CN112014414A - 一种手机玻璃盖板缺陷检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种手机玻璃盖板缺陷检测系统及方法，第二传动轴与第三传动轴之间构成轮廓缺陷检测工位；第三传动轴与第四传动轴之间构成表面缺陷检测工位；第二传动轴、第三传动轴之间为狭缝扫描区；利用双工位分布式布置的轮廓缺陷检测工位与表面缺陷检测工位以及玻璃盖板输送台，配合背光光源与条纹结构光光源，凸显表面缺陷与轮廓缺陷两类，利用线阵相机和面阵相机获取高成像对比度的缺陷图像。对于表面缺陷，检测难点在于缺陷非常细小，采用主动光源控制增强表面缺陷的成像方法;对于轮廓缺陷，采用自适应边缘检测算法，通过生成趋势模型线，然后用边缘轮廓点与趋势线的距离量化缺陷等级，进行精准筛选，该算法解决了传统模板匹配算法的产品依赖性问题。

Description

一种手机玻璃盖板缺陷检测系统及方法
技术领域
本发明属于玻璃检测技术领域，具体涉及一种手机玻璃盖板缺陷检测系统及方法。
背景技术
手机盖板玻璃是智能手机的重要组成部分之一。全球每年对手机盖板玻璃的需求量达上百亿片，超过85％的手机盖板玻璃由我国生产。玻璃盖板表面的平整光滑度要求极高，在与手机贴合之前需对其进行外观缺陷检测以保证产品质量。由于市面上现有的手机盖板玻璃自动化检测设备稳定性不高，目前行业内手机盖板玻璃仍采用人工质量检测，效率低、漏检率高，急需引进先进的自动检测设备降低人力成本，提高生产效率。
在玻璃盖板生产过程中无可避免的会产生各种各样的特征不同的缺陷，常见的有划痕、凹坑、丝印不良、杂质、异色等外观缺陷。图像获取方面，玻璃属于光滑透明材质，易反光，目前存在缺陷图像获取种类少、缺陷图像获取不稳定、缺陷种类识别不稳定等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种手机玻璃盖板缺陷检测系统及方法，基于不同缺陷对光的反射、透射特性差异设计了两个检测工位，在图像获取时对缺陷进行凸显，可以有效地凸显出各种缺陷，减低后期检测算法难度。使用FPGA作为控制核心器，实时生成各种结构光投影图案，与相机同步，并与电机的SPTA算法联动，利用光机电一体化缩短检测时间。本装置具有高效低耗、性能优异、结构紧凑、操作便利、价格便宜、易于维护的特点。
为了实现上述现有技术，本发明采用的技术方案是：
一种手机玻璃盖板缺陷检测系统，包括支撑架及支撑架中段固定支撑板，支撑板一端固定第一传动轴(2)，另一端固定第四传动轴(10)，中间分别固定第二传动轴(5)、第三传动轴(7)；第二传动轴(5)、第三传动轴(7)之间为狭缝扫描区(6)；支撑架位于第四传动轴(10)一端下方固定步进电机(11)；步进电机(11)皮带传动连接第四传动轴(10)；第四传动轴(10)通过主传送带(12)传动连接第三传动轴(7)，第三传动轴(7)与第二传动轴(5)端头通过第三传送带(15)连接传动，第二传动轴(5)与第一传动轴(2)通过副传送带(4)连接传动；副传送带(4)下方设置光电传感器(3)，光电传感器(3)固定于支撑板上；步进电机(11)有固定于支撑板上的步进电机驱动器(9)控制；主传送带(12)一侧支撑架固定投射条纹图案的显示器(13)，投射条纹图案的显示器(13)与主传送带(12)之间这有面阵相机(14)；狭缝扫描区(6)上方支撑架固定线阵相机(16)；
所述的第二传动轴(5)与第三传动轴(7)之间构成轮廓缺陷检测工位；
所述的第三传动轴(7)与第四传动轴(10)之间构成表面缺陷检测工位；
所述的轮廓缺陷检测工位与表面缺陷检测工位分别由背光光源(8)与投射条纹图案的显示器(13)提供光源；
所述的光电传感器(3)、背光光源(8)、步进电机驱动器(9)、投射条纹图案的显示器(13)、面阵相机(14)、线阵相机(16)由FPGA控制器(17)控制，FPGA控制器(17)连通面、线阵相机数据处理终端(1)，面、线阵相机数据处理终端(1)设有数据显示平台(18)。
所述的主传送带(12)与副传送带(4)的狭缝间距为30mm～40mm；
所述的背光光源(8)设有背光光源控制器，由FPGA控制器(17)控制。
所述的面阵相机(14)采用面阵图像传感器的相机。
所述的线阵相机(16)采用线阵图像传感器的相机。
一种手机玻璃盖板检测方法，包括以下步骤：
1)待测工件经过轮廓检测工位时，固定在上方的线阵相机按照一定频率对下方的玻璃盖板进行扫描；
2)扫描的数据通过处理程序处理，采用自适应边缘检测算法，通过生成趋势模型线，然后用边缘轮廓点与趋势线的距离量化缺陷等级，筛选轮廓缺陷；
3)待测工件到达表面检测工位时，固定于工位上方的面阵相机按照一定帧率对下方进行拍摄，处理程序通过对拍摄的图像进行表面增强与相位解调，表面检测工位的显示器上显示多组具有不同周期的黑白条纹图案与正弦条纹图案，基于表面缺陷对光线的漫反射作用，通过黑白周期条纹结构光可累积缺陷与背景的灰度差异，增强缺陷与背景对比，提高缺陷检出率，同组正弦条纹图像具有相同的周期，不同的初始相位，显示器上显示的正弦条纹图案包括水平和竖直两个方向，可表示为：
Figure BDA0002633278260000041
Figure BDA0002633278260000042
上述式中，fsy(x,y)表示竖直方向的正弦条纹图像坐标(x,y)处像素的灰度值，fsx(x,y)表示水平方向的正弦条纹图像坐标(x,y)处像素的灰度值；A为常数，决定正弦条纹亮度，T为正弦条纹周期，N为正弦条纹周期为T时需要拍摄的图像数量，工业相机拍摄到的经手机盖板玻璃反射并形变了的正弦条纹图像记为Isx,Isy；
4)基于面阵相机获取的反射正弦条纹的手机盖板玻璃图像序列可以解析出相位图，进而得到被测物体的表面信息。
本发明的有益效果是：
1)本发明设置双工位检测，凸显不同缺陷，缺陷图像成像对比度高，可保证快速准确地检测出玻璃盖板的微小瑕疵，防止漏检与误检。
2)本发明采用自适应边缘检测方法筛选轮廓类缺陷，解决了传统模板匹配算法的产品依赖性问题；采用结构光方法增强表面类缺陷，并结合PMD方法解析图像相位，得到玻璃盖板表面信息，进而检测缺陷。
3)本发明玻璃盖板输送台通过设置狭缝扫描区，待检玻璃在传送至扫描区过程中，其待检部分不会与任何物体接触，可有效保障检测结果的准确性和持续性。
4)使用FPGA作为核心控制器，协调轮廓缺陷检测工位、表面缺陷检测工位与玻璃盖板输送台同步高效工作。
5)多相机获取的图像数据可使用同一数据处理终端处理，相比于多台计算机独立处理单个相机的系统架构，更为稳定、高效，成本更为低廉。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的传动的示意图；
图3为本发明的控制原理框图；
其中：1为数据处理终端；2为第一传动轴；3为光电传感器；4为副传送带；5为第二传动轴；6为狭缝扫描区；7为第三传动轴；8为背光光源；9为步进电机驱动器；10为第四传动轴；11为步进电机；12为主传送带；13为投射条纹图案的显示器；14为面阵相机；15为第三传送带；16为线阵相机；17为FPGA控制器；18为数据显示平台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步叙述。
如图1、2所示，一种手机玻璃盖板缺陷检测系统及方法，包括支撑架及支撑架中段固定支撑板，其特征在于，支撑板一端固定第一传动轴(2)，另一端固定第四传动轴(10)，中间分别固定第二传动轴(5)、第三传动轴(7)；第二传动轴(5)、第三传动轴(7)之间为狭缝扫描区(6)；支撑架位于第四传动轴(10)一端下方固定步进电机(11)；步进电机(11)皮带传动连接第四传动轴(10)；第四传动轴(10)通过主传送带(12)传动连接第三传动轴(7)，第三传动轴(7)与第二传动轴(5)端头通过第三传送带(15)连接传动，第二传动轴(5)与第一传动轴(2)通过副传送带(4)连接传动；副传送带(4)下方设置光电传感器(3)，光电传感器(3)固定于支撑板上；步进电机(11)有固定于支撑板上的步进电机驱动器(9)控制；主传送带(12)一侧支撑架固定投射条纹图案的显示器(13)，投射条纹图案的显示器(13)与主传送带(12)之间设有面阵相机(14)；狭缝扫描区(6)上方支撑架固定线阵相机(16)；
所述的第二传动轴(5)与第三传动轴(7)之间构成轮廓缺陷检测工位，包括工件光电检测传感器、带镜头的线阵相机、背光光源、背光光源控制器和线阵相机数据处理平台，所述工件光电检测传感器用于检测工件是否到达轮廓缺陷检测工位并向控制器发送信息，线阵相机用于获取待检工件玻璃盖板图像，背光光源用于提供光照环境，背光光源控制器用于控制背光光源，线阵相机数据处理平台用于数据的转运与图像处理；
所述的第三传动轴(7)与第四传动轴(10)之间构成表面缺陷检测工位，包括带镜头的面阵相机、显示器与面阵相机数据处理平台，所述面阵相机用于获取玻璃盖板图像，所述显示器用于投射条纹结构光光源，所述面阵相机数据处理平台用于数据的转运与图像的处理；
所述的轮廓缺陷检测工位与表面缺陷检测工位由背光光源(8)提供光源；
如图3所示，所述的光电传感器(3)、背光光源(8)、步进电机驱动器(9)、投射条纹图案的显示器(13)、面阵相机(14)、线阵相机(16)由FPGA控制器(17)控制，FPGA控制器(17)连通面、线阵相机数据处理终端(1)，面、线阵相机数据处理终端(1)设有数据显示平台(18)。
所述的主传送带(12)与副传送带(4)的狭缝间距为30mm～40mm；
所述的背光光源(8)设有背光光源控制器，由FPGA控制器(17)控制。
所述的面阵相机(14)采用面阵图像传感器的相机。
所述的线阵相机(16)采用线阵图像传感器的相机。
所述的FPGA控制器(17)，型号为ALTERA公司的CycloneⅤ系列5CSEMA5F31C6，为系统的核心控制模块。FPGA负责整个装置的逻辑控制任务。主要功能如下：第一，检测待测样品位置；第二，生成运动控制信号；第三，输出LED主动光源控制信号；第四，同步相机、采集卡完成图像采集。如图1所示，本发明实施例提供的玻璃盖板缺陷检测系统及方法包括用于在线检测时输送待检工件的玻璃盖板输送台装置，且沿玻璃盖板输送装置传输方向，依次设置用于对玻璃盖板轮廓区域与表面区域缺陷检测的轮廓缺陷检测工位和表面缺陷检测工位，具体地，轮廓缺陷检测工位包括工件光电检测传感器(3)、带镜头的线阵相机(16)、背光光源(8)和线阵相机数据处理终端(1)和数据显示平台(18)，所述工件光电检测传感器(3)用于检测工件是否到达轮廓缺陷检测工位并向FPGA控制器(17)发送信息，线阵相机(16)用于获取待检工件玻璃盖板图像，背光光源(8)用于提供光照环境，背光光源控制器用于控制背光光源，线阵相机数据处理终端(1)用于数据的转运与图像处理。表面缺陷检测工位包括带镜头的面阵相机(14)、显示器(13)与面阵相机数据处理终端(1)和数据显示平台(18)，所述面阵相机(14)用于获取玻璃盖板图像，所述显示器(13)用于投射条纹结构光光源，所述面阵相机数据处理终端(1)用于数据的转运与图像的处理。
所述线阵相机(16)，是采用线阵图像传感器的相机，其获取的图像分辨率较高，一次拍摄只能得到一幅行图像。待测工件运动至所述玻璃盖板输送台设置的狭缝扫描区(6)过程中，待检玻璃在传送至狭缝扫描区过程中，其待检部分不会与任何物体接触，可有效保障检测结果的准确性和持续性。
所述面阵相机(14)，采用面阵图像传感器，其成像区域是一个面，可以通过一次拍摄即获得完整的待拍摄物体的图像。采用面阵相机(14)获取物体表面缺陷信息，具体的工作步骤如下：待测工件到达表面缺陷检测工位，即处于面阵相机(14)的拍摄范围内，以确保面阵相机(14)一次拍摄就能得到待测工件的完整图像。FPGA控制器(17)实时生成正弦条纹结构光，面阵相机(14)获取不同条纹结构光下的玻璃盖板图像，进而解析相位，得到玻璃盖板表面缺陷信息，可凸显划伤、指纹与凹凸点等缺陷。
所述玻璃盖板输送装置包括主传送带(12)与副传送带(4)，主传送带(12)与副传送带(4)由第三传送带(15)连接，达到同向同速同步的结果。所述副传送带设有位于两端部的第一传动轴(2)与第二传动轴(5)，所述主传送带设有位于两端部的第三传动轴(7)与第四传动轴(10)，所述主传送带(12)与副传送带(4)间隔设置并形成狭缝扫描区(6)。所述输送装置仅由一个步进电机(11)驱动，避免了多个步进电机之间不同步的问题，具有稳定、高效与成本低的优势。
通过上述设置，本发明利用双工位分布式布置的轮廓缺陷检测工位与表面缺陷检测工位，配合背光光源(8)和由FPGA控制器(17)实时生成的条纹结构光光源，实现对玻璃盖板在不同光照环境下的图像获取。线阵相机(16)处于实时采集图像的状态，光电传感器(3)检测到待测工件后，向FPGA控制器(17)发送触发信息，FPGA控制器(17)发送控制信号至步进电机驱动器(9)，驱动传送带运动，待测工件运动至狭缝扫描区时，线阵相机(16)采集玻璃盖板图像。前述是轮廓缺陷检测工位获取图像的过程。随后步进电机(11)停止转动，待测工件停留在主传送带(12)上，到达表面缺陷检测工位，FPGA控制器(17)实时生成正弦条纹图案序列并通过显示器(13)显示，构成表面缺陷工位的结构光光源。FPGA控制器(17)通过一个逻辑输出触发相机，完成采集和同步需要。
图像数据通过高速传输线送达数据处理终端，多相机获取的图像数据可使用同一数据处理终端处理，相比于多台计算机独立处理单个相机的系统架构，具有结构简单、系统稳定和成本低廉的优点。
进一步地，轮廓检测工位采用自适应边缘检测算法，通过生成趋势模型线，然后用边缘轮廓点与趋势线的距离量化缺陷等级，进行精准筛选。通过自适应算法解决了传统模板匹配算法受玻璃盖板型号尺寸限制的问题，在检测时不需要预先输入任何样板形状信息，提高了检测系统的通用性。
进一步地，表面缺陷检测工位的显示器(13)上显示多组具有不同周期的黑白条纹图案与正弦条纹图案。基于表面缺陷对光线的漫反射作用，通过黑白周期条纹结构光可累积缺陷与背景的灰度差异，增强缺陷与背景对比，提高缺陷检出率。同组正弦条纹图像具有相同的周期，不同的初始相位。显示器上显示的正弦条纹图案包括水平和竖直两个方向，可表示为：
Figure BDA0002633278260000101
Figure BDA0002633278260000102
上述式中，fsy(x,y)表示竖直方向的正弦条纹图像坐标(x,y)处像素的灰度值，fsx(x,y)表示水平方向的正弦条纹图像坐标(x,y)处像素的灰度值；A为常数，决定正弦条纹亮度，T为正弦条纹周期，N为正弦条纹周期为T时需要拍摄的图像数量，工业相机拍摄到的经手机盖板玻璃反射并形变了的正弦条纹图像记为Isx,Isy。
进一步地，基于面阵相机获取的反射正弦条纹的手机盖板玻璃图像序列可以解析出相位图，进而得到被测物体的表面信息。

Claims (6)

1.一种手机玻璃盖板缺陷检测系统，包括支撑架及支撑架中段固定支撑板，其特征在于，支撑板一端固定第一传动轴(2)，另一端固定第四传动轴(10)，中间分别固定第二传动轴(5)、第三传动轴(7)；第二传动轴(5)、第三传动轴(7)之间为狭缝扫描区(6)；支撑架位于第四传动轴(10)一端下方固定步进电机(11)；步进电机(11)皮带传动连接第四传动轴(10)；第四传动轴(10)通过主传送带(12)传动连接第三传动轴(7)，第三传动轴(7)与第二传动轴(5)端头通过第三传送带(15)连接传动，第二传动轴(5)与第一传动轴(2)通过副传送带(4)连接传动；副传送带(4)下方设置光电传感器(3)，光电传感器(3)固定于支撑板上；步进电机(11)有固定于支撑板上的步进电机驱动器(9)控制；主传送带(12)一侧支撑架固定投射条纹图案的显示器(13)，投射条纹图案的显示器(13)与主传送带(12)之间设有面阵相机(14)；狭缝扫描区(6)上方支撑架固定线阵相机(16)；
所述的第二传动轴(5)与第三传动轴(7)之间构成轮廓缺陷检测工位；
所述的第三传动轴(7)与第四传动轴(10)之间构成表面缺陷检测工位；
所述的轮廓缺陷检测工位与表面缺陷检测工位分别由背光光源(8)与投射条纹图案的显示器(13)提供光源；
所述的光电传感器(3)、背光光源(8)、步进电机驱动器(9)、投射条纹图案的显示器(13)、面阵相机(14)、线阵相机(16)由FPGA控制器(17)控制，FPGA控制器(17)连通面、线阵相机数据处理终端(1)，面、线阵相机数据处理终端(1)设有数据显示平台(18)。
2.根据权利要求1所述的一种手机玻璃盖板缺陷检测系统，其特征在于，所述的主传送带(12)与副传送带(4)的狭缝间距为30mm～40mm。
3.根据权利要求1所述的一种手机玻璃盖板缺陷检测系统，其特征在于，所述的背光光源(8)设有背光光源控制器，由FPGA控制器(17)控制。
4.根据权利要求1所述的一种手机玻璃盖板缺陷检测系统，其特征在于，所述的面阵相机(14)采用面阵图像传感器的相机。
5.根据权利要求1所述的一种手机玻璃盖板缺陷检测系统，其特征在于，所述的线阵相机(16)采用线阵图像传感器的相机。
6.一种手机玻璃盖板检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)待测工件经过轮廓检测工位时，固定在上方的线阵相机按照一定频率对下方的玻璃盖板进行扫描；
2)扫描的数据通过处理程序处理，采用自适应边缘检测算法，通过生成趋势模型线，然后用边缘轮廓点与趋势线的距离量化缺陷等级，筛选轮廓缺陷；
3)待测工件到达表面检测工位时，固定于工位上方的面阵相机按照一定帧率对下方进行拍摄，处理程序通过对拍摄的图像进行表面增强与相位解调，表面检测工位的显示器上显示多组具有不同周期的黑白条纹图案与正弦条纹图案，基于表面缺陷对光线的漫反射作用，通过黑白周期条纹结构光可累积缺陷与背景的灰度差异，增强缺陷与背景对比，提高缺陷检出率，同组正弦条纹图像具有相同的周期，不同的初始相位，显示器上显示的正弦条纹图案包括水平和竖直两个方向，可表示为：
Figure FDA0002633278250000031
Figure FDA0002633278250000032
上述式中，fsy(x,y)表示竖直方向的正弦条纹图像坐标(x,y)处像素的灰度值，fsx(x,y)表示水平方向的正弦条纹图像坐标(x,y)处像素的灰度值；A为常数，决定正弦条纹亮度，T为正弦条纹周期，N为正弦条纹周期为T时需要拍摄的图像数量，工业相机拍摄到的经手机盖板玻璃反射并形变了的正弦条纹图像记为Isx,Isy；
4)基于面阵相机获取的反射正弦条纹的手机盖板玻璃图像序列可以解析出相位图，进而得到被测物体的表面信息。
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