CN108918542A - 一种光缆表面缺陷检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光缆表面缺陷检测装置及方法，其包括光缆表面缺陷检测装置及其运用该装置检测光缆表面缺陷的检测方法，光缆缺陷检测装置包括可升降支架，可升降支架内设置有圆筒形结构的检测腔，检测腔内安装有成圆周均匀分布的三台照相机和光源；编码器、工控机、照相机和计数模块均与特供电源和装置总开关连接；光缆缺陷检测方法包括步骤S1‑S5。本发明的光缆缺陷检测装置拍摄的图片清晰，可有效降低后期处理图片的难度；光缆缺陷检测装置可实时获取光缆缺陷的详细信息，提高了企业生产效率；该检测方法使检测效果更精确、快速；并且可直接用于光缆生产联动系统中。

Description

一种光缆表面缺陷检测装置及方法
技术领域
本发明涉及线缆缺陷检测技术领域，具体涉及一种光缆表面缺陷检测装置及方法。
背景技术
传统的光缆生产制造中，由于科学技术的限制，仍然主要采用人工检测的方法检测光缆表面的缺陷，这种以肉眼检测的方法不仅使得对于光缆表面缺陷的检测速度慢，而且在检测的过程中容易发生误判和漏判的情况，使得人工检测效率低，精度低。随着机器视觉技术的发展，以及机器视觉理论研究的深入，市面上出现了各种基于机器视觉的工业产品表面缺陷检测识别技术。这种技术的出现，使得通过机器视觉替代人眼检测光缆表面缺陷成为可能，同时也大大提高了生产作业的效率，实现了能更精确、更快速地进行光缆表面缺陷检测的目标，避免了因作业条件，主观判断及人眼疲劳等因素对检测结果准确性的影响。现有光缆表面缺陷检测装置的聚光效果和采图清晰度还有待提高，缺陷的检测不全面，光缆表面的完整拼接图像还未达到真实光缆柱面效果。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种光缆表面缺陷检测装置及运用该装置进行光缆表面缺陷检测的方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种光缆表面缺陷检测装置，其包括可升降支架，可升降支架内设置有圆筒形结构的检测腔，检测腔内安装有成圆周均匀分布的三台照相机，且三台照相机的聚焦点为检测腔的中心位置；检测腔内设置有光源，光源的照射点为照相机的聚焦点；照相机与工控机和编码器连接，编码器设置于检测腔外；编码器和工控机与计数模块连接，工控机上连接有显示屏，显示屏安装在可升降支架上；编码器、工控机、照相机和计数模块均与特供电源和装置总开关连接。
进一步地，检测腔的两端圆面上分别设置有一组光源，每组光源为两组灯源模块并联组成，且每组灯源模块由三个独立的LED灯串联形成半圆形发光环，两组灯源模块并联组成圆周发光环。
进一步地，三台照相机设置于检测腔的中部。
进一步地，检测腔的两侧设置有遮光帘。
进一步地，计数模块上连接有报警装置，报警装置包括报警灯和蜂鸣器，且报警装置安装于可升降支架上。
一种光缆表面缺陷检测装置的光缆缺陷检测方法，其包括以下步骤：
S1：打开装置总开关，调整升降支架，使被检测的光缆位于检测腔的中心线上，编码器放置在被检测的光缆上；
S2：当光缆运动到三台照相机的拍摄区域时，三台照相机同时对光缆进行拍摄，照相机将拍摄的图像信息发送给工控机；
S3：编码器将脉冲信号发送给计数模块，计数模块计算出光缆的移动长度和移动速度，并将结果发送给工控机；
S4：采用工控机对图像及数据进行处理和分析，并将分析结果在显示屏上显示出来；
S5：当检测光缆有缺陷时，计数模块控制报警装置进行报警。
进一步地，图像及数据的处理和分析包括：
S41：将照相机采集的图像进行裁剪并旋转，调整照相机的参数，使照片横纵向分辨率一致；
S42：设置初始化的照相机的曝光时间、触发模式、缺陷最小检测面积、边缘阈值、每平方毫米像素点和凹凸倍数参数；
S43：通过二值化阈值提取图像上的光缆区域；
S44：根据光缆上边缘像素点所在的行坐标数组A1和下边缘行坐标数组A2，计算光缆的直径Od；
S45：通过A1和A2，判断光缆是否存在凹凸：
若凹凸倍数大于1.1时，判断光缆存在凸出；若凹凸倍数在1.05-1.1之间，工控机发出警告命令；若凹凸倍数小于0.9时，判断光缆存在凹陷；若凹凸的倍数在0.9-0.95时，工控机发出警告命令；
S46：(1)将照相机拍摄的柱面视图转换为平面图；
(2)对平面图中的光缆区域宽度与实际线缆宽度之间存在的差异进行线性插值计算；
(3)将判断出具有凹凸缺陷的光缆的三张图像分开显示；将判断出具有其他缺陷的光缆的三张图像合并显示。
进一步地，步骤S44包括：
(1)通过边缘阈值判断光缆区域点，并提取光缆区域；
(2)将提取的光缆区再次进行二值化；
(3)接着从图像第1列的第一行往下扫描，同时从最后一行往上扫描；当从上往下扫描，第一列某行灰度值为0，上一行灰度值为1，下一行灰度值为0时，确定为光缆区域上边缘行坐标，用数组A1存储；当第一列某行灰度值为0，上一行灰度值为0，下一行灰度值为1，即为光缆区域下边缘坐标，用数组A2存储。
(4)求出A1和A2差值的中位数；
(5)计算光缆的直径Od：
进一步地，还包括：
S47：将光缆的缺陷特征放入SVM分类器训练，对光缆不同的缺陷特征进行识别，并发送给工控机，显示在显示屏上；
S48：工控机对检测到有缺陷的光缆的图像保存为两种图片，一种为标记有光缆的缺陷和凹凸的图片，另一种图片下方标记有缺陷位置、光缆编号、直径、已检测米数、日期和时间。
进一步地，工控机检测出光缆上的凹凸为警告时，在光缆图像上画黄线标记，确定为凹凸时，在光缆图像上画红线标记；检测出光缆确定为缺陷时，在光缆图像上画红框标记。
本发明的有益效果为：本发明的光缆表面缺陷检测装置用于对光缆的缺陷进行检测，光缆放置在检测腔内，通过三台照相机对光缆进行拍照，并将拍摄的照片发送给工控机进行处理，三台照相机刚好可以无死角的拍摄全部光缆圆周部分；编码器和计数模块用于检测光缆的移动速度和光缆的检测长度，光源可有效增加照相机拍摄的清晰度，提高检测精度；工控机检测的结果显示在显示屏上，供工作人员参考。
检测腔的两端分别设置光源，能进一步提高照相机采图的清晰度，防止阴影对检测结果的影响；检测腔两端的遮光帘用于遮挡外部光源，避免影响检测结果；如果工控机检测到光缆有缺陷，计数模块可控制报警装置进行报警，用于提醒工作人员。
本发明的光缆表面缺陷检测装置可实时获取光缆缺陷的详细信息，包括光缆的缺陷位置、光缆的移动速度、已经检测的光缆长度、缺陷发生时间、并且可实时报警，降低了工人的劳动强度，提高了企业生产效率；在检测方法中可以对光缆的外径进行计算、对凹凸进行判断、将光缆的柱面视图转换成平面图进行计算、识别不同的缺陷，使检测效果更精确、快速、提高了产品的生产质量；并且可直接用于光缆生产联动系统中。
附图说明
图1为电线线缆缺陷检测装置的结构示意图。
图2为照相机采集图片的侧视图。
图3为检测系统的结构框图。
图4为检测方法的流程框图。
图5为图片柱面转平面的计算原理图。
其中，1、显示屏，2、装置总开关，3、USB接口，4、照相机，5、报警装置，6、遮光帘，7、编码器，8、光缆，9、工控机，10、特供电源，11、计数模块，12、检测腔，13、光源。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1至图3所示，光缆表面缺陷检测装置包括可升降支架，可升降支架内设置有圆筒形结构的检测腔12，检测腔12内安装有成圆周均匀分布的三台照相机4，且三台照相机4的聚焦点为检测腔12的中心位置；检测腔12内设置有光源13，光源13的照射点为照相机4的聚焦点；照相机4与工控机9和编码器7连接，编码器7设置于检测腔12内；编码器7和工控机9与计数模块11连接，工控机9与显示屏1连接，显示屏1安装在可升降支架上；编码器7、工控机9、照相机4和计数模块11均与特供电源10和装置总开关2连接。工控机9上连接有USB接口3，并且USB接口3安装于可升降支架上；计数模块11采用ADAM4080计数模块，编码器7采用POSITAL FRABA系列增量式编码器，照相机4采用TELEDYNE DALSA的2K线阵相机，工控机9采用AIIS-3400P紧凑型视觉系统工控机。
本方案优选检测腔12的两端圆面上分别设置有一组光源13，每组光源13为两组灯源模块并联组成，且每组灯源模块由3个独立的LED灯串联形成半圆形发光环，两组灯源模块并联组成圆周发光环；三台照相机4均匀分布在检测腔12的中部，检测腔12的两侧设置有遮光帘6；工控机9上连接有报警装置5，报警装置5包括报警灯和蜂鸣器，且报警装置5安装于可升降支架上。
本发明的光缆表面缺陷检测装置用于对光缆8的缺陷进行检测，光缆8放置在检测腔12内，通过三台照相机4对线缆8进行拍照，并将拍摄的照片发送给工控机9进行处理，三台照相机4刚好可以无死角的拍摄全部线缆8的圆周部分；编码器7和计数模块11用于检测光缆8的移动速度和线缆8的检测长度，光源13可有效增加照相机4拍摄的清晰度，提高检测精度；工控机9检测的结果显示在显示屏1上，供工作人员参考。
检测腔12的两端分别设置光源13，能进一步提高照片的清晰度，防止阴影对检测的影响；检测腔12两端的遮光帘6用于遮挡外部光源，避免影响检测结果；如果工控机9检测到光缆8有缺陷，计数模块11可控制报警装置5进行报警，用于提醒工作人员。
如图4所示，通过光缆检测装置的光缆检测方法包括以下步骤：
S1：打开装置总开关2，调整升降支架，使被检测的光缆8位于检测腔12的中心线上，编码器7放置在被检测的光缆8上；
S2：接着使光缆8在检测腔12内移动，当光缆8运动到三台照相机4的拍摄区域时，三台照相机4同时对线缆8进行拍摄，照相机4将拍摄的图像信息发送给工控机9；
S3:光缆8上的编码器7检测光缆8的移动速度和前进的长度，并且将检测的脉冲发送至计数模块11，计数模块11计算出光缆8当前的检测长度和移动速度，并且将结果发送给工控机9；
S4：工控机9通过图像及数据进行处理和分析，并且将分析结果在显示屏1上显示出来；
图像及数据的处理和分析包括：
S41：将照相机4采集的图像进行裁剪并旋转，调整照相机4的参数，使照片横纵向分辨率一致；
S42：设置初始化的照相机4的曝光时间、触发模式、缺陷最小检测面积、边缘阈值、每平方毫米像素点和凹凸倍数参数；
S43：先求出光缆区域和非光缆区域的二值化阈值，通过阈值提取出光缆区；
S44：(1)通过边缘阈值判断光缆区域点，并提取光缆区域；
(2)将提取的光缆区再次进行二值化；
(3)接着从图像第1列的第一行往下扫描，同时从最后一行往上扫描；当从上往下扫描，第一列某行灰度值为0，上一行灰度值为1，下一行灰度值为0时，确定为光缆区域上边缘行坐标，用数组A1存储；当第一列某行灰度值为0，上一行灰度值为0，下一行灰度值为1，即为光缆区域下边缘坐标，用数组A2存储。
(4)求出A1和A2差值的中位数；
(5)再利用公式计算光缆8的直径Od；
S45：利用公式判断光缆8的凹凸；
当凹凸倍数大于1.1时，判断光缆8的缺陷为凸出；当凹凸倍数在1.05-1.1之间时，工控机9发出警告命令；当凹凸倍数小于0.9时，判断光缆8的缺陷为凹陷；当凹凸倍数在0.9-0.95时，工控机9发出警告命令；
在计算直径Od时，需要知道纵向每毫米像素点个数，因此需要对照相机4进行标定，1毫米对应的像素点个数，然后对缺陷进行采样，并设定有一定大小的周长或面积的异常点连通域作为缺陷的依据，包括以下步骤：
(1)通过公式(1)和(2)计算出照相机4的标定默认值：
其中，纵向为与光缆8前进方向垂直的方向；横向为光缆8前进的方向；编码器7转动一周有固定的脉冲个数，即周长固定；
(2)调整相机视野大小，使横纵向每毫米像素点个数相同；
(3)当相机标定默认值与实际误差较大时，可通过直径测得值和真实值调整，如公式(3)所示：
其中，10为初始横纵每毫米像素点个数，调整后默认值等于纵向每毫米像素点个数的平方，也等于横向每毫米像素点个数的的平方；
(4)根据边缘阈值作为缺陷异常点的判断；
(5)根据采集到的不同缺陷的异常像素点个数，通过相机标定值换算缺陷周长或面积，自定义设置缺陷大小。
S46：光缆图像拼接：
(1)将照相机4的柱面视图转换为平面图；
如图5所示，3个相机同时采集光缆外表面，由于相机拍摄图片时都为180°的视角，直接将3张180°视角图片拼接会出现图像重叠，3个相机环绕线缆，每个相机对应拍摄三分之一柱面，需要将相机120°的视角转换为平面图，计算公式如下所示：
图5中表示圆心角为θ对应的弧长，r表示圆半径，求得弧长与弧长终点垂直于x轴交点横坐标，即(x，0)的关系为：
其中T表示线缆8列向所占像素点个数，x为图像中像素点位置。
(2)对转换后的平面光缆区域宽度与实际光缆宽度存在的差异进行线性插值计算，即增加像素点数或减少像素点数；除此之外，光缆8在生产时会出现抖动，提取的光缆区域会出现弯曲现象，无法进行三张图的拼接，因此需要采用边缘直线拟合方法，使光缆8边缘平滑，其方法和线性插值方法处理相同，都是像素点数量的变化。如公式(5)所示：
在直角坐标系中，其中R1＝(x,y1),R2＝(x,y2),P＝(x,y)。
(3)将判断出具有凹凸缺陷的光缆8的三张图像分开显示；将判断出具有其他缺陷的光缆8的三张图像合并显示。
S47：将光缆的缺陷特征放入SVM分类器训练，对线缆8不同的的缺陷特征进行识别，并发送给工控机9，显示在显示屏1上；
S48：工控机9对检测到有缺陷的光缆8的图像保存为两种图片，一种为标记有光缆8的缺陷和凹凸的图片，另一种图片下方标记有缺陷位置、光缆编号、直径、已检测米数、日期和时间。
S5：当检测到光缆8有缺陷时，计数模块11控制报警装置5进行报警。
工控机9检测出光缆8的凹凸为警告时，在光缆图像上画黄线标记，确定为凹凸时，在光缆图像上画红线标记；所述检测出光缆(8)确定有缺陷时，在光缆图像上画红框标记。
本发明的光缆表面缺陷检测装置可实时获取光缆8的缺陷的详细信息，包括光缆8的缺陷位置、光缆8的移动速度、已经检测的光缆8长度、缺陷发生时间、并且可实时报警，降低了工人的劳动强度，提高了企业生产效率；在检测方法中可以对光缆8的外径进行计算、对凹凸进行判断、将光缆8的柱面视图转换成平面图进行计算、识别不同的缺陷，使检测效果更精确、快速、提高了产品的生产质量；并且可直接用于光缆生产联动系统中。

Claims (10)

1.一种光缆表面缺陷检测装置，其特征在于，包括可升降支架，所述可升降支架内设置有圆筒形结构的检测腔(12)，所述检测腔(12)内安装有成圆周均匀分布的三台照相机(4)，且三台照相机(4)的聚焦点为检测腔(12)的中心位置；所述检测腔(12)内设置有光源(13)，所述光源(13)的照射点为照相机(4)的聚焦点；所述照相机(4)与工控机(9)和编码器(7)连接，所述编码器(7)设置于检测腔(12)外；所述编码器(7)和工控机(9)与计数模块(11)连接，所述工控机(9)上连接有显示屏(1)，所述显示屏(1)安装在可升降支架上；所述编码器(7)、工控机(9)、照相机(4)和计数模块(11)均与特供电源(10)和装置总开关(2)连接。
2.根据权利要求1所述的光缆表面缺陷检测装置，其特征在于，所述检测腔(12)的两端圆面上分别设置有一组光源(13)，每组所述光源(13)为两组灯源模块并联组成，且每组灯源模块由三个独立的LED灯串联形成半圆形发光环，两组灯源模块并联组成圆周发光环。
3.根据权利要求1所述的光缆表面缆缺陷检测装置，其特征在于，三台所述照相机(4)设置于检测腔(12)的中部。
4.根据权利要求1所述的光缆表面缺陷检测装置，其特征在于，所述检测腔(12)的两侧设置有遮光帘(6)。
5.根据权利要求1所述的光缆表面缺陷检测装置，其特征在于，所述计数模块(11)上连接有报警装置(5)，所述报警装置(5)包括报警灯和蜂鸣器，且报警装置(5)安装于可升降支架上。
6.一种权利要求1-5任一项所述的光缆表面缺陷检测装置的线缆缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：打开装置总开关(2)，调整升降支架，使被检测的光缆(8)位于检测腔(12)的中心线上，编码器(7)放置在被检测的光缆(8)上；
S2：当光缆(8)运动到三台照相机(4)的拍摄区域时，三台照相机(4)同时对光缆(8)进行拍摄，照相机(4)将拍摄的图像信息发送给工控机(9)；
S3：编码器(7)将脉冲信号发送给计数模块(11)，计数模块(11)计算出光缆(8)的移动长度和移动速度，并将结果发送给工控机(9)；
S4：采用工控机(9)对图像及数据进行处理和分析，并将分析结果在显示屏(1)上显示出来；
S5：当检测到光缆(8)有缺陷时，计数模块(11)控制报警装置(5)进行报警。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述图像及数据的处理和分析包括：
S41：将照相机(4)采集的图像进行裁剪并旋转，调整照相机(4)的参数，使照片横纵向分辨率一致；
S42：设置初始化的照相机(4)的曝光时间、触发模式、缺陷最小检测面积、边缘阈值、每平方毫米像素点和凹凸倍数参数；
S43：通过二值化阈值提取图像上的光缆区域；
S44：根据光缆上边缘像素点所在的行坐标数组A1和下边缘行坐标数组A2，计算光缆(8)的直径Od；
S45：通过A1和A2，判断光缆(8)是否存在凹凸：
若凹凸倍数大于1.1时，判断光缆存在凸出；若凹凸倍数在1.05-1.1之间，工控机发出警告命令；若凹凸倍数小于0.9时，判断光缆存在凹陷；若凹凸的倍数在0.9-0.95时，工控机发出警告命令；
S46：(1)将照相机(4)拍摄的柱面视图转换为平面图；
(2)对平面图中的光缆区域宽度与实际光缆宽度之间存在的差异进行线性插值计算；
(3)将判断出具有凹凸缺陷的光缆(8)的三张图像分开显示；将判断出具有其他缺陷的光缆(8)的三张图像合并显示。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述步骤S44包括：
(1)通过边缘阈值判断光缆区域点，并提取光缆区域；
(2)将提取的光缆区域再次进行二值化；
(3)接着从图像第1列的第一行往下扫描，同时从最后一行往上扫描；当从上往下扫描，第一列某行灰度值为0，上一行灰度值为1，下一行灰度值为0时，确定为光缆区域上边缘行坐标，用数组A1存储；当第一列某行灰度值为0，上一行灰度值为0，下一行灰度值为1，确定为光缆区域下边缘坐标，用数组A2存储；
(4)求出A1和A2差值的中位数；
(5)计算光缆(8)的直径Od：
9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，还包括：
S47：将光缆(8)的缺陷特征放入SVM分类器训练，对光缆(8)不同的缺陷特征进行识别，并发送给工控机(9)，显示在显示屏(1)上；
S48：工控机(9)对检测到有缺陷的光缆(8)的图像保存为两种图片，一种为标记有光缆(8)的缺陷和凹凸的图片，另一种图片下方标记有缺陷位置、光缆编号、直径、已检测米数、日期和时间。
10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述工控机(9)检测出光缆(8)上的凹凸为警告时，在光缆图像上画黄线标记，确定为凹凸时，在光缆图像上画红线标记；所述检测出光缆(8)确定为缺陷时，在光缆图像上画红框标记。
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