CN110404816B - 一种基于机械臂的3d曲面玻璃缺陷检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机械臂的3D曲面玻璃缺陷检测装置及方法,包括一一机械臂和一支架，支架上安装有上下两个相机、各种角度的光源、频闪控制器以及系统控制器，系统控制器控制机械臂以及频闪控制器。本发明通过机械臂及吸附部件来模拟人手抓取、移动、旋转3D曲面玻璃，通过频闪控制器、光源及线扫描相机获取3D曲面玻璃内外各个面在不同光源照射下的清晰图像，再通过机器视觉对图像进行分析，模拟肉眼对玻璃缺陷进行识别，解决了传统的玻璃检测设备由于控制精度与灵活度不够，只能对2D玻璃进行检测，对3D曲面或者不规则平面玻璃检测效果差，缺陷识别率低，误判率高的，需要大量人工目视复测外观的问题。

Description

一种基于机械臂的3D曲面玻璃缺陷检测装置及方法
技术领域
本发明涉及玻璃生产检测设备领域，具体涉及一种基于机械臂的3D曲面玻璃缺陷检测装置及方法。
背景技术
机械臂是一种模仿人手的灵活精密的机械结构，其具有能够在空间三个坐标上精准移动的执行端，通过特殊的位置检测和动力控制，使其精度和灵活度已智化到能够模拟人手，实现人手的部分功能，已被越来越广泛的应用在工业自动化领域。而在3D玻璃检测领域，由于传统的检测设备其控制精度和灵活度不够，无法让3D玻璃的3D曲面的待扫描成像面到相机的距离（物距：相机至被测面的距离）与相机的焦距保持一致，使得用线扫描相机对曲面部分扫描成像时，照片容易产生虚影，模糊，无法成像等问题，导致通过机器视觉难以解析处产品的缺陷，因此还是采用最原始的人工检测方式：手工转动加目测，成本高，效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种基于机械臂的3D曲面玻璃缺陷检测装置及方法，解决了传统的玻璃检测设备由于控制精度与灵活度不够，只能对2D玻璃进行检测，对3D曲面或者不规则平面玻璃检测效果差，缺陷识别率低，误判率高的，需要大量人工目视复测外观的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种基于机械臂的3D曲面玻璃缺陷检测装置，包括一支架，支架上安装一机械臂、频闪控制器以及系统控制器，系统控制器控制机械臂以及频闪控制器；
所述支架的顶部安装一第一扫描相机，正对第一扫描相机的支架面上设置有第二扫描相机，机械臂的输出端安装有吸附部件，所述吸附部件吸附待测3D玻璃，整个支架的外部设置有多个光源，频闪控制器分别控制多个外部光源，频闪控制器输出触发信号给第一、第二扫描相机进行扫描，第一扫描相机与第二线扫描相机分别将各自扫描得到的数据传给电脑，电脑通过拼接及拆分软件将数据转化成多张不同光源照射下的完整清晰图片。
作为优选的技术方案，所述吸附部件的底部安装有A吸嘴以及B吸嘴，待测3D玻璃通过A吸嘴以及B吸嘴吸附。
作为优选的技术方案，所述多个外部光源包括上表面明场光源、上表面第一暗场光源、上表面第二暗场光源、上表面交叉光源、下表面明场光源、下表面第一暗场光源、下表面第二暗场光源以及下表面交叉光源。
一种基于机械臂的3D曲面玻璃缺陷检测方法，包括以下几个步骤：
步骤一、通过电脑对系统控制器及频闪控制器进行初始化，主要包括输入待测3D玻璃的物理尺寸,线扫描相机的曝光时间，每个光源的开启顺序，开启时间以及机械臂的最小运动量（小于将线扫描相机的像素按焦距投射到待测3D玻璃最长边上时对应的物理尺寸）参数；
步骤二、机械臂通过吸附部件将3D玻璃吸附上，再依据初始设定的参数，机械臂在三维空间中灵活运动，由于机械臂的精度和灵活度足够高，能够让待测3D玻璃当前待扫描的成像面刚好落在线扫描相机物距上，保证了被扫描3D玻璃的成像面成像清晰；
步骤三、对3D玻璃的规则平面部分来说，机械臂只需依据初始设定的参数让规则平面保持水平，且与线扫描相机的距离正好落在线扫描相机的物距上，机械臂再按最小运动量平行从一端移动到另外一端，让规则平面的每个成像面都能被线扫描相机清晰的扫描到；
步骤四、对3D玻璃的3D曲面部分以及不规则的面来说，机械臂需要依据初始设定的参数来不断调整待测3D玻璃的位置，让3D玻璃的3D曲面部分以及不规则面的线区域的法线方向保持垂直于水平面，同时，让待测曲面的待扫描的成像面/线正好落在线扫描相机的物距上，再按最小运动量连续进行运动调整，让不规则的曲面的每个成像面都能被线扫描相机清晰的扫描到；
步骤五、机械臂与频闪控制器及线扫描相机联动，机械臂按最小运动量每运动一次，或者按上述方式每调好一次位置，即通知频闪控制器控制多个光源按设定的顺序和时序依次轮流开关，光源控制器每开启一个光源的同时输出一个触发信号给线扫描相机，线扫描相机收到触发信号后启动一次行扫描，按此方式获取被测3D玻璃被扫描的成像面在不同光源照射下的多个图像数据；
步骤六、按此方式，在机械臂连续运动下，线扫描相机连续对3D玻璃的内外各个表面进行线扫描，然后将扫描得到的数据传给电脑，电脑通过拼接及拆分软件将数据转化成多张不同光源照射下的完整清晰图片；
步骤七、电脑再启动人工智能算法程序对每张图片进行解析，如果没有发现缺陷，电脑会通知系统控制器，系统控制器控制机械臂将合格的3D玻璃放到下一个生产环节；如果发现有缺陷，电脑会机通知系统控制器，系统控制器控制机械臂，机械臂将该片有缺陷的3D玻璃按缺陷类别自动放到对应的位置上，从而完成3D玻璃的全自动化检测及缺陷分练。
本发明的有益效果是：本发明由于通过机械臂与线扫描相机及频闪控制器的配合，完整无缝的将3D曲面及不规则的面转换成了清晰的2D图片，进而实现了从3D到2D的转换，再通过传统的平面玻璃检测技术同时对3D部分和2D部分进行缺陷检测，不断检测准确率大大提高，而且完全实现了自动化，中间不需要人工参入复测，极大的提高了检测的效率，同时能为企业节省客观的人力成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向（旋转90度或其他朝向），并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种基于机械臂的3D曲面玻璃缺陷检测装置，包括一支架，支架上安装一机械臂、频闪控制器以及系统控制器，系统控制器控制机械臂以及频闪控制器；
支架的顶部安装一第一扫描相机，正对第一扫描相机的支架面上设置有第二扫描相机，机械臂的输出端安装有吸附部件，所述吸附部件吸附待测3D玻璃，整个支架的外部设置有多个光源，频闪控制器分别控制多个外部光源，频闪控制器输出触发信号给第一、第二扫描相机进行扫描，第一扫描相机与第二线扫描相机分别将各自扫描得到的数据传给电脑，电脑通过拼接及拆分软件将数据转化成多张不同光源照射下的完整清晰图片。
吸附部件的底部安装有A吸嘴以及B吸嘴，待测3D玻璃通过A吸嘴以及B吸嘴吸附。
多个外部光源包括上表面明场光源、上表面第一暗场光源、上表面第二暗场光源、上表面交叉光源、下表面明场光源、下表面第一暗场光源、下表面第二暗场光源以及下表面交叉光源。
包括以下几个步骤：
步骤一、通过电脑对系统控制器及频闪控制器进行初始化，主要包括输入待测3D玻璃的物理尺寸,线扫描相机的曝光时间，每个光源的开启顺序，开启时间以及机械臂的最小运动量（小于将线扫描相机的像素按焦距投射到待测3D玻璃最长边上时对应的物理尺寸）参数；
步骤二、机械臂通过吸附部件将3D玻璃吸附上，再依据初始设定的参数，机械臂在三维空间中灵活运动，由于机械臂的精度和灵活度足够高，能够让待测3D玻璃当前待扫描的成像面刚好落在线扫描相机物距上，保证了被扫描3D玻璃的成像面成像清晰；
步骤三、对3D玻璃的规则平面部分来说，机械臂只需依据初始设定的参数让规则平面保持水平，且与线扫描相机的距离正好落在线扫描相机的物距上，机械臂再按最小运动量平行从一端移动到另外一端，让规则平面的每个成像面都能被线扫描相机清晰的扫描到；
步骤四、对3D玻璃的3D曲面部分以及不规则的面来说，机械臂需要依据初始设定的参数来不断调整待测3D玻璃的位置，让3D玻璃的3D曲面部分以及不规则面的线区域的法线方向保持垂直于水平面，同时，让待测曲面的待扫描的成像面/线正好落在线扫描相机的物距上，再按最小运动量连续进行运动调整，让不规则的曲面的每个成像面都能被线扫描相机清晰的扫描到；
步骤五、机械臂与频闪控制器及线扫描相机联动，机械臂按最小运动量每运动一次，或者按上述方式每调好一次位置，即通知频闪控制器控制多个光源按设定的顺序和时序依次轮流开关，光源控制器每开启一个光源的同时输出一个触发信号给线扫描相机，线扫描相机收到触发信号后启动一次行扫描，按此方式获取被测3D玻璃被扫描的成像面在不同光源照射下的多个图像数据；
步骤六、按此方式，在机械臂连续运动下，线扫描相机连续对3D玻璃的内外各个表面进行线扫描，然后将扫描得到的数据传给电脑，电脑通过拼接及拆分软件将数据转化成多张不同光源照射下的完整清晰图片；
步骤七、电脑再启动人工智能算法程序对每张图片进行解析，如果没有发现缺陷，电脑会通知系统控制器，系统控制器控制机械臂将合格的3D玻璃放到下一个生产环节；如果发现有缺陷，电脑会机通知系统控制器，系统控制器控制机械臂，机械臂将该片有缺陷的3D玻璃按缺陷类别自动放到对应的位置上，从而完成3D玻璃的全自动化检测及缺陷分拣。
工作原理：
首先，系统控制器控制机械臂11及吸附部件12从流水线上吸附待测3D玻璃15，吸附部件12的A吸嘴13吸附在待测3D玻璃15的后半部分左下角，吸附部件12的B吸嘴14移动到第一线扫描相机9和第二线扫描相机10的视场区域外，避免阻挡线扫描相机的扫描成像。
进一步的，先对待测3D玻璃15前半部分从X轴方向进行扫描。机械臂11按设定的参数开始在三维空间中运动，让待测3D玻璃15前半部分X轴方向的外表面最边缘的第一个待扫描的成像面落在第一线扫描相机9物距上，内表面的最边缘的第一个待扫描的成像面落在第二线扫描相机10的物距上。
进一步的，系统控制器18通知频闪控制器17启动频闪功能，频闪控制器17分别控制上表面明场光源1、上表面第一暗场光源2、上表面第二暗场光源3、上表面交叉光源4依次按设定的时间间隔先开后关，在每次开启光源的同时，频闪控制器17输出一个触发信号给第一线扫描相机9，第一线扫描相机9收到触发信号后启动一次行扫描，按此方式完成上表面第一个成像面的扫描。
进一步的，系统控制器18再通知频闪控制器17启动频闪功能，频闪控制器17分别控制下表面明场光源5、下表面第一暗场光源6、下表面第二暗场光源7、下表面交叉光源8依次按设定的时间间隔先开后关，在每次开启光源的同时，频闪控制器17输出一个触发信号给第二线扫描相机10，第二线扫描相机10收到触发信号后启动一次行扫描完成下表面第一个成像面的扫描。进一步的，机械臂11按最小运动量调整待测3D玻璃15的位置，让待测3D玻璃15前半部分X轴方向的外表面与第一个线扫描成像面相连的第二个的待扫描的成像面落在第一线扫描相机9物距上，内表面与第一个线扫描成像面相连的第二个的待扫描的成像面落在第二线扫描相机10的物距上。
进一步的，按上述方式系统控制器18启动第二次扫描，以此类推，按此方式完成待测3D玻璃15前半部分X轴方向各个面的外表面及内表面的扫描。
进一步的，系统控制器控制机械臂11旋转90度。
进一步的，按上述的同样的原理和方式，完成待测3D玻璃15前半部分Y轴方向各个面的外表面及内表面的扫描。
进一步的，按此方式完成对待测3D玻璃15前半部分各个面的内外表面的扫描。
进一步的，系统控制器控制18吸附部件12的B吸嘴14吸附在待测3D玻璃15的前半部右上角，接着，吸附部件12的A吸嘴13释放，并移动到第一线扫相机9和第二线扫描相机10的视场区域外，避免阻挡线扫描相机的扫描成像。
进一步的，按上述的同样的原理和方式，完成待测3D玻璃15后半部分各个面的内外表面的扫描。
进一步的，第一线扫描相机9与第二线扫描相机10分别将各自扫描得到的数据传给电脑，电脑通过拼接及拆分软件将数据转化成多张不同光源照射下的完整清晰图片。
进一步的，电脑再启动人工智能算法程序对每张图片进行分析，如果没有发现缺陷，电脑会通知系统控制器，系统控制器会控制机械臂将合格的玻璃放到下一个生产环节；如果发现有缺陷，电脑会立即机通知系统控制器，系统控制器控制机械臂，机械臂将该片有缺陷的3D玻璃按缺陷类别自动放到对应的位置上，从而完成3D玻璃的全自动化检测及缺陷分拣。
本发明的有益效果是：本发明由于通过机械臂与线扫描相机及频闪控制器的配合，完整无缝的将3D曲面及不规则的面转换成了清晰的2D图片，进而实现了从3D到2D的转换，再通过传统的平面玻璃检测技术同时对3D部分和2D部分进行缺陷检测，不断检测准确率大大提高，而且完全实现了自动化，中间不需要人工参入复测，极大的提高了检测的效率，同时能为企业节省客观的人力成本。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于机械臂的玻璃缺陷检测装置，其特征在于：包括一支架，支架上安装一机械臂、频闪控制器以及系统控制器，系统控制器控制机械臂以及频闪控制器；
所述支架的顶部安装一第一线扫描相机，正对第一线扫描相机的支架面上设置有第二线扫描相机，机械臂的输出端安装有吸附部件，所述吸附部件吸附待测玻璃，整个支架的外部设置有多个光源，频闪控制器分别控制多个外部光源，频闪控制器输出触发信号给第一、第二线扫描相机进行扫描，第一线扫描相机与第二线扫描相机分别将各自扫描得到的数据传给电脑，电脑通过拼接及拆分软件将数据转化成多张不同光源照射下的完整清晰图片；
玻璃缺陷检测方法具体包括以下几个步骤：
步骤一、通过电脑对系统控制器及频闪控制器进行初始化，主要包括输入待测玻璃的物理尺寸,线扫描相机的曝光时间，每个光源的开启顺序，开启时间以及机械臂的最小运动量参数，最小运动量小于将线扫描相机的像素按焦距投射到待测玻璃最长边上时对应的物理尺寸；
步骤二、机械臂通过吸附部件将玻璃吸附上，再依据初始设定的参数，机械臂在三维空间中灵活运动，能够让待测玻璃当前待扫描的成像面刚好落在线扫描相机物距上，保证了被扫描玻璃的成像面成像清晰；
步骤三、对玻璃的规则平面部分来说，机械臂只需依据初始设定的参数让规则平面保持水平，且与线扫描相机的距离正好落在线扫描相机的物距上，机械臂再按最小运动量平行从一端移动到另外一端，让规则平面的每个成像面都能被线扫描相机清晰地扫描到；
步骤四、对玻璃的曲面部分以来说，机械臂需要依据初始设定的参数来不断调整待测玻璃的位置，让玻璃的曲面部分的线区域的法线方向保持垂直于水平面，同时，让待测曲面的待扫描的成像面/线正好落在线扫描相机的物距上，再按最小运动量连续进行运动调整，让曲面的每个成像面都能被线扫描相机清晰地扫描到；
步骤五、机械臂与频闪控制器及线扫描相机联动，机械臂按步骤三的方式每运动一次，或按步骤四的方式每调好一次位置，即通知频闪控制器控制多个光源按设定的顺序和时序依次轮流开关，光源控制器每开启一个光源的同时输出一个触发信号给线扫描相机，线扫描相机收到触发信号后启动一次扫描，获取被测玻璃被扫描的成像面在不同光源照射下的多个图像数据；
步骤六、在机械臂连续运动下，线扫描相机连续对玻璃的内外各个表面进行线扫描，然后将扫描得到的数据传给电脑，电脑通过拼接及拆分软件将数据转化成多张不同光源照射下的完整清晰图片；
步骤七、电脑再启动人工智能算法程序对每张图片进行解析，如果没有发现缺陷，电脑会通知系统控制器，系统控制器控制机械臂将合格的玻璃放到下一个生产环节；如果发现有缺陷，电脑会通知系统控制器，系统控制器控制机械臂，机械臂将该片有缺陷的玻璃按缺陷类别自动放到对应的位置上，从而完成玻璃的全自动化检测及缺陷分拣；
多个外部光源包括上表面明场光源、上表面第一暗场光源、上表面第二暗场光源、上表面交叉光源、下表面明场光源、下表面第一暗场光源、下表面第二暗场光源以及下表面交叉光源。
2.如权利要求1所述的基于机械臂的玻璃缺陷检测装置，其特征在于：所述吸附部件的底部安装有A吸嘴以及B吸嘴，待测玻璃通过A吸嘴以及B吸嘴吸附。
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