CN111879789A - 金属表面缺陷检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种金属表面缺陷检测方法及系统，采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光，采集待测金属表面的图像；对待测金属表面的图像进行处理，获得待测金属表面的缺陷信息。由于将至少两个光源分别以不同的角度照射在待测金属表面，对待测金属表面进行打光，保障采集到的待测金属表面的图像更接近真实的待测金属表面情况，使得对待测金属表面缺陷检测的检测精度提高，可以有效避免不良产品进入市场。
Description
技术领域
本发明涉及缺陷检测技术领域，具体涉及一种金属表面缺陷检测方法及系统。
背景技术
在视觉检测缺陷领域，具有多种不同的缺陷类型，造成各种不同缺陷的原因也各种各样。例如，工件加工的过程中，金属与夹具之间会产生碰撞或挤压，由于碰撞或挤压会使金属表面产生轻微变形，且其表面会有一部分凸起来或一部分凹陷下去，但是，大多情况下，凸起部分会在后续加工的过程中会被去掉，这就导致待测金属看起来没有凸起部分似乎是平整无缺陷的，但是，该金属表面可能具有细微的缺陷，由于这些缺陷像月球表面的凹坑，也称为Moon Dent。这种类型的缺陷一般是微米级的，普通的检测设备难以检测出来，若是不能准确的将该缺陷检测出来，会使得不良工件流入市场。
因此，需要提供一种金属表面缺陷检测方法，使得该类缺陷检测精准度提高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何提高金属表面缺陷检测精度。
为解决上述问题，本申请提供一种金属表面缺陷检测的方法，包括：采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光；
采集所述待测金属表面的图像；
对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息。
可选的，所述单色光为红、绿、蓝三基色所组成的任一单一颜色的光。
可选的，所述采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光包括：根据待测金属的形状和大小调整所述光源之间的角度，使得所述光源照射在所述待测金属表面的反射光落入图像采集装置的视角中。
可选的，所述对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息，包括：
定义固定窗口；
采用所述固定窗口在所述待测金属表面的图像上进行任意方向的滑动；
对比所述固定窗口中像素灰度在滑动前与滑动后的变化程度；
根据所述灰度的变化程度确定所述待测金属表面的缺陷信息。
可选的，所述定义固定窗口之前，还包括步骤：确定所述待测金属表面的图像的感兴趣区域，对所述感兴趣区域进行图像预处理，所述图像预处理包括锐化和滤波。
本申请实施例还提供一种金属表面缺陷检测系统，包括：
至少两个光源；两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光；
图像采集设备，用于采集所述待测金属表面的图像；
图像处理设备，用于对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息。
可选的，所述单色光为红、绿、蓝三基色所组成的任一单一颜色的光。
可选的，所述两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光包括：根据待测金属的形状和大小调整所述光源之间的角度，使得所述光源照射在所述待测金属表面的反射光落入图像采集装置的视角中。
可选的，所述图像处理设备用于对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息包括：
定义固定窗口；
采用所述固定窗口在所述待测金属表面的图像上进行任意方向的滑动；对比所述固定窗口中像素灰度在滑动前与滑动后的变化程度；
根据所述灰度的变化程度确定所述待测金属表面的缺陷信息。
可选的，所述图像处理设备用于定义固定窗口之前，还包括：确定所述待测金属表面的图像的感兴趣区域，对所述感兴趣区域进行图像预处理，所述图像预处理包括锐化和滤波。
依据上述实施例的金属表面缺陷检测方法及检测系统，由于采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光，使得所采集的待测金属表面的图像具有更加接近待测金属表面真实情况的信息，通过对此待测金属表面的图像进行处理，使得检测精度提高。
附图说明
图1A为提供的现有技术中的金属表面缺陷检测原理示意图；
图1B为提供的现有技术的金属表面检测结果示意图；
图2为一实施例提供的待测金属表面缺陷检测方法流程图；
图3A为一实施例提供的单色光源的示意图；
图3B为一实施例提供的金属表面缺陷检测原理示意图；
图4为一实施例提供的金属表面缺陷处理检测算法原理示意图；
图5为一实施例提供的金属表面缺陷图检测结果示意图；
图6为一实施例提供的待测金属表面缺陷检测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
现有技术中一般通过采集该金属表面的图片并将该图片进行分析和处理，以通过图片来检测金属表面的缺陷及其位置，但是，现有技术中，往往忽略所采集的金属表面的图片采集的图片信息的质量，也就是所采集的图片上如果本身就没能包含全部缺陷，那么后续无论将该图片怎样处理，可能都不能准确的检测到该待测金属表面的缺陷和缺陷的位置。
现有技术中，在对待测金属进行检测时，使用的打光光源是一种混合白光，通过打光之后使用成像装置获取待测金属表面的图像，以将该图像进行分析，得到对该待测金属的检测结果。
参考图1A，图1A为现有技术中的金属表面缺陷检测原理示意图，现有技术中采用单个光源10进行打光(图1A中的光源10为混合白光)，参考图1B，图1B为现有技术检测结果示意图，从图1B中，可以看出，当金属表面具有缺陷时，拍摄后经处理，发现缺陷的成像结果并不清晰，难以辨别缺陷位置以及缺陷的边界，甚至，某些情况下，更加细微的缺陷难以检测到，导致漏检的情况，使得不良产品进入市场流通。
经发明人创造性劳动发现，使用不同的光谱对待测金属进行打光会影响到最终的检测结果，因此，本发明提供一种新的金属表面缺陷检测方法，使用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光，使得所采集的待测金属表面的图像具有更加接近待测金属表面真实情况的信息，通过对此待测金属表面的图像进行处理，使得最终检测结果的准确度更高。从而提高了对待测金属表面缺陷检测的精度，避免不良产品进入市场流通。
为使更清楚地说明本申请实施例，下面将结合附图对本申请实施例进行清楚、完整地描述。
请参考图2，图2为一实施例提供的金属表面缺陷检测方法的流程图。
具体步骤可以包括：
S101，采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光。
本实施例中，将两个光源以不同的角度照射在待测金属表面对该待测金属进行打光，利用至少两个光源照射在待测金属表面时，使该待测金属表面的缺陷细节能够反射至图像采集设备上，因此使得图像采集设备采集到的该待测金属表面的图像更接近真实的待测金属表面。
由于不同波长的光对金属表面进行打光时，都会被金属表面反射；使用不同颜色的单色光以不同的角度照射到金属表面时，由于金属表面不平整，其反射的角度有所不同，通过不同角度的光源打光后，相较于只有一个光源打光时，至少会有关于缺陷的信息反射到图像采集设备上，使得所采集到的金属的图片里面不会漏掉缺陷信息，经过分析，得到的检测结果更可靠。
需要说明的是，该待测金属表面的材料可以是金属铝，也可以是其他合金材料。
本实施例中所提到的检测待测金属表面的缺陷信息，在这里是包括判断该待测金属表面是否有缺陷，以及该缺陷信息的位置。
图3A为本实施例提供的一种单色光源的示意图；本实施例中单色光源的颜色包括红、绿、蓝三基色所组成的任一单一颜色的光，参考图3A，单色光源可以包括：红、绿、蓝、黄、紫、青等单色光。
需要说明的是，肉眼可以区别的不同颜色的单色光实质上是光线的波长范围不同，其中红光的波长范围与蓝光的波长范围差距较大，因此，本实施例中选择红光和蓝光这两种单色光源对待测金属进行打光。
在其他实施例中，还可以选择红外光和紫外光这两种光源进行打光。
在其他实施例中，也可以选择混合白光与某一单色光源进行打光，至于选择何种颜色的单色光与混合白光进行搭配，可以根据待测金属的具体情况和检测环境进行调节。
本实施例中，采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光时，需根据待测金属的形状和大小调整该光源之间的角度，使得该光源照射在该待测金属表面的反射光落入图像采集装置的视角中。
图3B为本实施例提供的金属表面缺陷检测原理示意图。
参考图3B，该光源的数量为两个，两个光源的夹角为锐角，当两个光源照射待测金属表面时，至少能够保障一个光源的反射光线进入图像采集设备200中。
在一些实施例中，还可以采用多个光源，例如三个光源或者四个光源，能够保障待测金属表面的每一个细节都能够反射如图像采集设备中。
需要说明的是，每增加一个光源时，检测成本就会增加，因此，采用两个光源对待测金属表面进行检测时，能够保证检测效果的同时，最大限度的节约检测成本，使用两个光源进行打光时，可以根据待测金属的形状和大小对该两个光源的入射角进行调整，保障每一个光源的反射光线都能够被图像采集设备200捕捉，从而提高所采集的图片的质量。
在一些实施例中，在步骤S101之前，还可以包括步骤：判断该待检测金属是否为异面结构，也就是初步判断一下该待测金属整体是否平坦或者是否有明显的、不规则的、肉眼可看见的凸起或凹陷。可以通过肉眼粗略的判定，也可以借用相对平坦的平面进行对比来判定。通过初步判定待测金属是否是异面结构来确定所选择光源的个数，以便快速准确的采集到待测金属的表面图像。
当确定该待检测金属整体结构平坦时，可以选用两个不同光源以不同的角度对该待测金属表面进行打光，可使得图像采集设备更清楚完整的采集到该待测金属表面的缺陷细节的图像。
如果该待测金属整体结构有明显的、不规则的、肉眼可看见的凸起或凹陷，可以判断该待检测金属表面为非平面，也可以称之为异面。
当确定该待检测金属表面为异面时，可以选用三个不同的光源以不同的角度对该待测金属表面进行打光，以提高对该待测金属表面的打光效果，使得检测结果更精确。
在其他实施例中，当确定该待检测金属表面为异面时，可以采用两个光源以及混合白光以不同的角度对该待测金属表面进行打光。这里，采用混合白光对其进行打光的时候，可以起到对该非平面的待测金属表面的细节照亮的作用，有利于提高光源的打光效果，提高对非平面的待测金属表面的缺陷检测的准确度。
S102，采集待测金属表面的图像。
当对该待测金属表面进行适当的打光之后，采用具有图像采集设备采集待测金属表面的图像，以得到该待测金属表面的图像数据信息，这里的图像采集装置可以是具有摄像功能的装置，例如利用图像传感器来摄取该待测金属表面的图像。
S103，对该待测金属表面的图像进行处理，获得该待测金属表面的缺陷信息。
本实施例中，对该待测金属表面的图像进行处理的算法核心思想是，确定一个固定窗口，该固定窗口是操作者任意选择的自定义窗口，例如size＝15；通过将该固定窗口在该待测金属表面的图像上进行任意方向上的滑动，比较滑动前与滑动后的固定窗口中的像素灰度变化程度，根据该灰度的变化程度确定该待测金属表面的缺陷信息。
具体地，当固定窗口发生[u,v]移动时，那么滑动前与滑动后对应的窗口中的像素点灰度变化描述如下：
其中，其中w(x,y)是一种加权函数。那么根据角点响应公式：
R＝det(M)-k*(trac(M))2(k∈[0.04，0.06])
det(M)＝λ1λ2；trac(M)＝λ1+λ2
根据上述公式可以对该待测金属表面图像信息进行处理，例如，图4为一实施例提供的金属表面缺陷检测算法原理示意图。参考图4，矩阵M的两个特征值λ1和λ2可以将图像上的像素点分类成直线、平面与角点，当λ1和λ2都比较大，且近似相等时，可以认为是角点，根据该角点值所在矩阵的坐标位置置换到真实图片上，即可确定缺陷的位置。
在其他实施例中，对采集到的图像信息还可以使用其他任意成像方法进行处理，以得到清晰的待测金属表面的成像结果。
本实施例中，在定义固定窗口之前，还可以确定该待测金属表面的图像的感兴趣区域，对该感兴趣区域进行图像预处理，该图像预处理包括锐化和滤波。
具体的，当获取到该待测金属表面的图片之后，首先对该图片进行增强和图像噪音做处理，给该图像中不需要处理的部分加入掩模，以确定该待测金属表面的图像的感兴趣区域。确定感兴趣区域之后，在该感兴趣区域内定义一个固定窗口，对其固定窗口内的值首先进行卷积处理，以锐化固定窗口内的图像，再对该感兴趣区域内的图像进行高斯处理，以使得固定窗口的边缘的噪音减小。经过对感兴趣区域和固定窗口内的图像的处理，在进行后续的将固定窗口在所述待测金属表面的图像上进行任意方向的滑动，找出缺陷位置，能够进一步提高检测结果的精度。
图5为一实施例提供的金属表面缺陷图检测结果示意图。
参考图5，能够清晰的呈现出来凹坑300的图像，可知，当采用至少两个光源照射在该待检测金属表面后，使得该待测金属表面的图像的检测效果更佳，特别是该待测金属表面的非常微小的凹坑，即对该待测金属表面的Moon Dent检测的效果更好，提高了检测效率。
本申请还提供一种金属表面缺陷检测系统60，包括：至少两个光源601、图像采集设602以及图像处理设备603。
其中至少两个光源601分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光；
本实施例中，将两个光源以不同的角度照射在待测金属表面对该待测金属进行打光，利用至少两个光源照射在待测金属表面时，使该待测金属表面的缺陷细节能够反射至图像采集设备上，因此使得图像采集设备采集到的该待测金属表面的图像更接近真实的待测金属表面。
由于不同波长的光对金属表面进行打光时，都会被金属表面反射；使用不同颜色的单色光以不同的角度照射到金属表面时，由于金属表面不平整，其反射的角度有所不同，通过不同角度的光源打光后，相较于只有一个光源打光时，至少会有关于缺陷的信息反射到图像采集设备上，使得所采集到的金属的图片里面不会漏掉缺陷信息，经过分析，得到的检测结果更可靠。
本实施例中使用AOI光学检测平台，检测的精度可达到至纳米级，本实施例中所提到的检测待测金属表面的缺陷信息，在这里是包括判断该待测金属表面是否有缺陷，以及该缺陷信息的位置。
图像采集设602，用于采集该待测金属表面的图像；
当对该待测金属表面进行适当的打光之后，采用具有图像采集设备采集待测金属表面的图像，以得到该待测金属表面的图像数据信息，这里的图像采集装置可以是具有摄像功能的装置，例如利用图像传感器来摄取该待测金属表面的图像。
图像处理设备603，用于对该待测金属表面的图像进行处理，获得该待测金属表面的缺陷信息。
本实施例中，对该待测金属表面的图像进行处理的算法核心思想是，确定一个固定窗口，该固定窗口是操作者任意选择的自定义窗口，例如size＝15；通过将该固定窗口在该待测金属表面的图像上进行任意方向上的滑动，比较滑动前与滑动后的固定窗口中的像素灰度变化程度，根据该灰度的变化程度确定该待测金属表面的缺陷信息。
在一些实施例中，该单色光为红、绿、蓝三基色所组成的任一单一颜色的光。单色光源可以包括：红、绿、蓝、黄、紫、青等单色光。
在一些实施例中，至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光包括：根据待测金属的形状和大小调整该光源之间的角度，使得该光源照射在该待测金属表面的反射光落入图像采集装置的视角中。
在一些实施例中，图像处理设备用于对该待测金属表面的图像进行处理，获得该待测金属表面的缺陷信息包括：定义固定窗口；采用该固定窗口在该待测金属表面的图像上进行任意方向的滑动；对比该固定窗口中像素灰度在滑动前与滑动后的变化程度；根据该灰度的变化程度确定该待测金属表面的缺陷信息。
在一些实施例中，图像处理设备用于在定义固定窗口之前，还可以包括确定该待测金属表面的图像的感兴趣区域，对该感兴趣区域进行图像预处理，该图像预处理包括锐化和滤波。
具体的，当获取到该待测金属表面的图片之后，首先对该图片进行增强和图像噪音做处理，给该图像中不需要处理的部分加入掩模，以确定该待测金属表面的图像的感兴趣区域。确定感兴趣区域之后，在该感兴趣区域内定义一个固定窗口，对其固定窗口内的值首先进行卷积处理，以锐化固定窗口内的图像，再对该感兴趣区域内的图像进行高斯处理，以使得固定窗口的边缘的噪音减小。经过对感兴趣区域和固定窗口内的图像的处理，在进行后续的将固定窗口在所述待测金属表面的图像上进行任意方向的滑动，找出缺陷位置，能够进一步提高检测结果的精度。
将至少两个光源601分别以不同的角度照射在待测金属表面，对待测金属表面进行打光，使得采集到的待测金属表面的图像更清晰，通过对所采集到的更加清楚的待测金属表面的图像的处理，能够准确的获得待测金属表面的缺陷信息，从而提高对待测金属表面缺陷检测的准确度，避免不良产品进入市场流通。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种金属表面缺陷检测方法,其特征在于，包括：
采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光；
采集所述待测金属表面的图像；
对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单色光为红、绿、蓝三基色所组成的任一单一颜色的光。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用至少两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光包括：根据待测金属的形状和大小调整所述光源之间的角度，使得所述光源照射在所述待测金属表面的反射光落入图像采集装置的视角中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息，包括：
定义固定窗口；
采用所述固定窗口在所述待测金属表面的图像上进行任意方向的滑动；
对比所述固定窗口中像素灰度在滑动前与滑动后的变化程度；
根据所述灰度的变化程度确定所述待测金属表面的缺陷信息。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述定义固定窗口之前，还包括步骤：确定所述待测金属表面的图像的感兴趣区域，对所述感兴趣区域进行图像预处理，所述图像预处理包括锐化和滤波。
6.一种金属表面缺陷检测系统，其特征在于，包括：
至少两个光源；两个光源分别以不同的角度对待测金属表面进行打光，其中至少一个光源发出的光为单色光、红外光或紫外光；
图像采集设备，用于采集所述待测金属表面的图像；
图像处理设备，用于对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述单色光为红、绿、蓝三基色所组成的任一单一颜色的光。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述两个光源以不同的角度对待测金属表面进行打光包括：根据待测金属的形状和大小调整所述光源之间的角度，使得所述光源照射在所述待测金属表面的反射光落入图像采集装置的视角中。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述图像处理设备用于对所述待测金属表面的图像进行处理，获得所述待测金属表面的缺陷信息包括：
定义固定窗口；
采用所述固定窗口在所述待测金属表面的图像上进行任意方向的滑动；对比所述固定窗口中像素灰度在滑动前与滑动后的变化程度；
根据所述灰度的变化程度确定所述待测金属表面的缺陷信息。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述图像处理设备用于定义固定窗口之前，还包括：确定所述待测金属表面的图像的感兴趣区域，对所述感兴趣区域进行图像预处理，所述图像预处理包括锐化和滤波。
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