CN109856146A - 一种动态的表面缺陷光学检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态的表面缺陷光学检测系统及方法，其系统包括图像采集模块、图像处理模块、漫反射光源和用于传送待测物体的传送装置，所述传送装置包括移动平台和用于控制移动平台运动的运动控制模块，所述图像处理模块分别与图像采集模块和运动控制模块连接，所述漫反射光源设置在移动平台的上方；所述运动控制模块用于根据控制指令控制移动平台的移动速度；所述图像采集模块用于采集待测物体的图像信息；所述图像处理模块用于将控制指令发送至运动控制模块，并根据图像信息进行处理并分析缺陷。本发明采用漫反射光源，实现图像采集模块在大的角度上完整的拍摄待测物体，满足不同形状的待测物体的缺陷光学检测，可广泛应用于光学检测领域。

Description

一种动态的表面缺陷光学检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光学检测领域，尤其涉及一种动态的表面缺陷光学检测系统及方法。

背景技术

随着工业技术的发展，人们对产品的外观要求越来越高，工件的设计也越来越复杂。而工业产品的表面缺陷对产品的美观度、和使用性都会带来不良影响。零件的外观缺陷检测是工业生产过程中必不可少的一部分。现有的表面缺陷检测主要采用三种方式。第一、基于超声波、射线、电磁涡流等检测方式，这些方法的特点是检测效率低、精度较低并且对环境要求较高；第二、人工目测检测方式，也是当前国内在工业自动化产线上比较通用的做法，该方法存在一些问题：检测效率低、由于人工疲劳等因素导致误检率高、不能在线检测，受到人工经验和主观因素的影响大。由于人工成本的增加，对工业生产带来很大挑战。第三、机器视觉检测，该方法通过适当的光源和图像传感器，获取产品的表面图像，然后利用相应的图像算法实现无接触、无损伤的自动检测技术。目前，第三种方式越来越得到大家的重视。

针对表面缺陷检测，现有的基于视觉图像的表面缺陷检测，大多仅仅适用于普通的表面可以漫反射的工件，打光设备以一固定的角度将光打在待测零件上，一部分光漫反射之后进入相机。没有缺陷的地方，物体表面的灰度、纹理、颜色等信息自然。缺陷的存在会使漫反射一致性破坏，缺陷区域与背景灰度变换跳跃，因此可以检测出缺陷。但对于镜面反射，若采用平行光源，照射光源和照相系统必须在固定的角度，才可以成像。如图1所示，光源的方向、待测面的法向量方向、相机的位置必须满足反射定律。其中1为照射光源，2为工业CCD相机，3为待测表面的法向方向标示，4为包含缺陷部分的待测表面。其中相机2必须在固定的路径上才能拍摄到待测表面的缺陷。由于镜面发射，当光源照射到表面时，形成了镜面发射，相机必须在固定的发射光线路径上才可以拍到表面的缺陷图像。如图2所示，当对于非平面、异形的物体，特别是类球面的物体，针对不同的点，相机需要在不同的路径上，再此条件下，相机位置就很难确定，无法进行检测，其中1为照射光源，2为工业CCD相机，4为待测的凸面。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可以有效检测曲面工件的表面缺陷的检测系统及方法。

一方面，本发明实施例提供了一种动态的表面缺陷光学检测系统，包括图像采集模块、图像处理模块、漫反射光源和用于传送待测物体的传送装置，所述传送装置包括移动平台和用于控制移动平台运动的运动控制模块，所述图像处理模块分别与图像采集模块和运动控制模块连接，所述漫反射光源设置在移动平台的上方；

所述运动控制模块用于根据图像处理模块发送的控制指令控制移动平台的移动速度，以使待测物体进入漫反射光源的光照区域；

所述图像采集模块用于采集待测物体经过光照区域时的图像信息，并将采集到的图像信息发送至图像处理模块；

所述图像处理模块用于根据图像信息获取并发送控制指令至运动控制模块，以及根据图像信息进行处理并分析缺陷。

进一步，所述漫反射光源呈拱状横跨在移动平台上，所述待测物体从漫反射光源的左侧进入光照区域，并从漫反射光源的右侧离开光照区域。

进一步，所述漫反射光源的横截面呈半圆形状或抛物线形状。

进一步，所述图像采集模块包括第一摄像装置和第二摄像装置，所述第一摄像装置安装在漫反射光源的左侧，所述第二摄像装置安装在漫反射光源的右侧。

进一步，所述漫反射光源包括多个灯带模块，各所述灯带模块包括串联灯带和用于控制串联灯带的亮度的电流驱动单元，各所述串联灯带依次平行的横跨在移动平台上。

进一步，所述漫反射光源还包括漫射板，所述漫射板的内侧设有高度不同的凸起，所述串联灯带发出的光线经过漫射板后照射向移动平台。

进一步，所述串联灯带的亮度从漫反射光源的左侧至漫反射光源的右侧依次增加或依次减小。

进一步，所述串联灯带由多个LED灯串联组成，所述LED灯为白色LED灯、红色LED灯及蓝色LED灯中任一种LED灯。

另一方面，本发明实施例提供了一种动态的表面缺陷光学检测方法，包括以下步骤：

S1、调控漫反射光源的亮度；

S2、控制移动平台运动，以使待测物体经过漫反射光源的光照区域；

S3、采集待测物体的图像信息，按照预设方式根据图像信息判断是否获得待测物体的整体图像，若是，根据图像信息进行图像缺陷分析；反之，返回继续执行步骤S1。

进一步，所述步骤S3中根据图像信息图像缺陷分析这一步骤，具体包括以下步骤：

依次对图像信息中的图像进行预处理后，根据预设模型对图像进行目标区域提取；

对进行目标区域提取后的图像进行滤波和平滑处理，并对图像进行分割以及提取图像的有效区域；

增强图像的对比度后，根据有效区域检测并分析工件的缺陷类型。

本发明的有益效果是：本发明采用漫反射光源，实现图像采集模块在大的角度上完整的拍摄待测物体，解决了通过调整图像采集模块的位置来拍摄待测物体的问题，本发明能够满足不同形状的待测物体的缺陷光学检测，提高了检测的兼容性，更好的帮助工作人员检测缺陷光学检测，提高了工作人员的工作效率。

附图说明

图1是现有机器视觉检测系统的结构示意图；

图2是现有机器视觉检测系统检测曲面待测物体时的结构示意图；

图3是本发明一种动态的表面缺陷光学检测系统的结构示意图；

图4是本发明具体实施例中漫反射光源的横截面的一种实施方式；

图5是本发明具体实施例中漫反射光源的横截面的另一种实施方式；

图6是漫反射光源的灯带模块的结构示意图；

图7是本发明具体实施例中漫射板的结构示意图；

图8是漫反射光源镜像缺陷检测光学原理示意图；

图9是本发明一种动态的表面缺陷光学检测方法的步骤流程图。

附图标记：5、图像采集模块；6、移动平台；7、漫反射光源；8、待测物体；9、串联灯带；10、灯珠；11、漫射板；12、凸起。

具体实施方式

实施例一

如图3和图8所示，本实施例提供一种动态的表面缺陷光学检测系统，包括图像采集模块5、图像处理模块、漫反射光源7和用于传送待测物体8的传送装置，所述传送装置包括移动平台6和用于控制移动平台6运动的运动控制模块，所述图像处理模块分别与图像采集模块5和运动控制模块连接，所述漫反射光源7设置在移动平台6的上方；

所述运动控制模块用于根据图像处理模块发送的控制指令控制移动平台6的移动速度，以使待测物体8进入漫反射光源7的光照区域；

所述图像采集模块5用于采集待测物体8经过光照区域时的图像信息，并将采集到的图像信息发送至图像处理模块；

所述图像处理模块用于根据图像信息获取并发送控制指令至运动控制模块，以及根据图像信息进行处理并分析缺陷。

参照图3，在平台运动上安装有漫反射光源7，所述漫反射光源7将漫射光照射至移动平台6。将待测物体8放至移动平台6上，运动控制模块控制移动平台6运动，待测物体8随着移动平台6的运动进入漫反射光源7的光照区域。当待测物体8进入光照区域后，图像采集模块5对待测物体8进行拍摄，并将拍摄的图像发送至图像处理模块，所述图像采集模块5至少包括一台摄像机，所述摄像机可采用工业CCD相机，当采用一台摄像机时，所述摄像机安装在漫反射光源7的左侧(即待测物体8进入光照区域的一侧)或安装在漫反射光源7的右侧(即待测物体8离开光照区域的一侧)；当采用两台摄像机时，在漫反射光源7的左右两侧各安装一台摄像机。图像处理模块接收到图像信息后，根据图像信息发送控制指令给运动控制模块，从而控制移动平台6移动速度或者控制移动平台6停止移动，以及根据图像信息检测图像中是否出现缺陷问题，具体地，可以通过预先建立的检测模块来检测，也可以通过对图像预处理后进行人工检测。其中，通过漫反射光源7进行缺陷检测的光学原理为：参照图8，当采用漫反射光源7时，相当于增加了漫反射光源7镜像光线，而不只是反射光线，从而使图像采集模块5在较大的角度拍摄到完整的缺陷的图像，避免相机必须的固定路径的缺陷。其中，漫反射光源7为一个曲面结构，例如波浪形或半圆形等，通过固定件固定在移动平台6上方。本系统通过漫反射光源7输出漫射光照射在待测物体8上，实现图像采集模块5在大的角度上完整的拍摄待测物体8，解决无法通过机器视觉检测检测曲面待测物体8的问题，提高了检测的效率。本系统能满足不同形状的待测物体8的缺陷光学检测，提高了检测的兼容性，更好的辅助工作人员检测待测物体8。

本系统可用于玻璃检测、汽车喷漆件表面检测、电镀产品表面检测、光滑工件表面检测等，但不局限于此类应用。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述漫反射光源7呈拱状横跨在移动平台6上，所述待测物体8从漫反射光源7的左侧进入光照区域，并从漫反射光源7的右侧离开光照区域。

将漫反射光源7设计为一种环形漫反射光源7，漫反射光源7将漫射光从多个方向照射至待测物体8中，增加了不同方向的光线，更好地实现摄像机在大的角度上完整的拍摄待测物体8。

参照图4和图5进一步作为优选的实施方式，所述漫反射光源7的横截面呈半圆形状或抛物线形状。

所述漫反射光源7的横截面可以设计为类三角形，在本实施例中，设计为半圆形状或抛物线形状，通过采用此设计，工业相机可以设计在很大的范围内对待测物体8进行成像，从而避免相机在固定路线的缺点。图4为半圆形设计，图5为抛物线形设计。

进一步作为优选的实施方式，所述图像采集模块5包括第一摄像装置和第二摄像装置，所述第一摄像装置安装在漫反射光源7的左侧，所述第二摄像装置安装在漫反射光源7的右侧。

在本实例中，在图像采集模块5包括第一摄像装置和第二摄像装置，第一摄像装置和第二摄像装置分别安装在漫反射光源7的两侧，更加有效地获得待测物体8的整体图像。

参照图6，进一步作为优选的实施方式，所述漫反射光源7包括多个灯带模块，各所述灯带模块包括串联灯带8和用于控制串联灯带8的亮度的电流驱动单元，各所述串联灯带8依次平行的横跨在移动平台6上。

各串联灯带8采用平行的方式横跨在移动平台6上，待测物体8的运动方向横穿过各串联灯带8。每个串联灯带8包括多个LED灯，每个串联灯带8上的LED灯采用串联方式连接，并通过电流驱动单元控制流经LED灯的电流，因此串联灯带8上每个灯珠10的亮度相同。通过电流驱动单元控制串联灯带8的亮度，各串联灯带8的亮度可以相同，也可以不同，在本实施例中，各串联灯带8的亮度不同，当待测物体8经过各串联灯带8时，各部分的光照亮度不同，通过调整各个串联灯带8的亮度来获取合适的图像的信噪比，从而提高检测的准确度。根据需要，串联灯带8的亮度可以设置多组，最高可设置到4096组不同的值，多组串联灯带8构成了一个LED阵列。

参照图7，进一步作为优选的实施方式，所述漫反射光源7还包括漫射板11，所述漫射板11的内侧设有高度不同的凸起12，所述串联灯带8发出的光线经过漫射板11后照射向移动平台6。

所述漫射板11有透明材质制成，在漫射板11的内侧设有高度不同的凸起12形状，当LED灯的光线穿过漫射板11后，获得更加均匀的漫射光输出，从而提高检测的准确度。

参照图6，进一步作为优选的实施方式，所述串联灯带8的亮度从漫反射光源7的左侧至漫反射光源7的右侧依次增加或依次减小。

在本实施例中，通过调节电流驱动单元，将串联灯带8的亮度从漫反射光源7的左侧至漫反射光源7的右依次增加或依次减小，即在移动平台6运动方向上依次增加亮度或依次减小亮度，可实现亮度渐变的面光源，整个LED阵列可形成亮度逐渐增强或逐渐减弱的漫反射光源7。漫反射光源7为亮度渐变的漫反射光源7，所检测缺陷的范围大大增强，整体系统将不受光照强度的限制，图像的信噪比可以大幅度增强。参照图3，在漫反射光源7外设有光源控制系统，该光源控制系统带有显示屏和输入模块，通过显示屏查看个串联灯带8的电流值，通过输入模块调控串联灯带8的电流值。其中，图6中电流驱动单元1代表第一个电流驱动单元，电流驱动单元2代表第二个电流驱动单元，电流驱动单元m代表第m个电流驱动单元。

进一步作为优选的实施方式，所述串联灯带8由多个LED灯串联组成，所述LED灯为白色LED灯、红色LED灯及蓝色LED灯中任一种LED灯。

所述LED灯才采用多种颜色的单色光，比如白色LED灯、红色LED灯或蓝色LED灯等，根据待测物体8切换不同颜色的LED灯，比如待测物体8为有色玻璃，此时采用白色LED灯会影响摄像机拍摄的效果，需要切换其他颜色的LED灯。

综上所述，本发明系统相对于现有技术具有以下优点：

(1)采用漫反射光源7，实现图像采集模块5在大的角度上完整的拍摄待测物体8；基于光源模型对光滑零件表面的拍摄效果的影响，本发明将漫反射光源7设计为拱环形，保证异形的检测件可以被摄像机拍摄。

(2)光源亮度渐变的漫反射光源7，所检测缺陷的范围大大增强，整体系统不受光照强度的限制。

(3)检测过程中，工件处于运动状态，可以通过比较缺陷在不同光照条件下的图像特征，提高检测的准确性。

实施例二

如图9所示，本实施例提供一种动态的表面缺陷光学检测方法，包括以下步骤：

A1、调控漫反射光源的亮度；

A2、控制移动平台运动，以使待测物体经过漫反射光源的光照区域；

A3、采集待测物体的图像信息，按照预设方式根据图像信息判断是否获得待测物体的整体图像，若是，根据图像信息进行图像缺陷分析；反之，返回继续执行步骤A1。

上述方法采用漫反射光源，实现图像采集模块在大的角度上完整的拍摄待测物体，解决了通过调整图像采集模块的位置来拍摄待测物体的问题，本发明能够满足不同形状的待测物体的缺陷光学检测，提高了检测的兼容性，更好的帮助工作人员检测缺陷光学检测，提高了工作人员的工作效率。

其中，步骤A3包括步骤A31～A33：

A31、依次对图像信息中的图像进行预处理后，根据预设模型对图像进行目标区域提取；

A32、对进行目标区域提取后的图像进行滤波和平滑处理，并对图像进行分割以及提取图像的有效区域；

A33、增强图像的对比度后，根据有效区域检测并分析工件的缺陷类型。

本实施例的一种动态的表面缺陷光学检测方法，可执行本发明方法实施例所提供的一种动态的表面缺陷光学检测系统，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，包括图像采集模块、图像处理模块、漫反射光源和用于传送待测物体的传送装置，所述传送装置包括移动平台和用于控制移动平台运动的运动控制模块，所述图像处理模块分别与图像采集模块和运动控制模块连接，所述漫反射光源设置在移动平台的上方；

所述运动控制模块用于根据图像处理模块发送的控制指令控制移动平台的移动速度，以使待测物体进入漫反射光源的光照区域；

所述图像采集模块用于采集待测物体经过光照区域时的图像信息，并将采集到的图像信息发送至图像处理模块；

所述图像处理模块用于根据图像信息获取并发送控制指令至运动控制模块，以及根据图像信息进行处理并分析缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，所述漫反射光源呈拱状横跨在移动平台上，所述待测物体从漫反射光源的左侧进入光照区域，并从漫反射光源的右侧离开光照区域。

3.根据权利要求2所述的一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，所述漫反射光源的横截面呈半圆形状或抛物线形状。

4.根据权利要求2所述的一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括第一摄像装置和第二摄像装置，所述第一摄像装置安装在漫反射光源的左侧，所述第二摄像装置安装在漫反射光源的右侧。

5.根据权利要求2所述的一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，所述漫反射光源包括多个灯带模块，各所述灯带模块包括串联灯带和用于控制串联灯带的亮度的电流驱动单元，各所述串联灯带依次平行的横跨在移动平台上。

6.根据权利要求5所述的一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，所述漫反射光源还包括漫射板，所述漫射板的内侧设有高度不同的凸起，所述串联灯带发出的光线经过漫射板后照射向移动平台。

7.根据权利要求5所述的一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，所述串联灯带的亮度从漫反射光源的左侧至漫反射光源的右侧依次增加或依次减小。

8.根据权利要求5所述的一种动态的表面缺陷光学检测系统，其特征在于，所述串联灯带由多个LED灯串联组成，所述LED灯为白色LED灯、红色LED灯及蓝色LED灯中任一种LED灯。

9.一种动态的表面缺陷光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、调控漫反射光源的亮度；

S2、控制移动平台运动，以使待测物体经过漫反射光源的光照区域；

S3、采集待测物体的图像信息，按照预设方式根据图像信息判断是否获得待测物体的整体图像，若是，根据图像信息进行图像缺陷分析；反之，返回继续执行步骤S1。

10.根据权利要求9所述的一种动态的表面缺陷光学检测方法，其特征在于，所述步骤S3中根据图像信息图像缺陷分析这一步骤，具体包括以下步骤：

依次对图像信息中的图像进行预处理后，根据预设模型对图像进行目标区域提取；

对进行目标区域提取后的图像进行滤波和平滑处理，并对图像进行分割以及提取图像的有效区域；

增强图像的对比度后，根据有效区域检测并分析工件的缺陷类型。