CN111699377B - 检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种检测装置及检测方法，所述检测装置包括：图像采集单元，用于采集被检测物体的图像；旋转单元，用于放置被检测物体并带动被检测物体旋转，使图像采集单元对被检测物体上同一凹坑采集至少两张图像，得到完整的同一凹坑的凹坑图像；处理单元，用于从图像采集单元获得被检测物体的凹坑图像，从旋转单元获取对应于凹坑图像的旋转角度，根据凹坑图像及旋转角度得到凹坑参数，以低算法难度实现高精度且高效率的凹坑检测。

Description

检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种检测装置及检测方法。
背景技术
工生产中，产品表面的缺陷是通过2D机器视觉或者3D机器视觉进行检测的。其中，基于2D的机器视觉只能够实现某一平面内的定位、测量、表面缺陷检测等功能，无法对凹坑等三维缺陷进行检测，即若测量其尺寸(凹坑的宽、高、面积及周长等信息)便无法测得其深度(垂直于物体表面的方向)信息，而要检测出其深度信息通常会无法检测出其尺寸信息。基于单目的3D机器视觉需要结合结构光，且需要多次拍照以建立被测物体的3D模型再进行检测，其需要移动相机位置多次拍照，硬件成本较高、算法难度高、执行效率较低、检测精度也较低。
发明内容
本申请主要解决的技术问题提供一种检测装置及检测方法，以低算法难度实现高精度且高效率的凹坑检测。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：
提供一种检测装置，包括：
图像采集单元，用于采集被检测物体的图像；
旋转单元，用于放置所述被检测物体并带动所述被检测物体旋转，以使所述图像采集单元对所述被检测物体上的同一凹坑采集至少两张图像，以得到完整的所述同一凹坑的图像；及
处理单元，与所述旋转单元及所述图像采集单元连接，用于从所述图像采集单元获得所述被检测物体的凹坑图像及从所述旋转单元获取对应于所述凹坑图像的旋转角度，根据所述凹坑图像及所述旋转角度得到所述凹坑的参数。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：
提供一种检测装置的检测方法，包括：
控制被检测物体旋转；
采集所述被检测物体上同一凹坑的至少两张图像，以得到完整的所述同一凹坑的凹坑图像；
根据采集到的所述被检测物体的凹坑图像及对应于所述凹坑图像的旋转角度，根据所述凹坑图像及所述旋转角度得到所述凹坑的参数。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请通过设置旋转单元，放置被检测物体并带动被检测物体旋转，以使图像采集单元对所述被检测物体上的同一凹坑采集至少两张图像，并得到完整的所述同一凹坑的图像；处理单元，与所述旋转单元及所述图像采集单元连接，从所述图像采集单元获得所述被检测物体的凹坑图像及从所述旋转单元获取对应于所述凹坑图像的旋转角度，根据所述凹坑图像及所述旋转角度得到所述凹坑的参数，从而以低算法难度实现高精度且高效率的凹坑检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请检测装置的方框结构示意图；
图2是本申请检测装置的具体结构示意图；
图3是本申请圆柱物体的立体结构示意图；
图4是本申请检测装置的应用示意图；
图5是本申请所采集到的凹坑图像结构示意图；
图6是本申请检测方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下各实施例中不冲突的可以相互结合。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
请参阅图1，是本申请检测装置的框图结构示意图。所述检测装置100包括：
图像采集单元10，用于采集被检测物体的图像；
旋转单元20，用于放置所述被检测物体并带动所述被检测物体旋转，以使所述图像采集单元10对所述被检测物体上的同一凹坑采集至少两张图像，以得到完整的所述同一凹坑的凹坑图像；及
处理单元30，与所述旋转单元20及所述图像采集单元10连接，用于从所述图像采集单元10获得所述被检测物体的凹坑图像及从所述旋转单元20获取对应于所述凹坑图像的旋转角度，根据所述凹坑图像及所述旋转角度得到所述凹坑的参数。
结合图2，所述旋转单元20包括旋转平台21及控制所述旋转平台21旋转的控制单元22，所述旋转平台21用于放置所述被检测物体，所述控制单元22用于获取所述图像采集单元10采集所述被检测物体的凹坑图像时所述旋转平台21的旋转角度并输出给所述处理单元30。
所述处理单元30包括旋转角度检测子单元31，用于从所述控制单元22接收所述旋转角度并从所述旋转角度中找到最大值与最小值，将所述旋转角度的最大值与最小值之差作为所述凹坑的对应中心角参数。
所述处理单元30还包括标定转换子单元32，用于从所述图像采集单元10接收所述被检测物体的凹坑图像并将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据，根据所述坐标数据得出实际距离。
其中，所述处理单元30还包括凹坑高度检测子单元33，用于检测所述凹坑凹面平行于所述被检测物体的中心轴方向上的两边缘点之间的距离，作为所述凹坑的高度。
其中，所述处理单元30还包括凹坑深度检测子单元34，用于检测所述凹坑凹面上的点到所述凹坑凹面平行于所述被检测物体的中心轴方向上的两边缘点所在直线的距离，作为所述凹坑的深度。
其中，所述被检测物体为中心对称且表面有凹坑的物体，所述图像采集单元10为工业相机，所述旋转单元20中的控制单元22为电机。
如图3所示，所述被检测物体200为一圆柱物体，所述圆柱物体表面具有凹坑210。
请参阅图4，是本申请检测装置的应用示意图。结合图2，所述圆柱物体放置于所述旋转单元20的旋转平台21上，所述控旋转单元20的控制单元22控制所述旋转平台21旋转，以带动所述圆柱物体旋转。所述控制单元22为电机，可设置于所述旋转平台21内部。所述图像采集单元10为工业相机，正对所述圆柱物体设置，通过所述工业相机连续拍摄由所述电机带动旋转的所述圆柱物体的凹坑图像。所述工业相机与所述旋转单元20和所述处理单元30连接。所述检测装置100还包括光源单元40，与所述工业相机及所述圆柱物体位于同一直线上，且位于远离所述工业相机的一端，所述光源单元40的发光面对准所述工业相机，以实现所述工业相机对所述圆柱物体柱面边缘轮廓的清晰拍摄。
所述旋转单元20带动所述圆柱物体旋转，所述工业相机对旋转的圆柱物体进行凹坑图像采集。当所述工业相机第一次拍到所述圆柱物体的凹坑图像时，所述处理单元30中的旋转角度检测子单元31检测到此时所述旋转单元20的旋转角度为θ1；当所述工业相机最后一次拍到所述圆柱物体的凹坑图像时，所述处理单元30中的旋转角度检测子单元31检测到此时所述旋转单元20的旋转角度为θ2。从所述旋转角度中找到最大值即θ2与最小值即θ1，所述旋转角度最大值θ2与最小值θ1之差即为所述凹坑210相对于所述圆柱物体中心轴O的对应中心角参数。
其中，所述处理单元30中的标定转换子单元32从所述图像采集单元10即上述工业相机接收所述圆柱物体的凹坑图像并将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据，根据所述实际坐标数据得出实际距离。结合图5所示，为拍摄的一张所述圆柱物体的凹坑图像，在通过所述标定转换子单元32将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据来计算实际距离的基础上，通过所述处理单元30中的凹坑高度检测子单元33检测所述凹坑210凹面211平行于所述圆柱物体的中心轴O方向的上的两边缘点A和B之间的距离，作为所述凹坑210的高度h。其中，在拍摄的同一凹坑210的多张所述凹坑图像中，所述凹坑210凹面211上两边缘点A和B之间的距离h中的最大距离hmax，即为所述凹坑210的最大高度hmax。
进一步的，所述处理单元30中的凹坑深度检测子单元34检测所述凹坑210凹面211上的点到所述凹坑210平行于所述圆柱物体的中心轴O方向的凹面211上的两边缘点A和B所在直线L的距离，作为所述凹坑210的深度d。其中，在拍摄的同一凹坑210的多张所述凹坑图像中，所述凹坑210凹面211上的点到所述直线L的距离d中的最大距离dmax，即为所述凹坑210的最大深度dmax。
进一步的，所述检测装置100中的处理单元30根据所述凹坑210面积公式得出所述凹坑210的面积。
其中，所述凹坑210的面积满足公式：
Figure BDA0002613049580000051
S为所述凹坑的面积，θ为所述旋转单元20的旋转角度，θ1为所采集的图像中第一次出现所述凹坑210时所述旋转单元20的旋转角度即所述旋转角度的最小值，θ2为所采集的图像中最后一次出现同一凹坑210时所述旋转单元20的旋转角度即所述旋转角度的最大值，h(θ)为不同旋转角度下对应的所述凹坑210的高度，r为所述圆柱体的半径，d为不同旋转角度下对应的所述凹坑210的深度。
请参阅图6，是本申请检测方法的流程示意图。结合图1～图5，所述检测方法包括：
步骤S1：控制被检测物体200旋转。
将所述被检测物体200放置在旋转平台21，控制所述旋转平台21旋转以带动所述被检测物体200旋转。
其中，所述被检测物体200为中心对称且表面有凹坑210的物体。本实施例中，所述被检测物体200为圆柱物体，所述旋转平台21由电机驱动旋转。
步骤S2：采集被检测物体200上同一凹坑210的至少两张图像，以得到完整的所述同一凹坑210的凹坑图像。
所述步骤S1控制被检测物体200旋转还包括：
获取采集到所述被检测物体200的凹坑图像时所述旋转平台21的旋转角度。
本实施例中，通过图像采集单元10采集所述圆柱物体的凹坑图像，所述图像采集装置10为工业相机。
所述工业相机连续采集由所述电机带动旋转的所述圆柱物体的至少两张图像，以获取到完整的所述圆柱物体上的同一凹坑210的所述凹坑图像数据。
在所述步骤S2之前还包括：
步骤S21：设置光源单元40，所述光源单元40与所述被检测物体200位于同一直线上，且位于远离进行图像采集的装置的一端，所述光源单元40的发光面对准所述进行图像采集的装置。
所述进行图像采集的装置即为所述图像采集单元10，本实施例中，所述图像采集单元10为工业相机。将所述光源单元40与所述图像采集单元10及待检测物体200设置于同一直线上，并且所述发光单元40位于远离所述图像采集单元10的一端，将所述发光单元40的发光面对准所述图像采集单元10即工业相相机，调整所述发光单元40的高度位置，使所述工业相机能够清晰的拍到所述待测物体200即圆柱物体的轮廓。
步骤S3：根据采集到的所述被检测物体200的凹坑图像及对应于所述凹坑图像的旋转角度得到所述凹坑210的参数。
具体的，获取所述旋转角度中的最大值与最小值，将所述旋转角度的最大值与最小值之差作为所述凹坑的对应中心角参数。
当所述工业相机第一次拍到所述圆柱物体的凹坑图像时，所述处理单元30中的所述旋转角度检测子单元31检测到此时所述旋转单元20旋转的角度为θ1；当所述工业相机最后一次拍到所述圆柱物体的凹坑图像时，所述处理单元30中的所述旋转角度检测子单元31检测到此时所述旋转单元20旋转的角度为θ2，从所述旋转角度中找到最大值即θ2与最小值即θ1，所述旋转角度的最大值θ2与最小值θ1之差即为所述凹坑210相对于所述圆柱物体中心轴O的对应中心角参数。
具体的，将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据，根据所述实际坐标数据得出实际距离。
通过所述处理单元30中的标定转换子单元32将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据，根据所述实际坐标数据得出实际距离。
进一步的，检测所述凹坑210凹面211平行于所述被检测物体200的中心轴O方向上的两边缘点之间的距离，作为所述凹坑210的高度。
在拍摄的所述圆柱物体的凹坑图像中，并且在通过所述标定转换子单元32将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据来计算实际距离的基础上，通过所述处理单元30中的凹坑高度检测子单元33检测所述凹坑210凹面211平行于所述圆柱物体的中心轴O方向上的两边缘点A和B之间的距离，作为所述凹坑210的高度h。其中，在拍摄的同一凹坑210的多张所述凹坑图像中，所述凹坑210凹面211上两边缘点A和B之间的距离h中的最大距离hmax，即为所述凹坑210的最大高度hmax。
进一步的，检测所述凹坑210凹面211上的点到所述凹坑210凹面211平行于所述被检测物体200的中心轴O方向上的两边缘点所在直线的距离，作为所述凹坑210的深度。
所述处理单元30根据所述A和B两点的像素数据对应的实际坐标数据，得出所述A，B两点所在直线L的函数关系式。所述处理单元30中的凹坑深度检测子单元34检测所述凹坑210凹面211上的点到所述凹坑210凹面211平行于所述圆柱物体的中心轴O方向上的两边缘点A和B所在直线L的距离，作为所述凹坑210的深度d。其中，在拍摄的同一凹坑210的多张所述凹坑图像中，所述凹坑210凹面211上的点到所述直线L的距离d中的最大距离dmax，即为所述凹坑210的最大深度dmax。
在其他实施例中，所述待检测物体200为球体时，则所述处理单元30根据所述A和B两点的像素数据对应的实际坐标数据结合所述球体半径，得出所述A，B两点所在曲线S的函数关系式。对应所述凹坑210的深度即为所述凹坑210凹面211上的点到所述凹坑210凹面211平行于所述球体中心轴方向上的两边缘点A和B所在曲线S的距离。
进一步的，所述检测装置100中的处理单元30根据所述凹坑210面积公式得出所述凹坑210的面积。
其中，所述凹坑210的面积满足公式：
Figure BDA0002613049580000081
S为所述凹坑的面积，θ为所述旋转单元20的旋转角度，θ1为所采集的图像中第一次出现所述凹坑210时所述旋转单元20的旋转角度即所述旋转角度的最小值，θ2为所采集的图像中最后一次出现同一凹坑210时所述旋转单元20的旋转角度即所述旋转角度的最大值，h(θ)为不同旋转角度下对应的所述凹坑210的高度，r为所述圆柱体的半径，d为不同旋转角度下对应的所述凹坑210的深度。
本申请通过电机带动所述待检测物体旋转，使用工业相机连续拍摄至少两张所述待检测物体的凹坑图像，以得到同一凹坑的完整图像数据，并记录第一次拍摄到所述凹坑时的旋转角度，以及最后一次拍摄到同一凹坑时的旋转角度，将拍摄到的图像的像素数据转化为实际坐标数据，以通过所述实际坐标数据得出实际距离。根据所述旋转角度结合所述凹坑图像中所述凹坑的实际坐标数据得出相应旋转角度下的所述凹坑的高度，深度，并根据所述凹坑面积公式得出所述凹坑面积，从而以低算法难度实现高精度且高效率的凹坑检测。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种检测装置，包括：
图像采集单元，用于采集被检测物体的图像；
旋转单元，用于放置所述被检测物体并带动所述被检测物体旋转，以使所述图像采集单元对所述被检测物体上的同一凹坑采集至少两张图像，以得到完整的所述同一凹坑的凹坑图像；及
处理单元，与所述旋转单元及所述图像采集单元连接，用于从所述图像采集单元获得所述被检测物体的凹坑图像及从所述旋转单元获取对应于所述凹坑图像的旋转角度，根据所述凹坑图像及所述旋转角度得到所述凹坑的参数；
其中，所述处理单元还包括标定转换子单元以及凹坑高度检测子单元，所述标定转换子单元用于从所述图像采集单元接收所述被检测物体的凹坑图像并将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据，所述凹坑高度检测子单元用于检测所述凹坑凹面上平行于所述被检测物体的中心轴方向上的两边缘点之间的距离，作为所述凹坑的高度；
同时，所述待检测物体为圆柱体时，所述凹坑的面积满足公式：
Figure FDA0003282545000000011
S为所述凹坑的面积，θ为所述旋转单元的旋转角度，θ1为所采集的图像中第一次出现所述凹坑时所述旋转单元的旋转角度，θ2为所采集的图像中最后一次出现同一凹坑时所述旋转单元的旋转角度，h(θ)为不同旋转角度下对应的所述凹坑的高度，r为所述圆柱体的半径，d为不同旋转角度下对应的所述凹坑的深度。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述旋转单元包括旋转平台及控制所述旋转平台旋转的控制单元，所述旋转平台用于放置所述被检测物体，所述控制单元用于获取所述图像采集单元采集所述被检测物体的凹坑图像时所述旋转平台的旋转角度并输出给所述处理单元。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其中，所述处理单元包括旋转角度检测子单元，用于从所述控制单元接收所述旋转角度并从所述旋转角度中找到最大值与最小值，将所述旋转角度的最大值与最小值之差作为所述凹坑的对应中心角参数。
4.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述处理单元还包括凹坑深度检测子单元，用于检测所述凹坑凹面上的点到所述凹坑凹面平行于所述被检测物体的中心轴方向上的两边缘点所在直线的距离，作为所述凹坑的深度。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述检测装置还包括光源单元，与所述图像采集单元及所述被检测物体位于同一直线上，且位于远离所述图像采集单元的一端，所述光源单元的发光面对准所述图像采集单元。
6.根据权利要求1所述的检测装置，其中，所述图像采集单元为工业相机，所述旋转单元中的控制单元为电机。
7.一种检测装置的检测方法，包括：
控制被检测物体旋转；
采集所述被检测物体上同一凹坑的至少两张图像，以得到完整的所述同一凹坑的凹坑图像；
根据采集到的所述被检测物体的凹坑图像及对应于所述凹坑图像的旋转角度得到所述凹坑的参数；
其中，所述根据采集到的所述被检测物体的凹坑图像及对应于所述凹坑图像的旋转角度得到所述凹坑的参数的步骤，包括：
将所述凹坑图像的像素数据转换为实际坐标数据；
检测所述凹坑凹面上平行于所述被检测物体的中心轴方向上的两边缘点之间的距离，作为所述凹坑的高度；
同时，所述待检测物体为圆柱体时，所述凹坑的面积满足公式：
Figure FDA0003282545000000021
S为所述凹坑的面积，θ为所述旋转角度，θ1为所采集的图像中第一次出现所述凹坑时的旋转角度即所述旋转角度的最小值，θ2为所采集的图像中最后一次出现同一凹坑时的旋转角度即所述旋转角度的最大值，h(θ)为不同旋转角度下对应的所述凹坑的高度，r为所述圆柱体的半径，d为不同旋转角度下对应的所述凹坑的深度。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其中，所述控制被检测物体旋转包括：
将所述被检测物体放置在旋转平台，控制所述旋转平台旋转以带动所述被检测物体旋转；及获取采集到所述被检测物体的凹坑图像时所述旋转平台的旋转角度。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其中，所述根据采集到的所述被检测物体的凹坑图像及对应所述凹坑图像的旋转角度得到所述凹坑的参数包括：
获取所述旋转角度中的最大值与最小值，将所述旋转角度的最大值与最小值之差作为所述凹坑的对应中心角参数。
10.根据权利要求7所述的检测方法，其中，所述根据采集到的所述被检测物体的凹坑图像及对应于所述凹坑图像的旋转角度得到所述凹坑的参数还包括：
检测所述凹坑凹面上的点到所述凹坑凹面平行于所述被检测物体的中心轴方向上的两边缘点所在直线的距离，作为所述凹坑的深度。
11.根据权利要求7所述的检测方法，其中，所述采集被检测物体上同一凹坑的至少两张图像，以得到完整的所述同一凹坑的图像之前还包括：
设置光源单元，所述光源单元与所述被检测物体位于同一直线上，且位于远离进行图像采集的装置的一端，所述光源单元的发光面对准所述进行图像采集的装置。
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