CN113884510B - 一种3d玻璃盖板外观图像的采集方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种3D玻璃盖板外观图像的采集方法，其包括如下步骤：在3D玻璃盖板与线扫相机中，保持其中一个不运动，驱使另外一个沿着设定路径运动，并通过线扫相机对3D玻璃盖板的柱面进行扫描，获得外观图像；设定路径被配置为：使条形拍摄区上的任意一个像素点均位于线扫相机的景深内，且该条形拍摄区的法向与线扫相机的镜头轴向平行，条形拍摄区为3D玻璃盖板的柱面进入线扫相机的拍摄视角的部分。本申请可以解决相关技术中对3D曲面屏玻璃进行扫描时，存在相机数量多、有些缺陷无法检测的问题。

Description

一种3D玻璃盖板外观图像的采集方法

技术领域

本申请涉及图像采集技术领域，特别涉及一种3D玻璃盖板外观图像的采集方法。

背景技术

在AOI（Automatic Optic Inspection，自动光学检测）行业中，在智能手机CG（Cover Glass，盖板玻璃）表面缺陷自动化检测领域，手机CG玻璃在发展的过程中，由2D玻璃、2.5D玻璃发展为3D曲面屏玻璃。

3D曲面屏玻璃包含了两个曲面部分和一个平面部分，其中平面部分两侧分别连接两个曲面部分，而2D玻璃由于只有平面部分，因此，原有应用于平面的检测采集图像方法并不适用于3D曲面屏玻璃。

在相关方案中，提供了三套线扫相机，一套线扫相机对3D曲面屏玻璃的平面部分进行扫描，其余两套线扫相机分别对两侧的曲面部分进行扫描，且对于曲面部分，根据景深要求，线扫相机需对曲面不同区域进行聚焦，需要使用非同轴光源照明，导致有些缺陷无法检测。

发明内容

本申请实施例提供一种3D玻璃盖板外观图像的采集方法，以解决相关技术中对3D曲面屏玻璃进行扫描时，存在相机数量多、有些缺陷无法检测的问题。

本申请实施例提供了一种3D玻璃盖板外观图像的采集方法，其包括如下步骤：

在3D玻璃盖板与线扫相机中，保持其中一个不运动，驱使另外一个沿着设定路径运动，并通过线扫相机对所述3D玻璃盖板的柱面进行扫描，获得外观图像；

其中，所述设定路径被配置为：

使条形拍摄区上的任意一个像素点均位于所述线扫相机的景深内，且该条形拍摄区的法向与所述线扫相机的镜头轴向平行，所述条形拍摄区为所述3D玻璃盖板的柱面进入所述线扫相机的拍摄视角的部分。

一些实施例中，所述线扫相机不运动，所述3D玻璃盖板沿着设定路径运动；或者，

所述3D玻璃盖板不运动，所述线扫相机沿着设定路径运动。

一些实施例中，所述采集方法还包括所述设定路径的获取步骤。

一些实施例中，所述线扫相机不运动，所述3D玻璃盖板沿着设定路径运动；

所述设定路径的获取步骤包括：

在所述3D玻璃盖板的柱面上，于该柱面两侧的曲面部分及中间的平面部分各选择多个采样点；

将姿态反馈系统置于设定位置，所述设定位置为扫描时线扫相机所摆放的位置；

利用所述姿态反馈系统获取采样点的高度值以及法向；

若所述高度值位于参考值内，且所述采样点的法向与设定方向平行，则所述采样点当前的坐标为该采样点的目标坐标，所述参考值为线扫相机的景深，所述设定方向为扫描时线扫相机的镜头轴向；否则，调整所述3D玻璃盖板，并重新测量；

移动所述3D玻璃盖板，依次获取各个采样点的目标坐标，对所有的目标坐标进行曲线拟合，得到所述设定路径。

一些实施例中，调整所述3D玻璃盖板，包括如下步骤：

若采样点的高度值不位于参考值内，则平移所述3D玻璃盖板；

若所述采样点的法向与设定方向不平行，则以所述采样点所在的直母线为旋转轴，旋转所述3D玻璃盖板。

一些实施例中，所述曲面部分的采样点的数量不少于所述平面部分的采样点的数量。

一些实施例中，所述姿态反馈系统包括柱面透镜反射式偏心仪和两个光谱共焦位移传感器，所述柱面透镜反射式偏心仪和两个光谱共焦位移传感器呈直线分布；

利用所述光谱共焦位移传感器获取采样点的高度值，利用所述柱面透镜反射式偏心仪获取采样点的法向。

一些实施例中，在获取采样点的高度值之前，还包括如下步骤：

调整所述3D玻璃盖板，以使所述平面部分与所述设定方向垂直；

利用两个光谱共焦位移传感器，获取所述3D玻璃盖板两侧的高度值；

根据测量的高度值对所述3D玻璃盖板进行调整，以使两个光谱共焦位移传感器所在的同一条直线与所述柱面的直母线平行。

一些实施例中，根据测量的高度值对所述3D玻璃盖板进行调整，以使两个光谱共焦位移传感器所在的同一条直线与所述柱面的直母线平行，包括如下步骤：

沿着位于所述平面部分内，且与直母线垂直的直线延伸方向，平移所述3D玻璃盖板；

根据测量得到的所述3D玻璃盖板两侧的高度值，分别绘制出一条曲线；

判断两条所述曲线在两个所述光谱共焦位移传感器连线方向上是否重合；

若不重合，则旋转所述3D玻璃盖板，直至重合。

一些实施例中，所述条形拍摄区的宽度为一个像素大小。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请通过设计出一条设定路径，按照设定路径让3D玻璃盖板与线扫相机发生相对运动，以使条形拍摄区上的任意一个像素点均位于线扫相机的景深内，且该条形拍摄区的法向与线扫相机的镜头轴向平行，便使得采集的图像是一个完整的平面图像，同时，由于采用的是同一个线扫相机，使用的是同轴光源照明，不仅可以对缺陷进行全面检查，而且减少相机使用数量，减少检测工位。

当需要检测不同类型的3D玻璃盖板时，只需要变更设定路径即可，从而减少了切机难度，对产品的兼容性极高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本申请实施例提供的3D玻璃盖板外观图像的采集示意图；

图2为图1的右视图；

图3为本申请实施例提供的原理图；

图4为本申请实施例提供的标记有采样点的3D玻璃盖板示意图；

图5为本申请实施例提供的设定路径获取示意图；

图6为图5的左视图；

图7为本申请实施例提供的两条曲线错位时的示意图。

图中：1、3D玻璃盖板；10、曲面部分；11、平面部分；12、采样点；2、线扫相机；3、姿态反馈系统；30、柱面透镜反射式偏心仪；31、光谱共焦位移传感器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的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。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种3D玻璃盖板外观图像的采集方法，该采集方法包括如下步骤：

101：在3D玻璃盖板1与线扫相机2中，保持其中一个不运动，驱使另外一个沿着设定路径运动；其中，设定路径被配置为：

使条形拍摄区上的任意一个像素点均位于线扫相机2的景深内，且该条形拍摄区的法向与线扫相机2的镜头轴向平行，条形拍摄区为3D玻璃盖板1的柱面进入线扫相机2的拍摄视角的部分，需要说明的是，平行的含义应当从广义上进行理解，也就是说，法向与镜头轴向大致平行，也应当认为是平行的。

102：通过线扫相机2对3D玻璃盖板1的柱面进行扫描，获得外观图像。

参见图3所示，本实施例的原理如下：

柱面指的是动直线沿着一条定曲线平行移动所形成的曲面，动直线称为柱面的直母线，定曲线称为柱面的准线。根据此定义可以知道，3D玻璃盖板1的表面实质上就是一个柱面，该柱面包括两个曲面部分10及中间的平面部分11，为了减少相机数量，减少检测工位，通过一套线扫相机2，实现对整个柱面的图像采集，可以设计出一个路径，让3D玻璃盖板1与线扫相机2发生沿该路径的相对运动，使得3D玻璃盖板1的柱面在空间内，展开形成一个平面（如图3所示的展开状态），从而保证在曲面部分10的检测效果和平面部分11的检测效果相当。

因此，本申请通过设计出一条设定路径，按照设定路径让3D玻璃盖板1与线扫相机2发生相对运动，以使条形拍摄区上的任意一个像素点均位于线扫相机2的景深内，且该条形拍摄区的法向与线扫相机2的镜头轴向平行，便使得采集的图像是一个完整的平面图像，同时，由于采用的是同一个线扫相机，使用的是同轴光源照明，可以对缺陷进行全面检查。

当需要检测不同类型的3D玻璃盖板1时，只需要变更设定路径即可，从而减少了切机难度，对产品的兼容性极高。

同时，需要说明的是，在同一类型的多个3D玻璃盖板1中，只需要对第一个3D玻璃盖板1进行路径获取，后续的3D玻璃盖板1只需要使用这一设定路径即可。

在对3D玻璃盖板1进行移动时，可以采用六轴机器人执行相应动作。

为了能够全面检查，条形拍摄区的宽度为一个像素大小，也就是说，每移动3D玻璃盖板1一个像素大小的距离之后，就采集一行图像，最后完成整个柱面的图像采集。

在扫描过程中，可以采用线扫相机2不运动，3D玻璃盖板1沿着设定路径运动的方式，也可以采用3D玻璃盖板1不运动，线扫相机2沿着设定路径运动的方式。

根据实际扫描情况，由于线扫相机2移动较为繁琐，通常采用的是线扫相机2不运动，3D玻璃盖板1沿着设定路径运动的方式，而且按照操作习惯，检测设备即线扫相机2通常不移动，被检测产品即3D玻璃盖板1沿着设定路径运动。

上述两种方式中，设定路径不一样，但是获取的原理是一样的。

下面仅提供线扫相机2不运动，3D玻璃盖板1沿着设定路径运动时，设定路径的获取方法。

具体地，参见图4、图5和图6所示，获取设定路径，包括如下步骤：

201：在3D玻璃盖板1的柱面上，于该柱面两侧的曲面部分10及中间的平面部分11各选择多个采样点12；由于获取曲面部分10的路径时，3D玻璃盖板1是沿着曲线移动的，而获取平面部分11的路径时，3D玻璃盖板1是沿着直线平移的，故曲面部分10的采样点12的数量不少于平面部分11的采样点12的数量，一般曲面部分10的采样点12可以设置多一些，比如10个，平面部分11的采样点12设置少一些，比如2个或3个。另外，需要说明的是，在图4中标记了几个采样点12，此处标记只是为了便于理解采样点12，而不是为了限定在设定路径获取过程中，要求工作人员在3D玻璃盖板1上进行实体标记，也就是说，实际操作过程中，并不会在3D玻璃盖板1上做实体标记。

202：将姿态反馈系统3置于设定位置，设定位置为扫描时线扫相机2所摆放的位置；本步骤202与步骤201并不需要严格限定先后顺序。

203：利用六轴机器人将3D玻璃盖板1移动到一侧，比如左侧的曲面部分10，从左侧的曲面部分10的第一个采样点12开始，利用姿态反馈系统3获取采样点12的高度值以及法向；

若采样点的高度值位于参考值内，且采样点12的法向与设定方向平行，则记录采样点12当前的坐标P（x，y，z，a，b，c），其中，x为X轴距离（即P点X轴分量）；y为Y轴距离（即P点Y轴分量）；z为Z轴距离（即P点Z轴分量）；a为姿态平面角，为姿态向量PQ在XOY平面映射的向量与OX轴的夹角，角度范围为[-180°，180°）；b为姿态线面角，为姿态向量PQ与OZ轴的夹角，角度范围为[0°，180°）；c为姿态旋转角，为工具向量在XOY平面映射的向量与OX轴的夹角，角度范围为[-360°，360°）；并将该坐标P（x，y，z，a，b，c）作为采样点12的目标坐标，设定方向为扫描时线扫相机2的镜头轴向，也就是说，在完成设定路径的获取之后，在扫描时，将姿态反馈系统3移走，将线扫相机2移动至姿态反馈系统3在获取设定路径时所处的位置，参考值为线扫相机2的景深，将高度值与景深进行对比，其原因是，完成设定路径的获取之后，需要将姿态反馈系统3移走，换成线扫相机2，确保在扫描采集图像时，每一个条形拍摄区上的像素点都在线扫相机2的景深内；否则，调整3D玻璃盖板1，并重新测量；

204：移动3D玻璃盖板1，从左侧的曲面部分10开始，经过平面部分11后，直到右侧的曲面部分10结束，依次获取各个采样点12的目标坐标，对所有的目标坐标进行曲线拟合，得到设定路径。

上述姿态反馈系统3包括柱面透镜反射式偏心仪30和两个光谱共焦位移传感器31，柱面透镜反射式偏心仪30和两个光谱共焦位移传感器31呈直线分布，如图5和图6所示，同时，该直线布置方向与柱面的直母线平行；利用光谱共焦位移传感器31获取采样点12的高度值，利用柱面透镜反射式偏心仪30获取采样点12的法向。

上述步骤203中，调整3D玻璃盖板1，包括如下步骤：

若采样点12的高度值不位于参考值内，则平移3D玻璃盖板1；

若采样点12的法向与设定方向不平行，则以采样点12所在的直母线为旋转轴，旋转3D玻璃盖板1。

为了确保在后续扫描采集图像时，3D玻璃盖板1在移动过程中，线扫相机2扫描的条形拍摄区的长度方向是与柱面的直母线平行，以确保柱面顺利展开成平面，需要对3D玻璃盖板1的姿态进行调整，故在步骤203获取采样点12的高度值之前，还包括如下步骤：

301：调整3D玻璃盖板1，以使平面部分11与设定方向垂直，通过两个光谱共焦位移传感器31，对平面部分11进行高度测量，即可实现本步骤的调整，需要说明的是，垂直的含义应当从广义上进行理解，也就是说，除了平面部分11与设定方向的夹角为90°被认为是垂直以外，如果平面部分11与设定方向的夹角在90°左右有一定的偏差，也应当被认为是垂直的；

302：利用两个光谱共焦位移传感器31，获取3D玻璃盖板1两侧的高度值；

303：根据测量的高度值对3D玻璃盖板1进行调整，以使两个光谱共焦位移传感器31所在的同一条直线与柱面的直母线平行。

通过上述调整，能够确保在后续将线扫相机2移过来后，线扫相机2的镜头轴向垂直于平面部分11，且在移动3D玻璃盖板1时，进入拍摄视角的每一个条形拍摄区的长度方向是与直母线平行。

进一步地，根据测量的高度值对3D玻璃盖板1进行调整，以使两个光谱共焦位移传感器31所在的同一条直线与柱面的直母线平行，包括如下步骤：

沿着位于平面部分11内，且与直母线垂直的直线延伸方向，平移3D玻璃盖板1；

根据测量得到的3D玻璃盖板1两侧的高度值，分别绘制出一条曲线；

判断两条曲线在两个光谱共焦位移传感器31连线方向上是否重合；

若不重合，则旋转3D玻璃盖板1，直至重合。

以图7作为示例，两个光谱共焦位移传感器31沿面内面外方向布置，故其中一个光谱共焦位移传感器31被另一个光谱共焦位移传感器31遮挡住，当平移3D玻璃盖板1时，对3D玻璃盖板1两侧的高度值绘制曲线，发现两条曲线一前一后错位，由此可以说明，直母线与竖直平面之间不垂直，需要在水平面内旋转3D玻璃盖板1，再绘制曲线，直到两条曲线重合，此时说明直母线垂直于竖直平面，直母线的长度沿面内面外方向延伸，此时也就表明两个光谱共焦位移传感器31所在的同一条直线与柱面的直母线平行。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种3D玻璃盖板外观图像的采集方法，其特征在于，其包括如下步骤：

在3D玻璃盖板（1）与线扫相机（2）中，保持其中一个不运动，驱使另外一个沿着设定路径运动，并通过线扫相机（2）对所述3D玻璃盖板（1）的柱面进行扫描，获得外观图像；

其中，所述设定路径被配置为：

使条形拍摄区上的任意一个像素点均位于所述线扫相机（2）的景深内，且该条形拍摄区的法向与所述线扫相机（2）的镜头轴向平行，所述条形拍摄区为所述3D玻璃盖板（1）的柱面进入所述线扫相机（2）的拍摄视角的部分；

所述线扫相机（2）不运动，所述3D玻璃盖板（1）沿着设定路径运动；

获取所述设定路径包括：

在所述3D玻璃盖板（1）的柱面上，于该柱面两侧的曲面部分（10）及中间的平面部分（11）各选择多个采样点（12）；

将姿态反馈系统（3）置于设定位置，所述设定位置为扫描时线扫相机（2）所摆放的位置；

利用所述姿态反馈系统（3）获取采样点（12）的高度值以及法向；

若所述高度值位于参考值内，且所述采样点（12）的法向与设定方向平行，则所述采样点（12）当前的坐标为该采样点（12）的目标坐标，所述参考值为线扫相机（2）的景深，所述设定方向为扫描时线扫相机（2）的镜头轴向；否则，调整所述3D玻璃盖板（1），并重新测量；

移动所述3D玻璃盖板（1），依次获取各个采样点（12）的目标坐标，对所有的目标坐标进行曲线拟合，得到所述设定路径；

其中，在获取采样点（12）的高度值之前，还包括如下步骤：

调整所述3D玻璃盖板（1），以使所述平面部分（11）与所述设定方向垂直；

利用两个光谱共焦位移传感器（31），获取所述3D玻璃盖板（1）两侧的高度值；

根据测量的高度值对所述3D玻璃盖板（1）进行调整，以使两个光谱共焦位移传感器（31）所在的同一条直线与所述柱面的直母线平行，具体如下；

沿着位于所述平面部分（11）内，且与直母线垂直的直线延伸方向，平移所述3D玻璃盖板（1）；

根据测量得到的所述3D玻璃盖板（1）两侧的高度值，分别绘制出一条曲线；

判断两条所述曲线在两个所述光谱共焦位移传感器（31）连线方向上是否重合；

若不重合，则旋转所述3D玻璃盖板（1），直至重合。

2.如权利要求1所述的3D玻璃盖板外观图像的采集方法，其特征在于，调整所述3D玻璃盖板（1），包括如下步骤：

若采样点（12）的高度值不位于参考值内，则平移所述3D玻璃盖板（1）；

若所述采样点（12）的法向与设定方向不平行，则以所述采样点（12）所在的直母线为旋转轴，旋转所述3D玻璃盖板（1）。

3.如权利要求1所述的3D玻璃盖板外观图像的采集方法，其特征在于：所述曲面部分（10）的采样点（12）的数量不少于所述平面部分（11）的采样点（12）的数量。

4.如权利要求1所述的3D玻璃盖板外观图像的采集方法，其特征在于：

所述姿态反馈系统（3）包括柱面透镜反射式偏心仪（30）和两个光谱共焦位移传感器（31），所述柱面透镜反射式偏心仪（30）和两个光谱共焦位移传感器（31）呈直线分布；

利用所述光谱共焦位移传感器（31）获取采样点（12）的高度值，利用所述柱面透镜反射式偏心仪（30）获取采样点（12）的法向。

5.如权利要求1所述的3D玻璃盖板外观图像的采集方法，其特征在于：所述条形拍摄区的宽度为一个像素大小。

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