CN114878585A - 一种大幅面丝网缺陷检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大幅面丝网缺陷检测装置，包括：图像采集机构，包括沿同一X轴位置设置的两CCD线阵相机，CCD线阵相机的像元排列方向与Y轴平行，两CCD线阵相机的间隔距离为CDD相机的每个像元在X轴视场长度的整数倍；照明机构，包括采用上光源和下光源；线扫机构，用于同时驱动上光源和两CCD线阵相机沿X轴移动，用于驱动下光源跟随第二CCD线阵相机同步沿X轴移动，并用于驱动待测丝网沿Y轴移动；处理机构，用于将获取到的两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪，通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行缺陷检测。本发明可有效提高丝网缺陷检测中图像采集的速度和缺陷检测的准确度。

Description

一种大幅面丝网缺陷检测装置
技术领域
本发明属于丝网检测技术领域，更具体地，涉及一种大幅面丝网缺陷检测装置。
背景技术
随着工业4.0概念的提出，工业生产智能化越来越成为我国产业升级过程中重要的一步。其中，机器视觉检测技术已经应用在越来越多的领域，显著地提高了各个领域工业生产的效率，节省了大量成本。在光伏丝网印刷工艺中，丝印网版(简称丝网)的完好与否，影响着后续印刷电极的质量，因此，对丝网进行缺陷检测是一项重要的步骤。
在现有的大多数丝网检测工艺中，往往依靠人工使用肉眼观察丝网来进行缺陷的检测，这种传统方法效率低下，需要付出大量的时间、人力成本。近两年则出现了一些丝网检测自动化设备，通过图像获取设备以及机器视觉算法来进行丝网缺陷检测，但这些丝网检查装置在面对大幅面的丝印网版时，同样需要耗费大量的时间；且机器视觉算法受到光源、相机等硬件的影响，仍然存在着一些难以识别的缺陷，准确率不够高。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大幅面丝网缺陷检测装置，可有效提高丝网缺陷检测中图像采集的速度和缺陷检测的准确度。
为实现上述目的，本发明提供了一种大幅面丝网缺陷检测装置，包括：
夹持机构，用于放置并固定待测丝网；
图像采集机构，包括设置在待测丝网上方的两个CCD线阵相机，两CCD线阵相机到待测丝网的高度为CCD线阵相机的聚焦高度，两CCD线阵相机沿同一X轴位置设置，且CCD线阵相机的像元排列方向与Y轴平行，两CCD线阵相机的间隔距离为CDD相机的每个像元在X轴视场长度的整数倍；
照明机构，包括采用反射照明的上光源和采用透射照明的下光源，所述上光源设置在第一CCD线阵相机的正下方，所述下光源设置在待测丝网的下方并位于第二CCD线阵相机的正下方；
线扫机构，包括三个线扫单元，第一线扫单元用于同时驱动上光源和两CCD线阵相机沿X轴移动，第二线扫单元用于驱动下光源跟随第二CCD线阵相机同步沿X轴移动，第三线扫单元用于驱动待测丝网沿Y轴移动；
处理机构，用于同时控制图像采集机构、照明机构和线扫机构工作，并实时获取两CCD线阵相机对待测丝网每一行进行扫描采集到的行图像，然后对两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪，最后通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行缺陷检测，所述缺陷包括薄胶、脏污和堵网。
本发明提供的大幅面丝网缺陷检测装置，具有如下效果：(1)采用双CCD图像采集机构，其中，第一CCD线阵相机采用上光源反射成像，利用双光源联合检测算法，可以很好地将丝网薄胶缺陷与正常丝网区分开；同时结合第二CCD线阵相机采集到的下光源透射成像的丝网图像，可使对丝网脏污和堵网缺陷检测的分辨更加精准，大大提高缺陷检测的准确性；(2)采用扫描面更大、速度更快的图像采集机构和线扫机构，可显著提高丝网缺陷检测的图像采集速度，进而提高丝网缺陷检测效率；(3)上、下光源在工作时对应与两CCD线阵相机随动，不会由于光照时间过长，使得丝网表面温度升高而损坏丝网。
在其中一个实施例中，所述对两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪的方法，具体为：
工作前，在两CCD线阵相机的成像区域内放置一标定板，通过所述处理机构控制两CCD线阵相机、所述第一线扫单元和所述第二线扫单元工作；
获取两CCD线阵相机对待测丝网其中一行进行扫描采集到的单行图像；
根据标定板分别在两CCD线阵相机采集到的单行图像中的位置数据，计算两CCD线阵相机之间相差的像素行数；
工作时，对两CCD线阵相机对应采集到的行图像的开始端或结束端裁剪所述像素行数长度的图像，使两CCD线阵相机对应采集到的所有行图像对位。
在其中一个实施例中，所述通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行薄胶缺陷检测的方法，具体为：
利用模板匹配的方法，分离出对位裁剪后的第一CCD线阵相机采集到的各行图像中的栅线和乳胶区域；
对该栅线区域和乳胶区域进行腐蚀、膨胀形态学变换的方法进行blob分析，提取出待测丝网中的薄胶缺陷。
在其中一个实施例中，所述通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行脏污和堵网缺陷检测的方法，具体为：
将对位裁剪后的两CCD线阵相机采集到的各行图像进行灰度减法运算；
利用模板匹配的方法，分离出运算后的两CCD线阵相机采集到的各行图像中的栅线和乳胶区域；
对该栅线区域和和乳胶区域进行腐蚀、膨胀形态学变换的方法进行blob分析，提取出待测丝网中的脏污和堵网缺陷。
在其中一个实施例中，两个所述CCD线阵相机均采用DTCM系列高精度双远心镜头；所述上光源采用同轴线光源，用于为所述第一CCD线阵相机提供反射照明；所述下光源采用线光源，用于为所述第二CCD线阵相机提供透射照明。
在其中一个实施例中，所述线光源和所述丝网之间还设有一扩散板，所述扩散板与所述第二线阵相机随动设置。
在其中一个实施例中，所述第一线扫单元包括第一导轨和第一X轴电机，两CCD线阵相机同时设置在所述第一导轨上，且所述上光源通过连接件固定在所述第一导轨上并位于第一CCD线阵相机的正下方，所述第一导轨的丝杆与所述一X轴电机的输出轴传动连接。
在其中一个实施例中，所述第二线扫单元包括第二导轨和第二X轴电机，所述夹持机构的中间架空，所述第二导轨设置在所述夹持机构的架空区内，所述下光源设置在所述第二导轨上，所述第二导轨的丝杆与所述第二X轴电机的输出轴传动连接。
在其中一个实施例中，所述第三线扫单元包括第三导轨和Y轴电机，所述夹持机构的底部固定在所述第三导轨上，所述第三导轨的丝杆与所述Y轴电机的输出轴传动连接。
在其中一个实施例中，所述第一线扫单元还用于分别驱动两CCD线阵相机沿Z轴移动；所述大幅面丝网缺陷检测装置还包括两个激光传感器，两激光传感器对应设置在两CCD线阵相机的一侧，且与对应的CCD线阵相机一起固定在Z轴上，用于分别采集该CCD线阵相机到丝网的高度信息，并将高度信息传输至所述处理机构，所述处理机构根据高度信息和预先存储的两CCD线阵相机的聚焦高度信息，控制所述第一线扫单元对应驱动两CCD线阵相机沿Z轴对应移动至其聚焦高度。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的大幅面丝网缺陷检测装置的原理框图；
图2是本发明一实施例提供的大幅面丝网缺陷检测装置的结构示意图；
图3是本发明提供的两CCD线阵相机扫描策略示意图；
图4是本发明提供的两CCD对位裁剪策略示意图；
图5是本发明另一实施例提供的大幅面丝网缺陷检测装置的简易结构示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明一实施例提供的大幅面丝网缺陷检测装置的结构示意图，如图1所示，本发明提供了一种大幅面丝网缺陷检测装置，包括支撑机台60和设置在支撑机台60内的夹持机构(图中未示出)、图像采集机构10、照明机构20、线扫机构30和处理机构40。
其中，夹持机构用于放置并固定待测丝网50。具体地，该夹持机构可以是通过螺丝压紧限位的机械结构，主要功能是固定丝网的位置，以及防止丝网在Y轴方向的运动过程中产生滑动。
为提高本装置对丝网缺陷检测的准确度，如图2所示，本实施例提供的图像采集机构10包括设置在待测丝网50上方的两个CCD线阵相机(第一CCD线阵相机12和第二CCD线阵相机14)，用于对丝网进行动态扫描采集图像。同时，本发明提供的装置还增设了照明机构20，该照明机构20包括采用反射照明的上光源22和采用透射照明的下光源24，上光源22设置在第一CCD线阵相机12的正下方，下光源24设置在待测丝网50的下方并位于第二CCD线阵相机14的正下方，使得本实施例的第一CCD线阵相机12采用上光源反射成像，第二CCD线阵相机14采用下光源透射成像。
具体地，两CCD线阵相机分前后沿X轴方向设置，工作时两者先后对丝网同一位置视场的区域进行成像，且像元排列方向与Y轴方向平行，即线扫方向与X轴方向平行。同时两个CCD线阵相机之间的间隔距离为CDD相机的每个像元在X轴视场长度的整数倍，即为扫描线视场宽度的整数倍。
在本实施例中，利用两CCD线阵相机在不同光照条件下对丝网表面图像进行采集，其中，第一CCD线阵相机12采集采用上光源反射照明得到的丝网图像，可以很好地将丝网薄胶这类缺陷与正常丝网区域区分开；同时利用两CCD线阵相机在不同光照条件下采集到的丝网表面图像灰度值区别较大，可通过机器视觉算法更加准确地提取出丝网缺陷信息，提高丝网缺陷检测的准确度。进一步地，为更有效地提高丝网缺陷检测的准确度，可将两CCD线阵相机到丝网50的高度可设置为CCD线阵相机的聚焦高度，使两CCD线阵相机采集到的图像更清晰，便于后续采用机器视觉算法对该图像进行缺陷检测识别。
为提高本装置对丝网两CCD线阵相机进行图像采集的速度，本实施例提供的装置还包括线扫机构，该线扫机构30包括三个线扫单元。其中，第一线扫单元32用于同时驱动上光源22和两CCD线阵相机沿X轴移动，X轴与丝网50的横向方向平行，通过X轴移动可以实现两CCD线阵相机对丝网50的行扫描。第二线扫单元34用于驱动下光源24跟随第二CCD线阵相机14同步沿X轴移动，上、下光源在工作时对应与两CCD线阵相机随动，不会由于光照时间过长，使得丝网表面温度升高而损坏丝网50。第三线扫单元36用于驱动丝网50沿Y轴移动，Y轴与丝网50的纵向方向平行，通过Y轴的移动可使两CCD线阵相机对丝网50的每一行进行行扫描，进而扫描整幅丝网图像。进一步地，两CCD线阵相机在Y轴方向上的位置可通过安装定位实现采集到的图像无错位。
处理机构40，具体可采用工控计算机，工作时用于同时控制图像采集机构10、照明机构20和线扫机构30工作，即开启上、下光源，并控制两CCD线阵相机一前一后分别获取上、下光源图像，同时控制线扫机构30驱动两CCD线阵相机按照往返路径对整幅丝网的每一行进行描述图像采集；实时获取两CCD线阵相机对丝网每一行进行扫描采集到的行图像，对两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪；然后通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行缺陷检测，该缺陷包括薄胶、脏污和堵网。
在本实施例中，处理机构40对两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪的原因是：图3是本发明提供的两CCD线阵相机扫描策略示意图，如图3所示，以第二CCD线阵相机14对准丝网50前边缘为起始位置，第一CCD线阵相机12对准丝网50后边缘为结束位置，一次行扫描完成后，得到如图4所示的图像，在两CCD线阵相机采集的行图像的开始或结束端有相同长度的无效图像，中间重合区域刚好为丝网50的完整区域，因此对应去掉两CCD线阵相机采集到的行图像的首、尾无效图像，可使上、下光源图像精准对位，便于后续通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行缺陷检测，并记录其位置信息，提高缺陷检测精度。
本实施例提供的大幅面丝网缺陷检测装置，具有如下效果：(1)采用双CCD图像采集机构10，其中，第一CCD线阵相机12采用上光源反射成像，利用双光源联合检测算法，可以很好地将丝网薄胶缺陷与正常丝网区分开；同时结合第二CCD线阵相机14采集到的下光源透射成像的丝网图像，可使对丝网脏污和堵网缺陷检测的分辨更加精准，大大提高缺陷检测的准确性；(2)采用扫描面更大、速度更快的图像采集机构10和线扫机构30，可显著提高丝网缺陷检测的图像采集速度，进而提高丝网缺陷检测效率；(3)上、下光源在工作时对应与两CCD线阵相机随动，不会由于光照时间过长，使得丝网表面温度升高而损坏丝网。
在一个实施例中，处理机构40对两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪的方法，具体为：(a)工作前，在两CCD线阵相机的成像区域内放置一标定板(未示出)，通过处理机构40控制两CCD线阵相机、第一线扫单元32和第二线扫单元34工作；(b)获取两CCD线阵相机对待测丝网50其中一行进行扫描采集到的单行图像；(c)根据标定板分别在两CCD线阵相机采集到的单行图像中的位置数据，计算两CCD线阵相机之间相差的像素行数；(d)工作时，对两CCD线阵相机对应采集到的行图像的开始端或结束端裁剪该像素行数长度的图像，可使两CCD线阵相机对应采集到的所有行图像对位，即可得到同一位置处像素严格对应的上、下光源图像。
在一个实施例中，处理机构40通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行薄胶缺陷检测的方法，具体为：(1)利用模板匹配的方法，分离出对位裁剪后的第一CCD线阵相机12采集到的各行图像中的栅线和乳胶区域；对栅线区域和乳胶区域进行腐蚀、膨胀形态学变换的方法进行blob分析，提取出待测丝网中的薄胶缺陷。
在本实施例中，现有的丝网检测技术使用的都是下光源透射照明，薄胶缺陷在这种光照情况下，其灰度值难以与正常的丝网区域区分；而使用上光源反射式照明，由于薄胶缺陷对光的反射比较强烈，所以在得到的图像中，乳胶缺陷的灰度值比较高，颜色更亮，设计算法时可以很容易将其区分出来。
在一个实施例中，处理机构40通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行脏污和堵网缺陷检测的方法，具体为：(1)将对位裁剪后的两CCD线阵相机采集到的各行图像进行灰度减法运算；(2)利用模板匹配的方法，分离出运算后的两CCD线阵相机采集到的各行图像中的栅线和乳胶区域；(3)对栅线区域和和乳胶区域进行腐蚀、膨胀形态学变换的方法进行blob分析，提取出待测丝网中的脏污和堵网缺陷。
在本实施例中，丝网在上光源反射、下光源透射的两种照明条件下，缺陷和正常区域对光的吸收和反射能力有差异，导致成像得到的两张图片中，正常区域的灰度值差异不大，而缺陷处的灰度值差异很大；将两张图片进行减法运算后，缺陷的灰度值和正常区域的灰度值差异被拉大，有利于后续检测算法的设计。其中，分离栅线、乳胶区域是为了方便后续进行blob分析，可以看做是一个图像预处理的过程。
在一个实施例中，两CCD线阵相机均可采用DTCM系列高精度双远心镜头，放大率恒定，视场大小基本完全相同。上光源22可采用发散角小、高亮度的同轴光源，如图5所示，其分光镜放置于第一CCD线阵相机和丝网之间，且该分光镜通过连接件固定于第一CCD线阵相机12镜头的正下方，采用明场反射式照明。下光源24可采用光场尺寸小、亮度高的线光源，位于第二CCD线阵相机14镜头的正下方，采用明场透射式照明。进一步地，上、下光源均可采用高亮的线性光源，可配合线扫相机高速采图，同时光场范围小，可有效避免上、下光源之间产生干扰。
在一个实施例中，如图5所示，线光源和丝网50之间还可设置一扩散板70，下光源24、扩散板70与第二CCD线阵相机14随动设置，可增大线光源的发光角度，使照明更加均匀，提高下光源成像的质量。
在一个实施例中，在线扫机构30中，第一线扫单元32可包括第一导轨和第一X轴电机，两CCD线阵相机同时设置在第一导轨上，且上光源22通过连接件固定在第一导轨上并位于第一CCD线阵相机12的正下方，第一导轨的丝杆与第一X轴电机的输出轴传动连接。第二线扫单元34可包括第二导轨和第二X轴电机，夹持机构的中间架空，第二导轨设置在夹持机构的架空区内，下光源设置在第二导轨上，第二导轨的丝杆与第二X轴电机的输出轴传动连接。第三线扫单元36包括第三导轨和Y轴电机，夹持机构的底部固定在第三导轨上，第三导轨的丝杆与Y轴电机的输出轴传动连接。
在一个实施例中，为更好地实现两CCD线阵相机的对焦，第一线扫单元32还用于分别控制两CCD线阵相机沿Z轴移动，且该大幅面丝网缺陷检测装置还包括两个激光传感器，两激光传感器对应设置在两CCD线阵相机的一侧，且与对应的CCD线阵相机一起固定在Z轴上，用于采集该CCD线阵相机至丝网50平面的实际高度信息，并传输至工控计算机，工控计算机根据实际高度与两CCD线阵相机的聚焦高度之间的高度差，控制第一线扫单元32沿Z轴方向对应将两CCD线阵相机移动至其聚焦高度(标准的工作距离)处，以完成自动对焦。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，包括：
夹持机构，用于放置并固定待测丝网；
图像采集机构，包括设置在待测丝网上方的两个CCD线阵相机，两CCD线阵相机到待测丝网的高度为CCD线阵相机的聚焦高度，两CCD线阵相机沿同一X轴位置设置，且CCD线阵相机的像元排列方向与Y轴平行，两CCD线阵相机的间隔距离为CDD相机的每个像元在X轴视场长度的整数倍；
照明机构，包括采用反射照明的上光源和采用透射照明的下光源，所述上光源设置在第一CCD线阵相机的正下方，所述下光源设置在待测丝网的下方并位于第二CCD线阵相机的正下方；
线扫机构，包括三个线扫单元，第一线扫单元用于同时驱动上光源和两CCD线阵相机沿X轴移动，第二线扫单元用于驱动下光源跟随第二CCD线阵相机同步沿X轴移动，第三线扫单元用于驱动待测丝网沿Y轴移动；
处理机构，用于同时控制图像采集机构、照明机构和线扫机构工作，并实时获取两CCD线阵相机对待测丝网每一行进行扫描采集到的行图像，然后对两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪，最后通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行缺陷检测，所述缺陷包括薄胶、脏污和堵网。
2.根据权利要求1所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述对两CCD线阵相机对应采集到的行图像进行对位裁剪的方法，具体为：
工作前，在两CCD线阵相机的成像区域内放置一标定板，通过所述处理机构控制两CCD线阵相机、所述第一线扫单元和所述第二线扫单元工作；
获取两CCD线阵相机对待测丝网其中一行进行扫描采集到的单行图像；
根据标定板分别在两CCD线阵相机采集到的单行图像中的位置数据，计算两CCD线阵相机之间相差的像素行数；
工作时，对两CCD线阵相机对应采集到的行图像的开始端或结束端裁剪所述像素行数长度的图像，使两CCD线阵相机对应采集到的所有行图像对位。
3.根据权利要求1或2所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行薄胶缺陷检测的方法，具体为：
利用模板匹配的方法，分离出对位裁剪后的第一CCD线阵相机采集到的各行图像中的栅线和乳胶区域；
对该栅线区域和乳胶区域进行腐蚀、膨胀形态学变换的方法进行blob分析，提取出待测丝网中的薄胶缺陷。
4.根据权利要求1或2所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述通过机器视觉算法对对位裁剪后的两CCD线阵相机对应采集到的各行图像采用双光源图像联合检测算法进行脏污和堵网缺陷检测的方法，具体为：
将对位裁剪后的两CCD线阵相机采集到的各行图像进行灰度减法运算；
利用模板匹配的方法，分离出运算后的两CCD线阵相机采集到的各行图像中的栅线和乳胶区域；
对该栅线区域和和乳胶区域进行腐蚀、膨胀形态学变换的方法进行blob分析，提取出待测丝网中的脏污和堵网缺陷。
5.根据权利要求1所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，两个所述CCD线阵相机均采用DTCM系列高精度双远心镜头；所述上光源采用同轴线光源，用于为所述第一CCD线阵相机提供反射照明；所述下光源采用线光源，用于为所述第二CCD线阵相机提供透射照明。
6.根据权利要求5所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述线光源和所述丝网之间还设有一扩散板，所述扩散板与所述第二线阵相机随动设置。
7.根据权利要求1所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述第一线扫单元包括第一导轨和第一X轴电机，两CCD线阵相机同时设置在所述第一导轨上，且所述上光源通过连接件固定在所述第一导轨上并位于第一CCD线阵相机的正下方，所述第一导轨的丝杆与所述一X轴电机的输出轴传动连接。
8.根据权利要求1所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述第二线扫单元包括第二导轨和第二X轴电机，所述夹持机构的中间架空，所述第二导轨设置在所述夹持机构的架空区内，所述下光源设置在所述第二导轨上，所述第二导轨的丝杆与所述第二X轴电机的输出轴传动连接。
9.根据权利要求1所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述第三线扫单元包括第三导轨和Y轴电机，所述夹持机构的底部固定在所述第三导轨上，所述第三导轨的丝杆与所述Y轴电机的输出轴传动连接。
10.根据权利要求1所述的大幅面丝网缺陷检测装置，其特征在于，所述第一线扫单元还用于分别驱动两CCD线阵相机沿Z轴移动；所述大幅面丝网缺陷检测装置还包括两个激光传感器，两激光传感器对应设置在两CCD线阵相机的一侧，且与对应的CCD线阵相机一起固定在Z轴上，用于分别采集该CCD线阵相机到丝网的高度信息，并将高度信息传输至所述处理机构，所述处理机构根据高度信息和预先存储的两CCD线阵相机的聚焦高度信息，控制所述第一线扫单元对应驱动两CCD线阵相机沿Z轴对应移动至其聚焦高度。
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