CN110231342A - 矩形多光源打光装置及其应用的缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩形多光源打光装置及其应用的缺陷检测方法，所述打光装置包括：调节支架，包括z向支架以及可沿z向支架竖直运动的活动框架；打光支架，包括“井”字形框架，所述“井”字形框架于周向延伸形成四对悬臂，两两相对的悬臂内侧用于架设光源，两两相对的悬臂外侧用于设置角度调节装置；所述“井”字形框架于底部还设有拍摄组件；呈物台，于所述打光支架底部形成的待测区域；控制器，用于控制各所述光源按预设规则点亮或熄灭，并控制所述拍摄组件获取待测工件的图像；机器视觉检测模块，用于根据所有照明环境下拍摄组件获取的待测工件的图像，生成合成图像。所述缺陷检测方法，应用于上述打光装置。本发明模块化组装保障了检测可靠性。

Description

矩形多光源打光装置及其应用的缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及自动化检测装置领域，尤其涉及一种矩形多光源打光装置及其应用的缺陷检测方法。

背景技术

现有的零件表面缺陷检测通常依靠人工完成，其检测速度慢、主观因素影响大，可靠性低、影响产品的加工质量。于是出现了基于图像识别技术的缺陷检测方法，而上述检测方法与对应的打光装置及相应的成像系统具有较大依赖性。

目前的打光装置通常结构较为复杂，为保证应用缺陷检测方法时的检测效率和可靠性，摄像头、各光源的高度和位置等参数通常需要专业技术人员进行安装和调试，二次组装难度大且费时费力，一方面提升了应用方的技术人员的专业要求，另一方面也增加了其前期成本，在安装出现偏差时也容易对检测可靠性产生影响。

发明内容

为克服现有的打光装置二次组装难度大、对安装技术技术人员的要求高的问题，本发明实施例一方面提供了一种矩形多光源打光装置，包括：

调节支架，所述调节支架包括z向支架以及设于z向支架上并可沿z向支架竖直运动的活动框架；

打光支架，包括用于与活动框架连接的结合部和位于所述结合部下方的“井”字形框架，所述“井”字形框架于周向延伸形成四对悬臂，两两相对的悬臂内侧用于架设光源，两两相对的悬臂外侧用于设置角度调节装置；所述“井”字形框架于底部还设有拍摄组件；

呈物台，所述呈物台于所述打光支架底部形成的待测区域；

控制器，至少用于控制各所述光源按预设规则点亮或熄灭，并在各照明环境下控制所述拍摄组件获取待测工件的图像；

机器视觉检测模块，用于根据所有照明环境下拍摄组件获取的待测工件的图像，生成合成图像。

进一步，上述所述呈物台为x向传动的传送带，所述活动框架包括x向横梁和y向横梁，所述打光支架通过所述结合部设置在所述x向横梁上，且所述打光支架可以沿x向横梁运动。

进一步，上述所述视觉检测模块还用于获取待测工件的实时图像，并根据所述实时图像确定所述待测工件的实时几何中心点与摄像组件的额外x偏移量，所述控制器还用于根据所述额外x偏移量确定所述打光支架的x向行程，以使所述摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点保持预设x偏移量。

进一步，上述所述x向横梁包括位于中部的第一x向横梁以及位于两侧的第二x向横梁，所述打光支架通过所述结合部设置于所述第一x向横梁上。

进一步，上述所述第一x向横梁设置在所述y向横梁之间，且所述第一 x向横梁可以在所述y向横梁上滑动，所述视觉检测模块还用于根据待测工件的实时图像确定所述待测工件的实时几何中心点与摄像组件的额外y偏移量，所述控制器还用于根据所述额外y偏移量确定所述第一x向横梁的y向行程，以使所述摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点保持预设y偏移量。

进一步，上述两两相对的悬臂内侧设置有用于套设光源的联动安装杆，所述角度调节装置包括设于任一悬臂外侧的角度调节旋钮，以及设于两两相邻的悬臂外侧的联动齿轮，所述联动齿轮包括两两啮合的锥齿轮，所述锥齿轮与对应的联动安装杆同轴固定连接。

本发明实施例另一方面提供了一种缺陷检测方法，应用于上述任一项所述的矩形多光源打光装置，所述光源至少包括矩形分布的第一线光源、第二线光源、第三线光源和第四线光源；所述方法包括：

控制第一光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第一图像；

控制第二光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第二图像；

控制第三光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第三图像；

控制第四光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第四图像；

控制所有光源同时点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第五图像；

至少根据所述第一图像、第二图像、第三图像、第四图像和第五图像，生成合成图像；

根据机器视觉判断所述合成图像中是否存在缺陷。

进一步，上述所述控制第一光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第一图像的步骤之前，包括：

将标准工件放置在待测区域；

调节所述调节活动框架的z向行程、各光源的照射角度，以使各光源独立点亮、或所有光源同时点亮时，所述拍摄组件的成像信号达到标定的清晰度标准；

记录摄像组件和所述待测工件的几何中心点的偏移量，生成预设x偏移量和预设y偏移量；

获取标准工件的合成图像并同步至机器视觉检测模块。

进一步，所述至少根据所述第一图像、第二图像、第三图像、第四图像和第五图像，生成合成图像的步骤包括：

根据公式确定G值，其中为已知的光源照射角度矩阵，为第一图像、第二图像、第三图像和第四图像的亮度矩阵；

根据公式其中k_d＝‖G‖，生成合成图像。

本发明实施例通过提供z向设置的调节支架以及位于调节支架下方的打光支架，打光支架通过“井”字形框架的悬臂内侧架设光源，并在“井”字形框架底部设置拍摄组件，实现了光源和拍摄组件的模组化安装，“井”字形框架可以作为一个整体进行包装、运输，便于二次组装，摄像头、各光源的高度和位置等参数也经由“井”字形框架确定，应用方仅需要对调节支架进行安装、并将打光支架安装上调节支架即可，由于调节支架通常为竖直方向安装，安装过程简单方便，组装难度要求低，节省了应用方的前期成本，具有可靠性高、检测效率高的优点；同时，本发明利用缺陷目标对于不同光源方向和角度的反射特性，通过调整打光支架上各光源的闪光规则，配合拍摄组件获取的图像进行合成，实现对细微缺陷的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第二实施例的矩形多光源打光装置的结构构架图；

图2是本发明第二实施例的矩形多光源打光装置的立体图；

图3是图2中调节支架和打光支架的仰视视角的立体图；

图4是图3中打光支架的俯视视角的立体图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

当本发明实施例提及“第一”、“第二”(若存在)等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”(若存在)应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例：

本发明实施例提供了一种矩形多光源打光装置，包括：

调节支架，所述调节支架包括z向支架以及设于z向支架上并可沿z向支架竖直运动的活动框架；

打光支架，包括用于与活动框架连接的结合部和位于所述结合部下方的“井”字形框架，所述“井”字形框架于周向延伸形成四对悬臂，两两相对的悬臂内侧用于架设光源，两两相对的悬臂外侧用于设置角度调节装置；所述“井”字形框架于底部还设有拍摄组件；

呈物台，所述呈物台于所述打光支架底部形成的待测区域；

控制器，至少用于控制各所述光源按预设规则点亮或熄灭，并在各照明环境下控制所述拍摄组件获取待测工件的图像；

机器视觉检测模块，用于根据所有照明环境下拍摄组件获取的待测工件的图像，生成合成图像。

在本实施例中，所述打光支架的结合部为螺栓，“井”字形框架作为一个整体通过螺栓安装在活动框架的特定预设位置，所述拍摄组件为CCD相机，所述呈物台为固定台面，“井”字形框架包括用于设置CCD相机的框架本体以及位于框架四个方向上的四对悬臂，四个不同的光源设置在“井”字形框架两两相对的悬臂内侧，每对悬臂可相对于框架本体水平伸出和缩回，以改变各光源与框架本体中心的距离，作为一种优选方案，每对悬臂上设置有长度刻度且各对悬臂的伸缩相对独立，以供用户确定当前各对悬臂的延伸距离，各光源上设置有角度刻度且各光源的角度调节相对独立，以供用户确定当前各光源的照明角度。调节自由度较高，用户可以参考产品说明书针对不同形状的待测工件对“井”字形框架进行调节，本发明在保障实现了光源和拍摄组件的模组化安装的同时，兼具对不同尺寸的待测工件的良好兼容性。

第二实施例：

请参照图1至图4所示，本发明实施例提供了一种矩形多光源打光装置，包括：

调节支架1，所述调节支架包括z向支架11以及设于z向支架11上并可沿z向支架11竖直运动的活动框架12；

打光支架2，包括用于与活动框架12连接的结合部21和位于所述结合部21下方的“井”字形框架22，所述“井”字形框架22于周向延伸形成四对悬臂23，两两相对的悬臂23内侧用于架设光源24，两两相对的悬臂23 外侧用于设置角度调节装置；所述“井”字形框架22于底部还设有拍摄组件25；

呈物台，所述呈物台于所述打光支架底部形成的待测区域；

控制器3，至少用于控制各所述光源按预设规则点亮或熄灭，并在各照明环境下控制所述拍摄组件获取待测工件的图像；

机器视觉检测模块4，用于根据所有照明环境下拍摄组件获取的待测工件的图像，生成合成图像。

与上述第一实施例不同的是，本实施例的呈物台为x向传动的传送带5。所述活动框架12包括x向横梁121和y向横梁122，所述x向横梁121包括位于中部的第一x向横梁121a以及位于两侧的第二x向横梁121b，所述打光支架2通过所述结合部21设置于所述第一x向横梁121a上。上述所述第一x向横梁121a设置在所述y向横梁122之间，且所述第一x向横梁121a 可以在所述y向横梁122上滑动，所述x向横梁121、y向横梁122和z向支架11包括设于中部的滑槽，第一x向横梁121a可相对于y向横梁122进行y向滑动，且所述打光支架2可以沿x向横梁121运动。所述结合部21 为设置在活动框架第一x向横梁121a上的滑轨，四对悬臂23相对固定设置，不可相对于框架本体水平伸出和缩回。

同时，两两相对的悬臂23内侧设置有用于套设光源24的联动安装杆26，所述角度调节装置包括设于任一悬臂外侧的角度调节旋钮27，以及设于两两相邻的悬臂外侧的联动齿轮28，所述联动齿轮28包括两两啮合的锥齿轮，所述锥齿轮与对应的联动安装杆26同轴固定连接。

另外，本实施例的角度调节旋钮上可以设置角度刻度，以供用户根据需要调整所有光源的角度刻度，在本实施例中，各光源为线光源。用户可以根据需要通过x向和y向移动改变打光支架的水平位置。

本发明实施例通过提供z向设置的调节支架以及位于调节支架下方的打光支架，打光支架通过“井”字形框架的悬臂内侧架设光源，并在“井”字形框架底部设置拍摄组件，实现了光源和拍摄组件的模组化安装，“井”字形框架可以作为一个整体进行包装、运输，便于二次组装，摄像头、各光源的高度和位置等参数也经由“井”字形框架确定，应用方仅需要对调节支架进行安装、并将打光支架安装上调节支架即可，由于调节支架通常为竖直方向安装，安装过程简单方便，组装难度要求低，节省了应用方的前期成本，具有可靠性高、检测效率高的优点；同时，本发明利用缺陷目标对于不同光源方向和角度的反射特性，通过调整打光支架上各光源的闪光规则，配合拍摄组件获取的图像进行合成，实现对细微缺陷的检测。

第三实施例：

与上述第二实施例不同的是，所述结合部为打光支架设置在第一x向横梁上的第一电动滑块、第一x向横梁与y向横梁之间还设置有第二电动滑块。上述所述视觉检测模块还用于获取待测工件的实时图像，并根据所述实时图像确定所述待测工件的实时几何中心点与摄像组件的额外x偏移量，所述控制器还用于根据所述额外x偏移量，控制第一电动滑块在第一x向横梁上滑槽的位置，以确定所述打光支架的x向行程，以使所述摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点保持预设x偏移量。

所述视觉检测模块还用于根据待测工件的实时图像确定所述待测工件的实时几何中心点与摄像组件的额外y偏移量，所述控制器还用于根据所述额外y偏移量控制第二电动滑块在y向横梁上滑槽的位置，以确定所述第一 x向横梁的y向行程，以使所述摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点保持预设y偏移量。

需要说明的是，为进一步提高检测效率，当传送带上有多个待测工件时，还可通过在打光支架上额外增设摄像头组件，以获取传送方向上顺次多个待测工件对应的额外y偏移量，提前计算对各待测工件打光时、对应的第二滑块在y向横梁上滑槽的位置。

由于不同产品和加工方式导致不同待测工件的缺陷出现位置不同，即特定工件在对应位置更容易出现缺陷，针对上述特点，在预调校过程(请参照第四实施例中S101-S103)中摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点可以存在预设x偏移量和预设y偏移量，以提高对待测工件高发缺陷位置的检测效率。本实施例通过实时图像确定摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点的额外x偏移量和额外y偏移量，并通过控制器控制第一电动滑块在第一x向横梁上滑槽的位置、以及第二电动滑块在y向横梁上滑槽的位置，实现了当操作人员在放置待测工件位置存在偏差的情况下，矩形多光源打光装置可以根据需要实时调整“井”字形框架的x向行程和y向行程，保证缺陷目标的检测效率。同时，由于本实施例提供了设置在第一x向横梁上的第一电动滑块，使得控制器可以根据传动带的实时速度调整第一电动滑块在第一 x向横梁上滑槽的位置，做到打光支架对待测工件的实时跟随，传送带不需停止即可完成对待测工件的检测，极大的提高了检测效率。

第四实施例：

本发明实施例提供了一种缺陷检测方法，应用于上述任一实施例所述的矩形多光源打光装置，所述光源至少包括矩形分布的第一线光源、第二线光源、第三线光源和第四线光源；所述方法包括：

S101、将标准工件放置在待测区域；

S102、调节所述调节活动框架的z向行程、各光源的照射角度，以使各光源独立点亮、或所有光源同时点亮时，所述拍摄组件的成像信号达到标定的清晰度标准；

S103、记录摄像组件和所述待测工件的几何中心点的偏移量，生成预设 x偏移量和预设y偏移量；

S104、获取标准工件的合成图像并同步至机器视觉检测模块；

S105、控制第一光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第一图像；

S106、控制第二光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第二图像；

S107、控制第三光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第三图像；

S108、控制第四光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第四图像；

S109、控制所有光源同时点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第五图像；

S110、至少根据所述第一图像、第二图像、第三图像、第四图像和第五图像，生成合成图像；

S111、根据机器视觉判断所述合成图像中是否存在缺陷。

在本实施例中，合成图像的具体方法为：

根据公式确定G值，其中为已知的光源照射角度矩阵，为第一图像、第二图像、第三图像和第四图像的亮度矩阵；

根据公式其中k_d＝‖G‖，生成合成图像。

通过上述合成方法，可进一步降低光照不均、假缺陷对高质量图像采集的干扰，获得高可靠性的合成图像。

本发明实施例通过提供z向设置的调节支架以及位于调节支架下方的打光支架，打光支架通过“井”字形框架的悬臂内侧架设光源，并在“井”字形框架底部设置拍摄组件，实现了光源和拍摄组件的模组化安装，“井”字形框架可以作为一个整体进行包装、运输，便于二次组装，摄像头、各光源的高度和位置等参数也经由“井”字形框架确定，应用方仅需要对调节支架进行安装、并将打光支架安装上调节支架即可，由于调节支架通常为竖直方向安装，安装过程简单方便，组装难度要求低，节省了应用方的前期成本，具有可靠性高、检测效率高的优点；同时，本发明利用缺陷目标对于不同光源方向和角度的反射特性，通过调整打光支架上各光源的闪光规则，配合拍摄组件获取的图像进行合成，实现对细微缺陷的检测。

本发明实施例通过提供打光支架，并在打光支架上由高至低设置至少第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架，通过提供光源控制器控制设于各环形支架上的可控光源对呈物台上的待测工件进行打光，使得打光充分均匀，相对固定的第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架使得照射角度相对固定，避免了误差的产生，同时，本发明利用缺陷目标对于不同光源方向和角度的反射特性，通过调整环形支架上可控光源的闪光规则，配合阵列相机组件获取的序列图像进行图像处理，实现对细微缺陷的检测。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种矩形多光源打光装置，其特征在于，包括：

调节支架，所述调节支架包括z向支架以及设于z向支架上并可沿z向支架竖直运动的活动框架；

打光支架，包括用于与活动框架连接的结合部和位于所述结合部下方的“井”字形框架，所述“井”字形框架于周向延伸形成四对悬臂，两两相对的悬臂内侧用于架设光源，两两相对的悬臂外侧用于设置角度调节装置；所述“井”字形框架于底部还设有拍摄组件；

呈物台，所述呈物台于所述打光支架底部形成的待测区域；

控制器，至少用于控制各所述光源按预设规则点亮或熄灭，并在各照明环境下控制所述拍摄组件获取待测工件的图像；

机器视觉检测模块，用于根据所有照明环境下拍摄组件获取的待测工件的图像，生成合成图像。

2.如权利要求1所述的矩形多光源打光装置，其特征在于，所述呈物台为x向传动的传送带，所述活动框架包括x向横梁和y向横梁，所述打光支架通过所述结合部设置在所述x向横梁上，且所述打光支架可以沿x向横梁运动。

3.如权利要求2所述的矩形多光源打光装置，其特征在于，所述视觉检测模块还用于获取待测工件的实时图像，并根据所述实时图像确定所述待测工件的实时几何中心点与摄像组件的额外x偏移量，所述控制器还用于根据所述额外x偏移量确定所述打光支架的x向行程，以使所述摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点保持预设x偏移量。

4.如权利要求3所述的矩形多光源打光装置，其特征在于，所述x向横梁包括位于中部的第一x向横梁以及位于两侧的第二x向横梁，所述打光支架通过所述结合部设置于所述第一x向横梁上。

5.如权利要求4所述的矩形多光源打光装置，其特征在于，所述第一x向横梁设置在所述y向横梁之间，且所述第一x向横梁可以在所述y向横梁上滑动，所述视觉检测模块还用于根据待测工件的实时图像确定所述待测工件的实时几何中心点与摄像组件的额外y偏移量，所述控制器还用于根据所述额外y偏移量确定所述第一x向横梁的y向行程，以使所述摄像组件和所述待测工件的实时几何中心点保持预设y偏移量。

6.如权利要求1至5任一项所述的矩形多光源打光装置，其特征在于，两两相对的悬臂内侧设置有用于套设光源的联动安装杆，所述角度调节装置包括设于任一悬臂外侧的角度调节旋钮，以及设于两两相邻的悬臂外侧的联动齿轮，所述联动齿轮包括两两啮合的锥齿轮，所述锥齿轮与对应的联动安装杆同轴固定连接。

7.一种缺陷检测方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的矩形多光源打光装置，所述光源至少包括矩形分布的第一线光源、第二线光源、第三线光源和第四线光源；所述方法包括：

控制第一光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第一图像；

控制第二光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第二图像；

控制第三光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第三图像；

控制第四光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第四图像；

控制所有光源同时点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第五图像；

至少根据所述第一图像、第二图像、第三图像、第四图像和第五图像，生成合成图像；

根据机器视觉判断所述合成图像中是否存在缺陷。

8.如权利要求7所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述控制第一光源独立点亮，并控制拍摄组件获取待测工件的第一图像的步骤之前，包括：

将标准工件放置在待测区域；

调节所述调节活动框架的z向行程、各光源的照射角度，以使各光源独立点亮、或所有光源同时点亮时，所述拍摄组件的成像信号达到标定的清晰度标准；

记录摄像组件和所述待测工件的几何中心点的偏移量，生成预设x偏移量和预设y偏移量；

获取标准工件的合成图像并同步至机器视觉检测模块。

9.如权利要求8所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述至少根据所述第一图像、第二图像、第三图像、第四图像和第五图像，生成合成图像的步骤包括：

根据公式确定G值，其中为已知的光源照射角度矩阵，为第一图像、第二图像、第三图像和第四图像的亮度矩阵；

根据公式其中k_d＝‖G‖，生成合成图像。