CN111337433A - 表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器视觉检测技术领域，特别涉及表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法，线性结构光成像系统包括线性结构光模块、摄像模块、处理单元和显示模块，线性结构光模块、摄像模块、显示模块分别连接于处理单元，线性结构光模块用于对被测物体发出线性结构光，摄像模块用于对处于线性结构光下的被测物体进行图像采集，处理单元用于接收摄像模块传来的图像信息并进行数据处理，将被测物体的最终成像输出显示于显示模块。与现有技术相比，本发明的表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法利用线性结构光和相机联动控制方式，可以实现提高线扫系统的视觉感知能力，可以检测到很细微的仅能在特定方向上看到的表面瑕疵，提高了表面缺陷检测的感知水平。

Description

表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法
技术领域
本发明涉及机器视觉检测技术领域，特别涉及表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法。
背景技术
在机器视觉系统设计中，基于线扫相机的平面表面缺陷检测具有极大的商业应用，在纺织，造纸，3C电子，汽车等方面具有广阔的应用空间。目前随着社会的发展，客户对商品的质量需求急剧攀升，表面检测的需求也越来越旺盛，在一些行业中，表面检测成为必备环节，但是受限于线阵机器视觉系统的运动属性，其在沿着运动方向的探测能力上，当出现与运动方向平行的缺陷或者目标时，其探测能力就会较弱。此问题成为纺织，玻璃等行业表面检测的重点待突破问题。
现有技术中有通过采用线阵相机匹配线性光源来解决上述问题的技术方案，但是现有技术的结构光一般是整条线同一开关，且主要为常亮模式，对与物体运动方向平行缺陷的探测能力也比较一般，并且不利于节约电能。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出一种可有效解决上述问题的表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法。
本发明解决上述技术问题提供的一种技术方案是：提供一种表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法，用于连续检测运动物体运动方向上的表面缺陷，包括线性结构光成像系统，所述线性结构光成像系统包括线性结构光模块、摄像模块、图像采集区、处理单元和显示模块，所述线性结构光模块、摄像模块、显示模块分别连接于处理单元所述线性结构光模块和摄像模块正对图像采集区；所述线性结构光模块用于对被测物体发出线性结构光，线性结构光照射方向正对被测物体的运动方向线性结构光的照射范围覆盖图像采集区；所述摄像模块用于对图像采集区中的被测物体进行图像采集，摄像模块的拍摄方向与线性结构光的照射方向一致；所述处理单元用于接收摄像模块传来的图像信息并进行数据处理，将被测物体的最终成像输出显示于显示模块；所述线性结构光模块为线阵光源，包括多个LED灯组，多个LED灯组呈线性排列，每一LED灯组包括LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四呈线性排列；所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮时光线正面照射被测物体的不同位置；所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮时分别同步触发摄像模块对图像采集区内的被测物体进行图像采集。
优选地，所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别单独控制，可单独支持按照一定频率频闪。
优选地，所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮的时间间隔与摄像模块采集图像的时间间隔相同。
优选地，所述LED灯组发光同步，并且每一LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四发光同步且亮度相同。
优选地，所述表面缺陷检测的缺陷分层方法，包括如下步骤：
步骤S1，线性结构光模块的LED灯组正对图像采集区内的被测物体，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四对被测物体投放线性结构光；
步骤S2，线阵相机正对被测物体，在线性结构光照射下对图像采集区内的被测物体拍摄四行图像，得到四帧不同光照位置下的图像；
步骤S3，被测物体向前移动一个图像采集区的距离，重复步骤S2，直至被测物体全部测完；
步骤S4，将步骤S3中得到的图像通过处理单元合成为一张最终图像；
步骤S5，处理单元将最终图像显示于显示模块。
优选地，所述步骤S1中，线性结构光模块的LED灯组同步发光，并且LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次发光；每一LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四同步发光，并且具有相同的闪光频率和亮度。
优选地，所述步骤S1中，LED灯一点亮时，LED灯二、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯二点亮时，LED灯一、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯三点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯四不亮；LED灯四点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯三不亮。
优选地，所述步骤S2中，当LED灯组中的LED灯一发光时，线阵相机拍下第一行图像；当LED灯组中的LED灯二发光时，线阵相机拍下第二行图像；当LED灯组中的LED灯三发光时，线阵相机拍下第三行图像；当LED灯组中的LED灯四发光时，线阵相机拍下第四行图像。
优选地，所述步骤S3中，通过被测物体移动，得到多个第一行图像、多个第二行图像、多个第三行图像和多个第四行图像，所述多个第一行图像、多个第二行图像、多个第三行图像和多个第四行图像分别对应被测物体的不同部位。
优选地，所述步骤S4中，处理单元将多个第一行图像连起来输出最终第一行图像，将多个第二行图像连接起来输出最终第二行图像，将多个第三行图像连接起来输出最终第三行图像，将多个第四行图像连接起来输出最终第四行图像，并将最终第一行图像、最终第二行图像、最终第三行图像、最终第四行图像合成为最终图像。
与现有技术相比，本发明的表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法利用线性结构光和相机联动控制方式，可以实现大幅提高线扫系统的视觉感知能力，可以检测到一些很细微的仅能在特定方向上看到的表面瑕疵，提高了表面缺陷检测的感知水平，从而提高了表面检测系统的检出率，从而使得表面缺陷检测的能力提升至新的高度；同时，提升结构光的结构分辨率，仅仅更新新的线性结构光模块，就能在不大幅度改变现有表面缺陷检测系统的情况下，将系统的检测能力做到较大提升，可拓展性强，利于提高适用性。
附图说明
图1为本发明表面缺陷检测的缺陷分层装置的结构示意图；
图2为本发明表面缺陷检测的缺陷分层装置的线性结构光模块投放结构光示意图；
图3为本发明表面缺陷检测的缺陷分层方法的步骤流程图；
图4为本发明表面缺陷检测的缺陷分层方法测得的四行实物图像；
图5为本发明表面缺陷检测的缺陷分层方法测得的最终图像；
图6为没有线性结构光照射下的相同被测物体实物图像。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅限于指定视图上的相对位置，而非绝对位置。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。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。
请参阅图1至图3，本发明的表面缺陷检测的缺陷分层装置，用于连续检测运动物体运动方向上的表面缺陷，包括线性结构光成像系统，所述线性结构光成像系统包括线性结构光模块、摄像模块、图像采集区、处理单元和显示模块，所述线性结构光模块、摄像模块、显示模块分别连接于处理单元所述线性结构光模块和摄像模块正对图像采集区。所述线性结构光模块用于对被测物体发出线性结构光，线性结构光照射方向正对被测物体的运动方向线性结构光的照射范围覆盖图像采集区。所述摄像模块用于对图像采集区中的被测物体进行图像采集，摄像模块的拍摄方向与线性结构光的照射方向一致。所述处理单元用于接收摄像模块传来的图像信息并进行数据处理，将被测物体的最终成像输出显示于显示模块。
所述线性结构光模块为线阵光源，包括多个LED灯组，多个LED灯组呈线性排列，每一LED灯组包括LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四呈线性排列。
所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别单独控制，可单独支持按照一定频率频闪，也可单独控制发出不同亮度的光线。所述线性结构光为正面直射周期结构光，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮时光线正面照射被测物体的不同位置。LED灯一点亮时，LED灯二、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯二点亮时，LED灯一、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯三点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯四不亮；LED灯四点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯三不亮。其中，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮的时间间隔与摄像模块采集图像的时间间隔相同，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮时分别同步触发摄像模块对图像采集区内的被测物体进行图像采集。具体地，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮的时间间隔为毫秒级，可取为20ms。所述摄像模块为线阵相机，所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四与线阵相机通过编码器或者相机输出时序信号来驱动LED点亮与相机拍照同步。由于LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮时光线正面照射被测物体的不同位置，因此在摄像模块分别采集图像时具有聚光效应，对处于图像采集区内的被测物体，可以得到四张明暗均匀间隔，并且呈现周期性的四张图像，照亮不同部位时在该照亮部位得到的图像细节更为明显，通过这四张图像，合成最终的图像，最终的图像上就能完整呈现表面缺陷信息。对于一些平行被测物体运动方向的表面缺陷，可以更精确获取，利于连续检测运动物体运动方向上的表面缺陷，并且这种频闪非常亮的结构光一定程度上可以节约电能。因为反射光线的强弱直接决定了成像效果的好坏，线性结构光通过LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮向被测物体发出不同特定入射角的光线，光线入射角不同，表面缺陷对不同入射角光线的反射情况不同，具有多种特定入射角光线的线性结构光可以使得表面缺陷反射出不同的特定反射光，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别单独控制分时频闪，通过设置不同的亮暗模式获得多种不同亮度的光源入射角，从而使得感知能力提升。具体说明，由于LED灯为点光源，发出的光线以LED灯为中心呈发散状，当LED灯一单独点亮时，LED灯一发出的光线照射于LED灯一位置对应的被测物体部位，LED灯二单独点亮时，LED灯二发出的光线照射于LED灯二位置对应的被测物体部位，依次类推；由于相邻LED灯之间照射的范围可能存在重合部位，当表面缺陷位于重合部位时，不同的LED灯发射的光线对于表面缺陷来说具有不同的光线入射角，表面缺陷对不同入射角的光线反射后被摄像模块采集形成不同的图像；与所有LED灯同时常亮相比，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮可以对被测物体不同部位的表面缺陷发出特定入射角的光线，表面缺陷对特定入射角的光线进行反射后被采集的图像缺陷显示会更加明显，而所有LED灯常亮的情况则会使缺陷反射光淹没在正常反射光中，图像中显示没有这么明显。所述LED灯组发光同步，并且每一LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四发光同步且亮度相同。
LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四完成一轮照射后，被测物体向前移动一个图像采集区的距离，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四再次依次点亮，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮时分别触发摄像模块对图像采集区内的被测物体进行图像采集，如此循环，直至被测物体全部测完。
所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四均可采用两LED灯五代替，如此每一LED灯组具有八颗LED灯，并在一起的LED灯越多，则照射范围会越大，提升结构光的结构分辨率，拍摄的粒度会变大，亮度会增加，会在一些特定的场合有需求，可拓展性强，利于提高适用性。
本发明的表面缺陷检测的缺陷分层方法，包括如下步骤：
步骤S1，线性结构光模块的LED灯组正对图像采集区内的被测物体，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四对被测物体投放线性结构光；
步骤S2，线阵相机正对被测物体，在线性结构光照射下对图像采集区内的被测物体拍摄四行图像，得到四帧不同光照位置下的图像；
步骤S3，被测物体向前移动一个图像采集区的距离，重复步骤S2，直至被测物体全部测完；
步骤S4，将步骤S3中得到的图像通过处理单元合成为一张最终图像；
步骤S5，处理单元将最终图像显示于显示模块。
所述步骤S1中，线性结构光模块的LED灯组同步发光，并且LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次发光。每一LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四同步发光，并且具有相同的闪光频率和亮度。LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮时光线正面照射被测物体的不同位置。LED灯一点亮时，LED灯二、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯二点亮时，LED灯一、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯三点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯四不亮；LED灯四点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯三不亮。
所述步骤S2中，当LED灯组中的LED灯一发光时，线阵相机拍下第一行图像；当LED灯组中的LED灯二发光时，线阵相机拍下第二行图像；当LED灯组中的LED灯三发光时，线阵相机拍下第三行图像；当LED灯组中的LED灯四发光时，线阵相机拍下第四行图像。LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮的时间间隔与摄像模块采集图像的时间间隔相同，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮时分别同步触发摄像模块对图像采集区内的被测物体进行图像采集。
所述步骤S3中，通过被测物体移动，得到多个第一行图像、多个第二行图像、多个第三行图像和多个第四行图像，所述多个第一行图像、多个第二行图像、多个第三行图像和多个第四行图像分别对应被测物体的不同部位。
所述步骤S4中，处理单元将多个第一行图像连起来输出最终第一行图像，将多个第二行图像连接起来输出最终第二行图像，将多个第三行图像连接起来输出最终第三行图像，将多个第四行图像连接起来输出最终第四行图像，并将最终第一行图像、最终第二行图像、最终第三行图像、最终第四行图像合成为最终图像。
如图4所示为被测物体在512次且每次位移量为0.02mm的移动后，处理单元将512个第一行图像、512个第二行图像、512个第三行图像、512个第四行图像分别连接后输出的最终第一行图像、最终第二行图像、最终第三行图像、最终第四行图像。由于LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮时光线正面照射被测物体的不同位置，因此在线阵相机分别采集图像时具有聚光效应，对处于图像采集区内的被测物体，最终第一行图像、最终第二行图像、最终第三行图像、最终第四行图像明暗均匀间隔，更具有层次感，并且呈现周期性，照亮不同部位时在该照亮部位得到的图像细节更为明显。图5所示为在线性结构光下合成的最终图像，与图6中普通光照下的图像相比，图5中的线性结构光下合成的最终图像纹理更为清晰，细节更为明显，利于被测物体表面缺陷的发现，提高缺陷检测精度，尤其适合连续检测运动物体在平行运动方向下的表面缺陷。
与现有技术相比，本发明的表面缺陷检测的缺陷分层装置及方法利用线性结构光和相机联动控制方式，可以实现大幅提高线扫系统的视觉感知能力，可以检测到一些很细微的仅能在特定方向上看到的表面瑕疵，提高了表面缺陷检测的感知水平，从而提高了表面检测系统的检出率，从而使得表面缺陷检测的能力提升至新的高度；同时，提升结构光的结构分辨率，仅仅更新新的线性结构光模块，就能在不大幅度改变现有表面缺陷检测系统的情况下，将系统的检测能力做到较大提升，可拓展性强，利于提高适用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思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专利保护范围内。

Claims (10)

1.表面缺陷检测的缺陷分层装置，用于连续检测运动物体运动方向上的表面缺陷，其特征在于，包括线性结构光成像系统，所述线性结构光成像系统包括线性结构光模块、摄像模块、图像采集区、处理单元和显示模块，所述线性结构光模块、摄像模块、显示模块分别连接于处理单元所述线性结构光模块和摄像模块正对图像采集区；所述线性结构光模块用于对被测物体发出线性结构光，线性结构光照射方向正对被测物体的运动方向线性结构光的照射范围覆盖图像采集区；所述摄像模块用于对图像采集区中的被测物体进行图像采集，摄像模块的拍摄方向与线性结构光的照射方向一致；所述处理单元用于接收摄像模块传来的图像信息并进行数据处理，将被测物体的最终成像输出显示于显示模块；
所述线性结构光模块为线阵光源，包括多个LED灯组，多个LED灯组呈线性排列，每一LED灯组包括LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四呈线性排列；
所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别点亮时光线正面照射被测物体的不同位置；
所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮时分别同步触发摄像模块对图像采集区内的被测物体进行图像采集。
2.如权利要求1所述的表面缺陷检测的缺陷分层装置，其特征在于，所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四分别单独控制，可单独支持按照一定频率频闪。
3.如权利要求1所述的表面缺陷检测的缺陷分层装置，其特征在于，所述LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次点亮的时间间隔与摄像模块采集图像的时间间隔相同。
4.如权利要求1所述的表面缺陷检测的缺陷分层装置，其特征在于，所述LED灯组发光同步，并且每一LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四发光同步且亮度相同。
5.表面缺陷检测的缺陷分层方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，线性结构光模块的LED灯组正对图像采集区内的被测物体，LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四对被测物体投放线性结构光；
步骤S2，线阵相机正对被测物体，在线性结构光照射下对图像采集区内的被测物体拍摄四行图像，得到四帧不同光照位置下的图像；
步骤S3，被测物体向前移动一个图像采集区的距离，重复步骤S2，直至被测物体全部测完；
步骤S4，将步骤S3中得到的图像通过处理单元合成为一张最终图像；
步骤S5，处理单元将最终图像显示于显示模块。
6.如权利要求5所述的表面缺陷检测的缺陷分层方法，其特征在于，所述步骤S1中，线性结构光模块的LED灯组同步发光，并且LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四依次发光；每一LED灯组内的LED灯一、LED灯二、LED灯三、LED灯四同步发光，并且具有相同的闪光频率和亮度。
7.如权利要求5所述的表面缺陷检测的缺陷分层方法，其特征在于，所述步骤S1中，LED灯一点亮时，LED灯二、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯二点亮时，LED灯一、LED灯三、LED灯四不亮；LED灯三点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯四不亮；LED灯四点亮时，LED灯一、LED灯二、LED灯三不亮。
8.如权利要求7所述的表面缺陷检测的缺陷分层方法，其特征在于，所述步骤S2中，当LED灯组中的LED灯一发光时，线阵相机拍下第一行图像；当LED灯组中的LED灯二发光时，线阵相机拍下第二行图像；当LED灯组中的LED灯三发光时，线阵相机拍下第三行图像；当LED灯组中的LED灯四发光时，线阵相机拍下第四行图像。
9.如权利要求8所述的表面缺陷检测的缺陷分层方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过被测物体移动，得到多个第一行图像、多个第二行图像、多个第三行图像和多个第四行图像，所述多个第一行图像、多个第二行图像、多个第三行图像和多个第四行图像分别对应被测物体的不同部位。
10.如权利要求9所述的表面缺陷检测的缺陷分层方法，其特征在于，所述步骤S4中，处理单元将多个第一行图像连起来输出最终第一行图像，将多个第二行图像连接起来输出最终第二行图像，将多个第三行图像连接起来输出最终第三行图像，将多个第四行图像连接起来输出最终第四行图像，并将最终第一行图像、最终第二行图像、最终第三行图像、最终第四行图像合成为最终图像。
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