CN109507196B - 一种用于视觉检测领域的光学检测装置与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于视觉检测领域的光学检测装置与检测方法，包括用于暗场成像的暗场检测装置和用于明场成像的明场检测装置；暗场检测装置包括壳体a，在壳体a中设有矩阵线光源，壳体a顶部安装有摄像头a；明场检测装置包括壳体b，在壳体b中设有顶匀光光源、侧匀光光源，壳体b顶部安装有摄像头b。本申请不需要复杂的自动化设备，不需要针对每个造型的工件进行单独的编程，只利用皮带流水线，即可对于被测工件特别是结构复杂的镜面或高反光面工件可以实现高效和精确的检测。

Description

一种用于视觉检测领域的光学检测装置与检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于视觉检测领域的光学检测装置与检测方法。

背景技术

注塑、电镀、金属件在生产和安装的过程中，产品表面会出现污渍、划痕、颗粒、表面异常凹凸等缺陷，汽车行业、通信、奢侈品等诸多行业对产品外观具有很高的要求，目前要求高的行业为避免产品外观缺陷，均采用人工检测，很容易就造成人工误伤和漏检。

机器视觉检测具有非接触、速度快、准确度高和智能化等特点，已经在工业中展开应用，与人工检测方法相比，有明显的优势。但目前机器视觉检测装置仅对平面的或简单造型的漫反射工件具有较好的检测效果，对于结构复杂的、镜面或高反光的工件表面，由于材料本身结构复杂或反光，尚无法实现高效和准确的检测。

现有的方案需要很高的自动化设备，且对每一种工件需要全面的编程，并且需要夹紧，实现起来复杂，工作效率低下，因此可行性很低。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种用于视觉检测领域的光学检测装置与检测方法，不需要复杂的自动化设备，不需要针对每个造型的工件进行单独的编程，只利用皮带流水线，即可对于被测工件特别是结构复杂的镜面或高反光面工件可以实现高效和精确的检测。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：

一种用于视觉检测领域的光学检测装置，包括用于暗场成像的暗场检测装置和用于明场成像的明场检测装置；暗场检测装置包括壳体a，在壳体a中设有矩阵线光源，壳体a顶部安装有摄像头a；明场检测装置包括壳体b，在壳体b中设有顶匀光光源、侧匀光光源，壳体b顶部安装有摄像头b。

进一步地，本申请还包括暗场托盘、明场托盘，所述暗场托盘位于暗场检测装置前方，所述明场托盘位于明场检测装置前方；所述暗场检测装置、明场检测装置固定在传送带上方，所述暗场托盘、明场托盘位于传送带上；所述暗场托盘、明场托盘均用于放置被检测工件。

进一步地，在壳体a中设有调光电源，该调光电源与矩阵线光源相连；在壳体b中也设有调光电源，该调光电源分别与顶匀光光源、侧匀光光源相连，调光电源输出电流可调。

进一步地，所述壳体a的顶板和侧板内壁均喷涂或覆盖吸光材料；所述壳体b的顶板和侧板内壁均喷涂或覆盖反光材料。

进一步地，所述暗场托盘顶部与工件接触的表面为吸光表面；所述明场托盘顶部与工件接触的表面为高反光表面。

更进一步地，吸光表面可通过喷涂吸光涂料或垫吸光垫片的形式实现；高反光表面可通过喷涂反光涂料或垫反光垫片的形式实现。

一种用于视觉检测领域的光学检测方法，具体包括如下步骤：

步骤一：暗场检测装置内的摄像头a拍摄出镜面或高反光工件的所在区域的暗场成像，摄像头a拍摄多张照片，叠加出全工件的暗场像，从而筛选出暗场成像下的不良工件；

步骤二：明场检测装置内的摄像头b拍摄出工件所在区域的明场成像，摄像头b拍摄多张照片，叠加出全工件的明场像，从而筛选出明场成像下的不良工件。

进一步地，步骤一的具体实施方式为：

1)暗场检测装置前配暗场托盘，工件放在暗场托盘上，所述暗场托盘置于传送带上进入暗场检测装置，托盘与工件接触面为吸光材料，使异型镜面或高反光工件的侧壁实现暗场成像；

2)暗场检测装置的壳体a内表面吸光；

3)暗场检测装置内部顶端装有多个摄像头a，全面拍摄工件；

4)暗场检测装置内包含矩阵线光源，全方位照亮工件，且对于镜面或者高反光工件的检测过程中，摄像头a成像中工件倒映到光源的面积很小，大部分区域倒映到吸光材料上，形成暗场成像，伴随传送带传送工件，摄像头a拍摄多张照片，叠加出全工件的暗场像，从而筛选出暗场成像下的不良工件；

进一步地，步骤二的具体实施方式为：

1)明场检测装置前配明场托盘，工件放在明场托盘上，所述明场托盘置于传送带上进入明场检测装置，明场托盘与工件接触面为反光材料，使异型镜面或高反光工件的侧壁实现明场成像；

2)明场检测装置的壳体b内表面反光；

3)明场检测装置内部顶端装有多个摄像头b，全面拍摄工件；

4)明场检测装置内包含顶匀光光源和侧匀光光源，全方位照亮工件，且对于镜面或者高反光工件的检测过程中，摄像头b成像中工件倒映到光源或亮面的面积很大，只有倒映到摄像头的部位无法呈现明场成像，伴随传送带传送工件，摄像头拍摄多张照片，叠加出全工件的明场像，从而筛选出明场成像下的不良工件。

进一步地，暗场检测装置和明场检测装置中配有调光电源，根据工件的情况调整光源功率。

本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：本申请不需要复杂的自动化设备，只利用皮带流水线，即可对于被测工件特别是结构复杂的镜面或高反光面工件可以实现高效和精确的检测，大幅度提升检测效率；

在暗场检测装置中如果工件表面存在划痕、颗粒、凹凸缺陷、反光脏污等不良，会呈现高亮图像，从而检测出这些不良。在明场检测装置中如果工件表面存在吸光脏污、划痕等不良，会呈现暗图像，从而检测出这些不良。

附图说明

图1为本申请的检测装置排布图；

图2为暗场检测装置结构图；

图3为矩阵线光源排布图；

图4为明场检测装置结构图；

图5为明场检测装置的匀光光源排布图；

图中序号说明：1、暗场托盘，2、工件，3、传送带，4、暗场检测装置，5、明场托盘，6、明场检测装置，7、摄像头a，8、壳体a，9、摄像头b，10、顶匀光光源，11、侧匀光光源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：以此为例对本申请做进一步的描述说明。

实施例1

如图1-5所示，本实施例提供一种用于视觉检测领域的光学检测装置，包括：

暗场托盘：用于放置被检测工件，可根据工件情况，一个托盘放置1个或多个工件，暗场托盘顶部与工件接触的表面为吸光表面，可通过喷涂吸光涂料，或垫吸光垫片的形式实现，托盘上垫吸光垫片时，当吸光垫片损坏或污染以致达不到检测要求时，只需要更换吸光垫片，从而实现低成本检测。暗场托盘使置于暗场检测装置内顶部的摄像头在捕捉异型镜面或高反光面工件侧壁的图像时，倒映到吸光表面从而呈现暗场成像。

工件：被检测工件，可以是平面工件，也可以是异形工件，也可以是镜面或高反光面的复杂结构的工件。

传送带：本申请是基于传送带传输，工件置于暗场托盘或者明场托盘上，通过传送带传送进暗场检测装置或明场检测装置内实施检测。

暗场检测装置：对被检测工件实现暗场成像，即摄像头捕捉到的工件表面图像大多面积倒映到暗场检测装置壳体内壁的吸光材料上以及暗场托盘与工件接触的吸光表面上，呈现暗图像，如果工件表面存在划痕、颗粒、凹凸缺陷、反光脏污等不良，会呈现高亮图像，从而检测出这些不良。

明场托盘：用于放置被检测工件，可根据工件情况，一个托盘放置1个或多个工件，明场托盘顶部与工件接触的表面为高反光表面，可通过喷涂反光涂料，或垫反光垫片的形式实现，在垫反光垫片时，当反光垫片损坏或污染以致达不到检测要求时，只需要更换反光垫片，从而实现低成本检测。明场托盘使置于明场检测装置内顶部的摄像头在捕捉异型镜面或高反光面工件侧壁的图像时，倒映到反光表面从而呈现明场成像。

明场检测装置：明场检测装置对被检测工件实现明场成像，即摄像头捕捉到的工件表面图像大多面积倒映到匀光光源、明场检测装置壳体内壁的反光材料以及明场托盘与工件接触的反光表面上，呈现亮图像，如果工件表面出现的吸光脏污、划痕等不良，会呈现暗图像，从而检测出这些不良。

摄像头：摄像头分布于明场检测装置和暗场检测装置顶部的合适位置，对于形状复杂的工件，需要根据工件的形状和尺寸排布摄像头的位置和方向，从而全面的捕捉到工件各个位置的图像信息，随着传送带的传送，摄像头拍摄多张照明，从而叠加出工件的完整的明场和暗场成像图。

壳体a：由顶板和四个侧板围成，用于安装矩阵线光源、摄像头、调光电源和其他设备需要的部件，壳体a跨置于流水线上，工件随传送带穿过该壳体a，进行暗场检测。壳体顶板和侧板内壁均喷涂或覆盖吸光材料。从而在镜面或高反光工件被矩阵线光源照亮时，摄像头捕捉到的工件图像上绝大多面积倒映到吸光内壳上以及暗场托盘与工件接触的吸光表面上，从而对工件实现大面积暗场成像。

矩阵线光源：安装于暗场检测装置内，矩阵线光源由窄的条形光源组成，窄条光源在水平和竖直方向排布，照亮工件的所有表面，达到检测的基本条件。光源尺寸窄，在暗场成像时，摄像头捕捉的镜面或高反光工件表面，只有很少面积倒映到矩阵线光源上，大比例的工件表面倒映到暗场检测装置机壳a的吸光内壁上以及暗场托盘与工件接触的吸光表面上，随着传送带的传动，摄像头拍摄多张照片从而更容易捕捉全工件的所有外表面的暗场成像图。

壳体b：由顶板和四个侧板围成，用于安装固定相应的顶匀光光源、侧匀光光源、摄像头、调光电源和其他设备需要的部件，壳体b跨置于流水线上，工件随传送带穿过壳体b，进行明场检测。壳体b顶板和侧板内壁均喷涂或覆盖反光材料，且全内壁除摄像头外均包覆顶匀光光源和侧匀光光源。从而在镜面或高反光工件被顶匀光光源、侧匀光光源照亮时，摄像头捕捉到的工件图像上绝大多面积倒映到光源或壳体b内反光表面上以及明场托盘与工件接触的反光表面上，从而对工件实现大面积明场成像。所述匀光光源为均匀发光的光源，保证摄像头下镜面或高反光工件表面亮度一致。

顶匀光光源：安装于明场检测装置内部的顶面，匀光光源尽大面积地可能覆盖顶面。

侧匀光光源：安装于安装于明场检测装置内部的侧立面，匀光光源尽大面积地可能覆盖侧立面。

调光电源：为矩阵线光源和匀光光源供电，调光电源输出电流可调，从而使矩阵线光源和匀光光源的功率和输出光通量可调，适应不同工件的检测。

优选的，明场和暗场检测装置顶部配有多个摄像头，根据工件的形状与尺寸调整摄像头位置，从而全方位看到工件需要检测的全部位置。

对于普通漫反射工件，将工件放到传送带上，传送到明场检测装置中，摄像头拍摄工件图像，来辨别不良。

对于有造型的镜面或高反光工件，先将工件放到暗场托盘上，传入暗场检测装置中，矩阵线光源全面照亮工件，镜面或高反光工件表面在摄像头的视角下，大部分面积倒映到吸光材料上，少部分面积倒映到线光源上，多个摄像头随着工件的传送拍摄多张照片，叠加全出工件的暗场图像，在暗场图像下，划痕表现为亮条，凸凹形状不良呈现亮点，反光污渍呈现亮斑，从而检测出上述不良。再将工件放到明场托盘上，传入明场检测装置中，匀光光源照亮工件，镜面或高反光工件表面在摄像头的视角下，大部分面积倒映到匀光光源和反光材料上，少部分面积倒映到摄像头上，多个摄像头随着工件的传送拍摄多张照片，叠加全出工件的明场图像，在明场图像下，划痕呈现暗条，吸光污渍呈现暗点，从而检测出上述不良。用调光电源对矩阵线光源与匀光光源进行调光，从而与摄像头匹配，呈现出最佳的成像效果。

实施例2

本实施例提供一种用于视觉检测领域的光学检测方法，具体包括如下步骤：

暗场检测装置内的摄像头拍摄出镜面或高反光工件的所有区域的暗场成像，具体为：

1)暗场检测装置前配暗场托盘，工件放在暗场托盘上，所述暗场托盘置于传送带上进入暗场检测装置，托盘与工件接触面为吸光材料，使异型镜面或高反光工件的侧壁可以实现暗场成像；

2)暗场检测装置机壳内表面吸光；

3)暗场检测装置内部顶端装有多个摄像头，全面拍摄工件；

4)暗场检测装置内包含矩阵线光源，全方位照亮工件，且对于镜面或者高反光工件的检测过程中，摄像头成像中工件倒映到光源的面积很小，大多区域倒映到吸光材料，形成暗场成像，伴随传送带传送工件，摄像头拍摄多张照片，叠加出全工件的暗场像，从而筛选出暗场成像下的不良工件；

明场检测装置内的摄像头拍摄出工件所有区域的明场成像，具体为：

1)明场检测装置前配明场托盘，工件放在明场托盘上，所述明场托盘置于传送带上进入明场检测装置，明场托盘与工件接触面为反光材料，使异型镜面或高反光工件的侧壁可以实现明场成像；

2)明场检测装置机壳内表面反光；

3)明场检测装置内部顶端装有多个摄像头，全面拍摄工件；

4)明场检测装置内包含顶匀光光源和侧匀光光源，全方位照亮工件，且对于镜面或者高反光工件的检测过程中，摄像头成像中工件倒映到光源或亮面的面积很大，只有倒映到摄像头的部位无法呈现明场成像，伴随传送带传送工件，摄像头拍摄多张照片，叠加出全工件的明场像，从而筛选出明场成像下的不良；

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于视觉检测领域的光学检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一：暗场检测装置内的摄像头a拍摄出镜面或高反光工件的所在区域的暗场成像，摄像头a拍摄多张照片，叠加出全工件的暗场像，从而筛选出暗场成像下的不良工件；

步骤二：明场检测装置内的摄像头b拍摄出工件所在区域的明场成像，摄像头b拍摄多张照片，叠加出全工件的明场像，从而筛选出明场成像下的不良工件；

步骤一的具体实施方式为：

1）暗场检测装置前配暗场托盘，工件放在暗场托盘上，所述暗场托盘置于传送带上进入暗场检测装置，托盘与工件接触面为吸光材料，使异型镜面或高反光工件的侧壁实现暗场成像；

2）暗场检测装置的壳体a内表面吸光；

3）暗场检测装置内部顶端装有多个摄像头a，全面拍摄工件；

4）暗场检测装置内包含矩阵线光源，全方位照亮工件，且对于镜面或者高反光工件的检测过程中，摄像头a成像中工件倒映到光源的面积很小，大部分区域倒映到吸光材料上，形成暗场成像，伴随传送带传送工件，摄像头a拍摄多张照片，叠加出全工件的暗场像，从而筛选出暗场成像下的不良工件；

步骤二的具体实施方式为：

1）明场检测装置前配明场托盘，工件放在明场托盘上，所述明场托盘置于传送带上进入明场检测装置，明场托盘与工件接触面为反光材料，使异型镜面或高反光工件的侧壁实现明场成像；

2）明场检测装置的壳体b内表面反光；

3）明场检测装置内部顶端装有多个摄像头b，全面拍摄工件；

4） 明场检测装置内包含顶匀光光源和侧匀光光源，全方位照亮工件，且对于镜面或者高反光工件的检测过程中，摄像头b成像中工件倒映到光源或亮面的面积很大，只有倒映到摄像头的部位无法呈现明场成像，伴随传送带传送工件，摄像头拍摄多张照片，叠加出全工件的明场像，从而筛选出明场成像下的不良工件；

上述方法是在光学检测装置中实施的，所述光学检测装置包括用于暗场成像的暗场检测装置和用于明场成像的明场检测装置；暗场检测装置包括壳体a，在壳体a中设有矩阵线光源，壳体a顶部安装有摄像头a；明场检测装置包括壳体b，在壳体b中设有顶匀光光源、侧匀光光源，壳体b顶部安装有摄像头b。

2.根据权利要求1所述一种用于视觉检测领域的光学检测方法，其特征在于，本申请还包括暗场托盘、明场托盘，所述暗场托盘位于暗场检测装置前方，所述明场托盘位于明场检测装置前方；所述暗场检测装置、明场检测装置固定在传送带上方，所述暗场托盘、明场托盘位于传送带上；所述暗场托盘、明场托盘均用于放置被检测工件。

3.根据权利要求1所述一种用于视觉检测领域的光学检测方法，其特征在于，在壳体a中设有调光电源，该调光电源与矩阵线光源相连；在壳体b中也设有调光电源，该调光电源分别与顶匀光光源、侧匀光光源相连，调光电源输出电流可调。

4.根据权利要求1所述一种用于视觉检测领域的光学检测方法，其特征在于，所述壳体a的顶板和侧板内壁均喷涂或覆盖吸光材料；所述壳体b的顶板和侧板内壁均喷涂或覆盖反光材料。

5.根据权利要求2所述一种用于视觉检测领域的光学检测方法，其特征在于，所述暗场托盘顶部与工件接触的表面为吸光表面；所述明场托盘顶部与工件接触的表面为高反光表面。

6.根据权利要求5所述一种用于视觉检测领域的光学检测方法，其特征在于，吸光表面能通过喷涂吸光涂料或垫吸光垫片的形式实现；高反光表面能通过喷涂反光涂料或垫反光垫片的形式实现。

7.根据权利要求1所述一种用于视觉检测领域的光学检测方法，其特征在于，暗场检测装置和明场检测装置中配有调光电源，根据工件的情况调整光源功率。

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