不同侧，以适于相机1工作为宜，优选安装在被测材料8的同侧。相机1安装位置可垂直于被测材料8平面，也可为任意斜角，以适于图像采集为宜，也可在成像装置角度旋转装置的作用下，旋转至需要的角度。相机1负责收集光，并将收集到的光成像到其光敏面上，并转化电信号。本示例中，相机1的成像组件可采用CCD线阵成像组件、CMOS线阵成像组件或其它成像组件，并集成相应图像处理功能，输出相关缺陷数据信息等。本示例中，相机1安装在横梁底座上，初始位置的聚焦中线垂直于被测材料8平面。

图1中，打开相机1的角度旋转装置，相机1在臂旋装置和梁旋装置协同下，旋转至图1所示角度，垂直于被测材料8的平面。打开照明光源3的角度旋转装置，在臂旋装置和梁旋装置协同下，旋转至图1所示角度，斜角入射被测材料8。当然，针对不同几何形状的被测材料，可根据需要同步调整相机1和照明光源3的角度，使相机1从照明光源3入射角正面捕获影像。图1示例的照明光源3为软结构光照明装置，在图像处理装置7中定义结构光形状，定义光谱为红光，针对本被测材料8采用线结构光。若被测材料8表面平整无缺陷，相机1将获得图2所示图像，若被测材料8表面有凸起类缺陷，相机1将获得图3所示图像。对于复杂几何形状的被测材料，通过打开照明光源3的角度旋转装置，变换角度，对复杂几何形状的被测材料进行无死角照明，相机1的在角度旋转装置作用下，实现相应照明场景下成像。

图2为被测材料8表面平整无缺陷图像，为一条平滑的直线。图像处理装置7采用软光栅格图像缺陷识别方法分析图像2，将其切分成设定大小的栅格，计算每个栅格的灰度值，经四步移相法，将相邻位置的栅格灰度值相减，相邻图像相对位置灰度值相减，寻找偏离误差值的栅格即畸变栅格，检测结果显示无畸变栅格，或者与标准件的图像进行模式比对，将相同逻辑位置的光栅格的灰度值相减，寻找偏离误差值的栅格即畸变栅格。

图3为被测材料8表面有凸起类缺陷的图像，为一条带有弯曲的曲线。图像处理装置7采用软光栅格图像缺陷识别方法分析图像2，将其切分成设定大小的栅格，计算每个栅格的灰度值，经四步移相法，将相邻位置的栅格灰度值相减，相邻图像相对位置灰度值相减，找到偏离误差值的栅格即畸变栅格，汇集邻近畸变的光栅格，记下畸变栅格起始位置，从而获得缺陷的二维相对位置，若将每个畸变栅格对应的被测材料8表面的面积相加，可获得被测材料8板形缺陷的面积，或者与标准件的图像进行模式比对，相同位置光栅格的灰度值相减，寻找偏离误差值的栅格即畸变栅格，从而识别缺陷。另外，光谱增强与变换直接引起图像的亮度值的改变，从而增强或减弱一些特征的信息，畸变位置直接反映图像的平滑程度，在平滑区，图像的亮度值变化相对较小，畸变区的亮度值在小范围内变化很大。尤其是有颜色渲染的透明/非透明材料，畸变弱的缺陷，变换光谱尤为重要。因此，板形缺陷检测中需变换光谱，以获得不同光谱下的缺陷影像，供图像处理装置7进行板形缺陷分析。

图3为被测材料8表面有凸起类缺陷的图像，A为入射光线与凸起缺陷某一点的交点，O为入射光线延长线与被测材料平面的交点，A′为A在被测材料平面上的垂直投影，θ为入射光线与被测材料8平面的夹角。参照图4，缺陷处理系统7经图像分析，通过O点到A’点间像元多少，计算OA′长度，则有凸起的高度AA′：AA′＝tanθ·OA′，同样，缺陷处理系统7经图像分析A纵向和横向的像元数，计算缺陷A的二维相对位置，从而获得A的三维相对位置，汇集所有畸变点的三维相对位置，畸变光栅格的面积，从而获得所有缺陷的三维相对位置、长度、宽度、面积。

结构光的获得也可以通过在被测材料8表面放置光栅膜或光栅格实现。或者在照明光源3前置光栅膜或光栅格实现。

图1所示板形缺陷检测系统通过照明装置在空间通道、结构通道和光谱通道变换下，可检测各类被测平板材料板形缺陷，也可检测各类平面几何形状的被测材料表面缺陷，尤其是结合软光栅格图像缺陷识别方法等图像处理方法，使板形缺陷的长度、宽度、面积更为精准，从而大幅提高被测材料中板形缺陷的检出率和识别率，也从根本上克服了当前缺陷系统对同时识别大型板形缺陷和表面缺陷的不足。而对于含有曲面的被测材料，通过导入被测材料三维模型，获得表面各点的三维基准坐标，或直接导入其三维坐标，与经三角计算获得实测坐标相减，偏离浮动区间的差值点即为畸变点，汇集邻近畸变点，从而识别曲面被测材料表面缺陷长度、宽度和面积和三维位置。若无相应三维模型导入，可用检测系统先扫描被测透明材料的标准件，进行标准件三维模型重建，获得表面各点的三维标准坐标，再与检测系统经三角计算获得实测坐标相减，偏离浮动区间的差值点即为畸变点，汇集邻近畸变点，从而识别曲面被测材料表面缺陷长度、宽度和面积和三维相对位置。

特别说明，本发明中的光源优选为半导体光源，也可为普通光源。光谱范围无限制，但需处于成像装置的感光范围之内。在本示例中，通过控制器6控制照明光源3和相机1的开启，二者开启同步。为了控制相机1与照明光源3的工作时序，在图1的板形缺陷检测系统中提供了控制器6。控制器6作为外部触发源用于控制控制相机1与照明光源3中每一个的触发时序。控制器6可以包括任何类型的脉冲触发器，例如但不限于，编码器。检测过程中，控制器6感测被测材料8的位移并控制各控制相机1、照明光源3的操作，使得在一个照明周期内完成一次所有图像获取。

实验显示，本实施例的板形缺陷检测系统还能够对镰刀弯、浪形、瓢曲或旁弯、凹点、凸点、划伤、粘锡、碎石等各种板形缺陷进行准确的识别和分类。由于实现空间通道、结构通道和光谱通道的变换，与现有技术相比，板形缺陷的大小、位置、形状、深度或高度更为精准，缺陷检出率和识别率更高，更好的适应各种几何形状的透明/非透明材料的板形缺陷检测，还可同时检测平板透明/非透明材料表面缺陷。

需要注意的是，本发明的上述示例仅仅是出于例示和说明的目的，而非旨在将本发明限制在所公开的具体形式内。本领域技术人员通过阅读本说明书，完全能够构想出各种形式的修改和变型。例如，在本发明的板形缺陷检测系统中，照明装置和成像装置还可增加，不限于1套，可以为多套，也可部署在透明材料下方，也可以在上方，或上下方同时部署，照明角度和成像角度相互配合。

Claims (18)

1.一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，用于对被测材料在多通道变换的照明光源下进行板形缺陷检测，所述检测系统包括：

成像装置，用于对被测材料进行成像扫描；

照明装置，用于对被测材料提供空间通道、结构通道和光谱通道变换的照明光源，所述照明装置的照明区间位于所述成像装置的视角之内；

支撑装置，用于安装支撑所述成像装置和所述照明装置；

传送装置，用于使得所述被测材料与所述成像装置和/或所述照明装置间产生相对移动；

控制器，连接所述成像装置和所述照明装置，用于控制所述照明装置在各通道间和通道内的立体切换，以及用于控制所述成像装置在所述被测材料被照明时进行连续扫描以获取各通道成像数据；

图像处理装置，与所述控制器和所述成像装置通信连接，用于生成控制指令给所述控制器并接收所述成像装置生成的图像数据，并按照通道切换顺序重组各通道影像数据，使所述成像装置对每种照明通道形成独立的影像，以及进行图像分析、识别板形缺陷。

2.根据权利要求1所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述照明装置包括照明光源和角度旋转装置，所述照明光源通过所述角度旋转装置连接于所述支撑装置上；

所述角度旋转装置连接所述控制器，并由所述控制器生成的指令驱动下控制所述照明光源实现在空间通道的变换。

3.根据权利要求2所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述角度旋转装置为臂旋装置、梁旋装置、云台装置、自旋装置中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述臂旋装置包括步进电机、旋转机构，所述步进电机安装在所述支撑装置上且与所述旋转机构相连，所述照明光源通过横梁底座与所述旋转机构的旋转臂相连，所述步进电机在所述控制器的指令驱动下带动所述旋转臂转动使所述照明光源入射方向与所述被测材料平面呈所需要的角度。

5.根据权利要求3所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述梁旋装置包括步进电机、旋转机构，所述步进电机安装在所述支撑装置上且与所述旋转机构相连，所述照明光源通过横梁底座与所述旋转机构相连，所述步进电机在所述控制器的指令驱动下带动所述旋转机构转动从而带动所述横梁底座转动使所述照明光源入射方向与所述被测材料平面呈所需要的角度。

6.根据权利要求3所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述云台装置包括安装在所述支撑装置上的云台，照明光源直接安装于所述云台上，所述云台在所述控制器的指令驱动下转动从而带动所述照明光源转动至入射方向与所述被测材料平面呈所需要的角度。

7.根据权利要求3所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述自旋装置包括步进电机、旋转机构，所述步进电机安装在所述支撑装置上且与所述旋转机构相连，所述照明光源与所述旋转机构相连，所述步进电机在所述控制器的指令驱动下带动所述旋转机构转动从而带动所述照明光源以照明光源的中轴线为中轴进行自旋。

8.根据权利要求1所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述照明装置包括用于提供多种结构光的软结构光照明装置和/或硬结构光照明装置；

所述多种结构光包括点结构光、线结构光、散点结构光、面结构光、线光栅结构光、格光栅结构光中至少一种。

9.根据权利要求8所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述硬结构光照明装置包括LED光源矩阵，每个LED光源对应一个栅格；

所述控制器连接所述LED光源矩阵，用于控制所述LED光源矩阵分时切换照明以实现所述照明光源在结构通道的变换而形成所需的结构光。

10.根据权利要求1所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述照明装置前设置有用于形成多种结构光的光栅膜或光栅格；

或者被测材料表面设置有用于形成多种结构光的光栅膜或光栅格。

11.根据权利要求1所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述照明装置包括用于提供多种光谱变换的照明光源，

所述控制器连接所述照明光源，用于控制所述照明光源光谱通道的变换。

12.根据权利要求1所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测系统，其特征在于，

所述成像装置通过角度旋转装置连接于所述支撑装置上；

所述角度旋转装置连接所述控制器，并由所述控制器生成的指令驱动下控制所述成像装置实现空间变换使成像装置实现多角度成像；

所述角度旋转装置为臂旋装置、梁旋装置、云台装置中的至少一种。

13.一种基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，应用如权利要求1至12任一所述的检测系统获取被测材料的板形缺陷在多通道变换的照明光源下对应的多通道图像数据，所述被测材料包括透明材料和非透明材料。

14.根据权利要求13所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

控制器控制所述照明装置在空间通道下变换，以提供多种角度、多场景照明；

控制器控制所述照明装置在结构通道下变换，以提供多种结构光照明；

控制器控制所述照明装置在光谱通道下变换，以提供多种光谱照明；

成像装置在所述被测材料被照明时连续扫描被测材料，以获取各通道成像数据；

图像处理装置接收所述成像装置生成的图像数据，并按照通道切换顺序重组各通道成像数据，使所述成像装置对每种照明通道形成独立的图像数据，以及对所述独立的图像数据进行图像分析、识别板形缺陷。

15.根据权利要求13所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，其特征在于，

图像处理装置采用软光栅格图像缺陷识别方法进行图像分析获得被测材料的板形缺陷信息，所述软光栅格图像缺陷识别方法包括：

图像处理装置将获取到的结构光影像切分成以像元为倍数的光栅格；

通过四步移相法，分析单个光栅格的畸变，汇集邻近畸变光栅格，从而识别被测材料的板形缺陷及板形缺陷相应的长度、宽度和面积；

结合三角计算，计算板形缺陷的深度或高度，从而获得板形缺陷的三维相对位置。

16.根据权利要求15所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，其特征在于，

对于含有曲面的被测材料，通过导入被测材料的三维模型或者通过扫描被测材料的标准件进行三维模型重建，获得被测材料表面各点的三维基准坐标；

再与经三角计算获得的实测坐标相减，偏离浮动区间的差值点即为畸变点，汇集邻近畸变点，从而识别曲面被测材料表面缺陷长度、宽度和面积和三维位置。

17.根据权利要求16所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，其特征在于，

通过导入被测材料的三维模型，与经三角计算获得的实测坐标为基础重建的被测材料的三维模型进行比较，从而从整体上对被测材料的形状进行检测；

或者通过扫描被测材料的标准件进行三维模型重建，与经三角计算获得的实测坐标为基础重建的被测材料的三维模型进行比较，从而从整体上对被测材料的形状进行检测。

18.根据权利要求16所述的基于多通道光源的材料板形缺陷检测方法，其特征在于，

经三角计算获得被测材料的实测坐标，并以实测坐标为基础重建被测材料的三维模型，获得被测材料的长宽高极值，从而实现对被测材料的超长、超宽、超高检测。