CN110261407A

CN110261407A - 一种旋转式全扫描热水器内胆表面缺陷检测装置及方法

Info

Publication number: CN110261407A
Application number: CN201910436674.9A
Authority: CN
Inventors: 卢振洋; 张天慧; 闫志鸿; 王俊涛
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2019-09-20

Abstract

一种用于热水器内胆表面缺陷检测的装置及方法，属于表面缺陷检测技术领域，解决了目前搪瓷釉面缺陷检测中检测速度慢、可操控性差、反光部位信息丢失严重、缺陷误检率和漏检率较高等问题，并且很好的利用反光现象提出了判断反光位置是否为缺陷的方法。在图像处理之前选用分块阈值处理算法进行预处理，以保证后续的图像处理得到理想效果。该检测装置包括计算机、线阵相机、平面光源、编码器、水平移动滑台、固定支板、步进电机、肋板、旋转轴、连接端盘、旋转杆、光源固定支架。采用本发明的检测装置，能够高效采集内胆表面缺陷信息，并且可以针对不同形状与尺寸的热水器内胆，更换相机与镜头，调整光源照射角度，极大的提高检测效率和精度。

Description

一种旋转式全扫描热水器内胆表面缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明是一种用于热水器内胆表面缺陷检测的装置及方法，属于搪瓷釉面缺陷检测技术领域。

背景技术

我国是生产大国，尤其在搪瓷制品方面产量极大，由于搪瓷制品多用于生活中，例如餐具、电器等，因此对搪瓷制品的质量检测就显得尤为重要，如果一旦出现问题很可能危及人身安全。因为热水器的加热方式、尺寸规格等差异较大，而且目前针对搪瓷釉面的缺陷检测的研究较少，所以现在工业上用于检测热水器内胆搪瓷釉面缺陷的主要方式是人工目测。如此便会带来一些问题：首先，因为热水器内胆形状不规范，对于在视野盲区形成的缺陷难以被人工检测到；其次由于是重复性劳动，检测人员很容易出现视觉疲劳从而造成误检、漏检等问题；最后，人工检测的速度慢，效率低，难以跟上生产线的快速节奏。

随着计算机技术不断发展，基于机器视觉的缺陷检测技术将得到大量应用。在利用机器视觉对热水器内胆表面进行缺陷检测时，主要存在以下问题：一、在采集图像时由于热水器内胆形状不规范，工业相机难以一次性获取全部位置的图像信息；二、热水器内胆腔内光线很暗，需要较长的曝光时间，检测速度慢；三、因为搪瓷釉面的反光特性，光源直射的位置极易形成反光造成干扰；四、由于视觉系统中工业相机本身的局限性，采集到的部分图像信息不够精确。

因此，基于现状，本发明设计了一种用于热水器内胆表面缺陷检测的装置及方法，通过多自由度可旋转机构实现对热水器内胆表面的缺陷检测，并且能够适应不同尺寸的热水器内胆，降低成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种旋转式全扫描热水器内胆表面缺陷检测装置及方法。在保证高效率稳定采集热水器内胆表面图像的同时，最大限度的保留完整的图像信息。

本发明所采用的技术方案是：

一种旋转式全扫描热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于：包括计算机、线阵相机、平面光源、编码器、水平移动滑台、中心旋转机构、光源固定支架；其中，中心旋转机构是将两个肋板固定于水平移动滑台上，旋转轴通过轴承与肋板连接在一起，通过固定支板将步进电机固定在肋板的外侧，再与轴承连接，利用连接端盘将两段中心杆连接在一起，从而实现对旋转杆的运动控制；将线阵相机安装在中心旋转杆上，由光源固定支架把旋转杆和平面光源连接在一起；相机处于热水器内胆的中心线上，调整光源使之与相机处于同一垂直面，且垂直距离为180mm，相邻光源之间相距15mm,光源照射方向与相机采像方向呈90°夹角；水平移动滑台使相机运动至某一位置，点亮某一光源，关闭其它光源，通过旋转机构让相机旋转一周，期间进行采像，依次点亮其它光源重复上述操作，待当前位置图像采集完毕，运动至下一个位置，重复上述整个过程，直至采集到内胆表面所有位置。

2、进一步，通过固定支板与四根双头螺栓将步进电机固定在肋板外侧，解决了空间位置的干涉问题，或者调整高度。

3、进一步，旋转轴与旋转杆之间利用多通孔连接端盘连接在一起，使得连接更牢固，旋转更稳定。

4、进一步，所选用的相机是线阵相机，并通过编码器记录当前位置，实现在同一位置不同状态下采像，以便后期对图像对比。

5、进一步，采用多个平面光源、多个照射角度的方式，对同一位置做多次扫描，从而采集到同一位置不同照射角度和曝光时间下的图像，更加精确完整的获取整个内胆表面的图像信息。

6、进一步，利用相机的多行变曝光进行扫描，。减少反光造成的信息缺失，获取更多高亮区域的信息。

7、进一步，因为反光造成的光照不均与问题，在采集图像后选用分块阈值处理算法进行预处理，以便获取更多位置的更准确的图像信息。

8、进一步，在同一位置、同一光源照射角度下、不同曝光时间或者光照亮度下，多次扫描采像，利用缺陷部位与正常部位的反光程度不同，以及所形成的的反光形状的差异，对比判断该位置下的图像是否为缺陷；因为在不同曝光时间下，反光部位的亮度始终大于或等于缺陷部位的亮度；在曝光时间逐渐减小的过程中，反光部位的亮度衰减程度远低于缺陷部位亮度的减弱程度，当检测到的异常位置的平均亮度小于反光位置平均亮度的一半时，便认为该位置属于缺陷。

9、进一步，在同一位置、同一曝光时间、不同光源角度下，多次扫描采像；在不同光源角度照射下，反光位置会随光源照射角度的改变而改变，但是缺陷位置不会发生变化；因此对比观察该位置不同光源角度下各个图像的反光位置进而判断出是否为缺陷。

本发明的积极效果是：

1、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，利用固定支板与双头螺栓将步进电机固定于肋板侧面，避免了干涉问题，增加灵活性。

2、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，选用线阵相机在采集图像时可以减少反光带来的干扰。

3、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，在镜头前加装滤光装置进一步削弱反光问题。

4、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，在采集图像后使用了分块阈值处理算法进行预处理的方法，获取更多的位置的更准确的图像信息，保证了后续图像处理工作的准确性。

5、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，选取了多角度多光源，能够通过图像对比获取更精确地图像信息。

6、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，操作简单，可实现准确定位并对热水器内胆表面进行快速采像。

7、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，可根据实际要求更换相机光源，并且可以调整光源角度，灵活性好。

8、本发明提供的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，可根据热水器的尺寸调整相机和光源个数，以达到高效率采集图像的目的。

附图说明

图1-1是曝光时间为90ms的热水器内胆表面图像；

图1-2是曝光时间为60ms的热水器内胆表面图像；

图1-3是曝光时间为30ms的热水器内胆表面图像。

图2-1是光源位置在左下方光照角度为45°的热水器内胆表面图像；

图2-2是光源位置在左上方光照角度为45°的热水器内胆表面图像；

图2-3是光源位置在右下方光照角度为45°的热水器内胆表面图像。

图3是本发明装置示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

首先将热水器内胆水平放置，且本装置与内胆处于同一水平线上。将镜头焦距调节至最佳状态，使得成像最清晰。水平移动滑台使相机运动至某一位置，点亮某一光源，关闭其它光源，通过旋转机构让相机旋转一周，期间进行采像，采用多行变曝光方式进行采像。依次点亮其它光源重复上述操作。此时已经获取同一位置不同状态下的内胆表面图像，那么对比三个光源角度下得到的图像，可以基本判断是否有缺陷以及位置。待当前位置图像采集完毕，运动至下一个位置，重复上述整个过程，直至采集到内胆表面所有位置。

针对特殊区域，可定点多次采集，并改变曝光时间，以及光源照射角度等获取更精确的图像信息。对比分析该位置下所呈现的反光形状、反光位置、反光方向，进一步确认内胆该位置的真实情况。

由于搪瓷釉面的反光特性，通过物理方法在减弱反光造成的影响，采得图像后，选用分块阈值处理算法进行预处理：在求得源图的平均灰度后，按照实际需求将其划分为M*N块，求得每一个子块的亮度矩阵，接着用子块的亮度矩阵减去源图的平均灰度得到亮度差值矩阵，然后选择双立方差值法将亮度差值矩阵转换成与源图大小相同的矩阵，最后对该矩阵与源图作差，从而得到最终的校正图像。在获取更多的位置的更准确的图像信息后，开始后续的图像处理工作。

在权利要求8：在同一位置、同一光源照射角度下、不同曝光时间或者光照亮度下，多次扫描采像。选取三种不同曝光时间下，获取的图像如图1系列所示，所采集图为内胆表面内壁的某位置，每一张图中左边呈现大面积白色是反光部位，图像中间几处白色是缺陷部位，该处缺陷是表面缺瓷。

左图为相机采集的原图，右图是在HSV图下分离出来的单通道亮度图。经过图像处理后得到了三种曝光时间下反光部位和缺陷部位的亮度的灰度值(0-255)：

	反光部位	缺陷部位	背景部位
				图1-1。	255	255	<60
图1-2。	255	170-230	<40
				图1-3。	170-211	70-100	<20

可以看出：在不同曝光时间下，反光部位的亮度始终大于或等于缺陷部位的亮度；在曝光时间逐渐减小的过程中，反光部位的亮度减弱程度远低于缺陷部位亮度的减弱程度。因此可以利用缺陷部位与正常部位的反光程度不同，以及所形成的的反光形状的差异，对比判断该位置下的图像是否为缺陷。

在权利要求9：在同一位置、同一曝光时间、不同光源角度下，多次扫描采像。选取三种不同光照角度下，获取的图像如图2系列所示，可以很直观的观察到：不同光源角度照射下，反光的位置不同，而缺陷位置没有变化；缺陷部所形成的的反光方向和形状略有不同。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种旋转式全扫描热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于：包括计算机、线阵相机、平面光源、编码器、水平移动滑台、中心旋转机构、光源固定支架；其中，中心旋转机构是将两个肋板固定于水平移动滑台上，旋转轴通过轴承与肋板连接在一起，通过固定支板将步进电机固定在肋板的外侧，再与轴承连接，利用连接端盘将两段中心杆连接在一起，从而实现对旋转杆的运动控制；将线阵相机安装在中心旋转杆上，由光源固定支架把旋转杆和平面光源连接在一起；相机处于热水器内胆的中心线上，调整光源使之与相机处于同一垂直面，且垂直距离为180mm，相邻光源之间相距15mm,光源照射方向与相机采像方向呈90°夹角；水平移动滑台使相机运动至某一位置，点亮某一光源，关闭其它光源，通过旋转机构让相机旋转一周，期间进行采像，依次点亮其它光源重复上述操作，待当前位置图像采集完毕，运动至下一个位置，重复上述整个过程，直至采集到内胆表面所有位置。

2.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，通过固定支板与四根双头螺栓将步进电机固定在肋板外侧，解决了空间位置的干涉问题，或者调整高度。

3.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，旋转轴与旋转杆之间利用多通孔连接端盘连接在一起，使得连接更牢固，旋转更稳定。

4.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，所选用的相机是线阵相机，并通过编码器记录当前位置，实现在同一位置不同状态下采像，以便后期对图像对比。

5.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，采用多个平面光源、多个照射角度的方式，对同一位置做多次扫描，从而采集到同一位置不同照射角度和曝光时间下的图像，更加精确完整的获取整个内胆表面的图像信息。

6.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，利用相机的多行变曝光进行扫描，减少反光造成的信息缺失，获取更多高亮区域的信息。

7.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，因为反光造成的光照不均与问题，在采集图像后选用分块阈值处理算法进行预处理，以便获取更多位置的更准确的图像信息。

8.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，在同一位置、同一光源照射角度下、不同曝光时间或者光照亮度下，多次扫描采像，利用缺陷部位与正常部位的反光程度不同，以及所形成的的反光形状的差异，对比判断该位置下的图像是否为缺陷；因为在不同曝光时间下，反光部位的亮度始终大于或等于缺陷部位的亮度；在曝光时间逐渐减小的过程中，反光部位的亮度衰减程度远低于缺陷部位亮度的减弱程度，当检测到的异常位置的平均亮度小于反光位置平均亮度的一半时，便认为该位置属于缺陷。

9.如权利要求1所述的用于热水器内胆表面缺陷检测的装置，其特征在于，在同一位置、同一曝光时间、不同光源角度下，多次扫描采像；在不同光源角度照射下，反光位置会随光源照射角度的改变而改变，但是缺陷位置不会发生变化；因此对比观察该位置不同光源角度下各个图像的反光位置进而判断出是否为缺陷。