CN116698875B - 一种基于图像处理的3d打印缺陷检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于图像检测缺陷技术领域，具体的而言为一种基于图像处理的3D打印缺陷检测方法及装置，在3D打印机的两侧平行设置两个轨道，在所述轨道上分别安装第一工业相机和第二工业相机，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动；通过第一工业相机和第二工业相机分别从两侧获取3D打印件在打印过程中的外表面图像，将第一工业相机和第二工业相机同步拍摄的一帧图像，计算图像的图像熵，并比较图像的图像熵以及对应的图像熵阈值，当任一一个图像熵超过其对应的图像熵阈值，则认为出现打印缺陷。解决无法在打印过程中对可能出现的缺陷进行实时监测的问题。提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明属于图像检测缺陷技术领域，具体的而言为一种基于图像处理的3D打印缺陷检测方法及装置。
背景技术
随着工业技术水平的快速进步，传统的机械加工已无法满足当前人们对产品制造的高要求，先进的新型制造技术已成为当前的发展趋势。3D打印技术作为新型制造方式的代表，已经取得了显著的发展，它利用计算机辅助设计(CAD)模型，通过逐层添加材料的方式将数字模型直接转换为实体产品。已发展出立体化光固定(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔融(SLM)、分层实体制造(LOM)以及熔融沉积(FDM)等多种打印成型体制。其中，FDM3D工艺具有打印成本低、材料种类多、可靠性高等有点，是目前最具发展潜力的工艺方法之一。然而，3D打印过程中存在一些不可控因素，使得3D打印过程的可靠性无法保证，3D打印件倒塌、翘曲、层开裂、填充不牢等情况经常发生，若没有及时发现打印错误，会造成大量耗材的浪费。在3D打印件的成型过程中，对3D打印件的状态进行检测能够使打印错误及时发现，减少不必要的材料浪费。
现有技术中有利用机械臂和CCD相机搭建了3D打印检测系统，分析打印件外表面的分层堆叠情况，该装置需要进行特殊的结构设计，无法直接对现有的商品FDM3D打印机进行适配。中国专利公开号为CN108638497A公开了一种3D打印件外表面的视觉检测系统，利用相机对3D打印件的外表面进行拍摄，该方法能够通过外表面的纹理对缺陷进行识别，但该方法需要配合特殊的六自由度机械臂，装置结构十分复杂，对一般的3D打印机也不具有普适性。中国专利公开号为CN108168473A公开了一种FDM打印件表面平整度检测装置，但无法在打印过程中对可能出现的缺陷进行实时监测。
FDM3D打印工艺通过高温熔化耗材并按照模型的切片文件逐层进行堆叠，在加工过程中，打印件的外表面纹理能够展现出打印件的整体层叠结构，打印件的缺陷也体现在外表面纹理中。传统的检测方法只能在零件成型后测量零件的尺寸，细微的缺陷只能通过人工进行检查，检测精度无法保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于图像处理的3D打印缺陷检测方法及装置，解决无法在打印过程中对可能出现的缺陷进行实时监测的问题。
本发明是这样实现的，
一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测方法，该方法包括：
在3D打印机的两侧平行设置两个轨道，在所述轨道上分别安装第一工业相机和第二工业相机，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动；
通过第一工业相机和第二工业相机分别从两侧获取3D打印件在打印过程中的外表面图像，将第一工业相机和第二工业相机同步拍摄的一帧图像分别表示为图像R 1i (x,y)和图像R 2i (x,y)，其中i=0, 1, 2, …, 19；
计算图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i ，计算公式为： ，其中，p 1i (r k )代表图像R 1i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 1i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 1 ×V 1 代表图像R 1i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；
计算图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i ，计算公式为：，其中p 2i (r k )代表图像R 2i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 2i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 2 ×V 2 代表图像R 2i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷。
进一步地，所述第一工业相机固定在第一滑台上，并将第一滑台连接在第一导轨上，第一导轨可运动的总长度为L1，若3D打印机在x轴方向上喷头能够运动的范围为（-RX，RX），L1大于2RX；所述第一导轨设置在第一支架上，调节第一支架的高度h1以及第一支架与3D打印机的距离D1，调整第一支架位置使第一导轨平行于3D打印机喷头运动的x轴，并使第一工业相机的镜头对准3D打印机x轴方向上的中心；
第二工业相机固定在第二滑台上，并将第二滑台连接在第二导轨上，第二导轨上的可运动长度为L2，L2=L1；第二导轨设置在第二支架上，调节第二支架的高度h2以及第二支架与3D打印机的距离D2，调整第二支架位置使得第二导轨与第一导轨保持平行，并确保h2=h1，D2=D1。
进一步地，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动包括：
根据3D打印的模型文件确定打印件在x轴方向上的尺寸范围（a X ，b X ），计算工业相机在导轨上的步进移动距离ΔL，计算方式如下：确定时间间隔ΔT，ΔT满足0.5秒≤ΔT≤2秒；
第一工业相机和第二工业相机在轨道上同步分别移动到a X ，其中正负方向与3D打印机喷头的运动方向一致。
一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测装置，包括：
第一工业相机和第二工业相机，分别设置在3D打印机的两侧平行的轨道上，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动；所述第一工业相机和第二工业相机分别从两侧获取3D打印件在打印过程中的外表面图像；
微控制器，根据上位机的指令，控制第一工业相机和第二工业相机按照设定的步长以及时间间隔同步移动；
上位机，计算步长以及时间间隔并将运动参数指令以及启动指令发送至微控制器，控制第一工业相机和第二工业相机拍摄图像，并获取第一工业相机和第二工业相机同步拍摄的一帧图像，分别表示为图像R 1i (x,y)和图像R 2i (x,y)，其中i=0, 1, 2, …, 19；
计算图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i ，计算公式为：其中，p 1i (r k )代表图像R 1i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 1i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 1 ×V 1 代表图像R 1i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；
计算图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i ，计算公式为：，其中p 2i (r k )代表图像R 2i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 2i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 2 ×V 2 代表图像R 2i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷。
进一步地，计算步长以及时间间隔，包括：
根据3D打印的模型文件确定打印件在x轴方向上的尺寸范围（a X ，b X ），计算工业相机在导轨上的步进移动距离ΔL，计算方式如下：确定时间间隔ΔT，ΔT满足0.5秒≤ΔT≤2秒。
进一步地，微控制器控制第一工业相机和第二工业相机在轨道上同步分别移动到a X ，并控制正负方向与3D打印机喷头的运动方向一致。
进一步地，微控制器收到启动指令后将计数器置0，微控制器延迟时间间隔ΔT，之后产生电机控制信号，进而控制第一工业相机以及第二工业相机同步移动距离ΔL，微控制器内的计数器加1，并向上位机发送位置信息；上位机收到位置信息后，控制第一工业相机和第二工业相机分别拍摄一帧图像。
进一步地，所述微控制器判断计数器的值是否等于20，当计数器的值等于20时，计数器置0，并反转下一次相机步进移动的方向。
进一步地，所述第一工业相机固定在第一滑台上，并将第一滑台连接在第一导轨上，第一导轨可运动的总长度为L1，若3D打印机在x轴方向上喷头能够运动的范围为（-RX，RX），L1大于2RX；所述第一导轨设置在第一支架上，调节第一支架的高度h1以及第一支架与3D打印机的距离D1，调整第一支架位置使第一导轨平行于3D打印机喷头运动的x轴，并使第一工业相机的镜头对准3D打印机x轴方向上的中心；
第二工业相机固定在第二滑台上，并将第二滑台连接在第二导轨上，第二导轨上的可运动长度为L2，L2=L1；第二导轨设置在第二支架上，调节第二支架的高度h2以及第二支架与3D打印机的距离D2，调整第二支架位置使得第二导轨与第一导轨保持平行，并确保h2=h1，D2=D1。
一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测装置，该装置的检测方法，包括：
上位机计算步进移动距离ΔL以及时间间隔ΔT，并将步进移动距离ΔL、时间间隔ΔT以及启动指令传递至微控制器；
微控制器延迟一段时间间隔ΔT，之后产生电机控制信号，控制第一工业相机以及第二工业相机同步移动距离ΔL，微控制器内的计数器加1；
判断计数器的值是否等于20，当计数器的值等于20时，计数器置0，并反转下一次相机步进移动的方向；
发送位置信息回执：微控制器向上位机发送位置信息回执，代表完成了一段步进距离ΔL的移动；
上位机接收位置信息回执，控制第一工业相机和第二工业相机分别拍摄一帧图像R 1i (x,y)和R 2i (x,y)，其中i=0, 1, 2, …, 19；
上位机计算第一工业相机拍摄图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i ；
上位机比较R 1i (x,y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；上位机显示缺陷提示，向微控制器发送停止指令；
上位机计算第二工业相机拍摄图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i ；
上位机比较R 2i (x,y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷，上位机显示缺陷提示，向微控制器发送停止指令；
重复上述过程直至打印结束。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明采用两个工业相机同步获取3D打印件在不同角度的图像，通过在不同角度获取3D打印件的外表面图像，通过图像的图像熵对图像的纹理进行评估，进而对打印件的缺陷进行识别，解决了传统人工方法无法发现细微缺陷，检测精度无法保障的问题；
本发明方法可以通过两个独立的工业相机实现FDM工艺3D打印过程的在线检测，缺陷检测装置不受3D打印机机械结构的限制，安装灵活，对市面上的3D打印机具有较强的普适性；
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明实施例所提供的检测装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的检测方法的流程图；
图3示出了本发明实施例所提供的检测装置在工作时的安装过程示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的检测方法中启动准备过程流程图；
图5示出了本发明实施例所提供的检测方法中缺陷检测与缺陷判断过程示意图。
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。
参见图1所示，为采用一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测装置，包括：
第一工业相机和第二工业相机，分别设置在3D打印机的两侧平行的轨道上，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动；所述第一工业相机和第二工业相机分别从两侧获取3D打印件在打印过程中的外表面图像；
微控制器，根据上位机的指令，控制第一工业相机和第二工业相机按照设定的步长以及时间间隔同步移动；
上位机，计算步长以及时间间隔并将运动参数指令以及启动指令发送至微控制器，控制第一工业相机和第二工业相机拍摄图像，并获取第一工业相机和第二工业相机同步拍摄的一帧图像，分别表示为图像R 1i (x,y)和图像R 2i (x,y)，其中i=0, 1, 2, …, 19；
计算图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i ，计算公式为：，其中，p 1i (r k )代表图像R 1i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 1i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 1 ×V 1 代表图像R 1i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；
计算图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i ，计算公式为：，其中p 2i (r k )代表图像R 2i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 2i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 2 ×V 2 代表图像R 2i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷。
第一工业相机和第二工业相机与上位机连接，并通过微控制器控制移动，微控制器通过蓝牙模板与上位机通讯，具体通过如下的结构实现，参见图1所示：
上位机1与第一工业相机11、第二工业相机12直接连接，在上位机上设置第一蓝牙模块2以及在微控制器上设置第二蓝牙模块3，控制器4分别通过第一驱动电路5和第二驱动电路6驱动第一步进电机13和第二步进电机14，第一步进电机的输出轴连接至第一滑台17上，第一滑台17设置在第一导轨15上，第一轨道15设置在第一支架19上，通过第一支架19调整高低。同样，第二步进电机14的输出轴连接至第二滑台18上，第二滑台18设置在第二导轨16上，第二轨道16设置在第二支架20上，通过第二支架20调整高低，第一工业相机11与第一滑台17连接固定，第二工业相机12与第二滑台18固定。整个装置通过锂电池组10供电，锂电池组10分别通过第一电源管理模块7、第二电源管理模块8以及第三电源管理模块9连接第一驱动电路5、第二驱动电路6以及微控制器4。
进一步地，上位机1：用于控制第一工业相机11和第二工业相机12拍摄3D打印件的表面图像，并获取图像。用于计算3D打印件图像的图像熵，并判断是否存在缺陷。以及通过第一蓝牙模块2向微控制器4发送相机运动参数、启动指令和停止指令；并用于接收微控制器4发送的位置信息回执；
第一蓝牙模块2：用于上位机1与微控制器4的无线连接和数据通讯，与第二蓝牙模块3配对；
第二蓝牙模块3：用于上位机1与微控制器4的无线连接和数据通讯，与第一蓝牙模块2配对；
微控制器4：用于产生电机控制信号，控制第一驱动电路5驱动第一步进电机13；
微控制器4：用于产生电机控制信号，控制第二驱动电路6驱动第二步进电机14；
微控制器4：用于接收上位机1发送的相机运动参数、启动指令和停止指令；
微控制器4：用于向上位机1发送位置信息回执；
第一驱动电路5：用于将微控制器4产生电机控制信号进行升压和功率放大，驱动第一步进电机13；
第二驱动电路6：用于将微控制器4产生电机控制信号进行升压和功率放大，驱动第二步进电机14；
第一电源管理模块7：用于将锂电池组10的电压进行变换，给第一驱动电路5提供电能；
第二电源管理模块8：用于将锂电池组10的电压进行变换，给第二驱动电路6提供电能；
第二电源管理模块9：用于将锂电池组10的电压进行变换，给微控制器4提供电能；
锂电池组10：给本发明中的检测装置提供电能；
第一工业相机11：安装在第一滑台17上，并在第一导轨15上移动，用于拍摄3D打印件的过程图像；
第二工业相机12：安装在第二滑台18上，并在第二导轨16上，与第一工业相机11同步移动，用于同步拍摄3D打印件在正对方向上的过程图像；
第一步进电机13：用于带动第一滑台17在第一导轨15上移动；
第二步进电机14：用于带动第二滑台18在第二导轨16上移动；
第一导轨15：直线导轨，作为第一工业相机11往复运动的路径。
第二导轨16：直线导轨，作为第二工业相机12往复运动的路径。
第一滑台17：连接在第一导轨15上，用于带动第一工业相机11在第一导轨15上做往复运动
第二滑台18：连接在第二导轨16上，用于带动第二工业相机12在第二导轨16上做往复运动
第一支架19：用于固定第一导轨15；
第二支架20：用于固定第二导轨16；
第一工业相机固定在第一滑台上，并将第一滑台连接在第一导轨上，第一导轨可运动的总长度为L1，若3D打印机在x轴方向上喷头能够运动的范围为（-RX，RX），L1大于2RX；所述第一导轨设置在第一支架上，调节第一支架的高度h1以及第一支架与3D打印机的距离D1，调整第一支ad架位置使第一导轨平行于3D打印机喷头运动的x轴，并使第一工业相机11的镜头对准3D打印机x轴方向上的中心；
第二工业相机固定在第二滑台上，并将第二滑台连接在第二导轨上，第二导轨上的可运动长度为L2，L2=L1；第二导轨设置在第二支架上，调节第二支架的高度h2以及第二支架与3D打印机的距离D2，调整第二支架位置使得第二导轨与第一导轨保持平行，并确保h2=h1，D2=D1。
上位机1计算步长以及时间间隔，包括：
根据3D打印的模型文件确定打印件在x轴方向上的尺寸范围（a X ，b X ），a X ，b X 分别是尺寸的两个极限端，计算工业相机在导轨上的步进移动距离ΔL，计算方式如下：确定时间间隔ΔT，ΔT满足0.5秒≤ΔT≤2秒。
微控制器控制第一工业相机和第二工业相机在轨道上进行同步移动a X ，并控制正负方向与3D打印机喷头的运动方向一致。
微控制器4收到启动指令后，延迟一段时间间隔ΔT，之后产生电机控制信号，进而控制第一工业相机11以及第二工业相机12同步移动距离ΔL，微控制器4内的计数器加1；然后进行步进移动方向的反转判断：判断计数器的值是否等于20（当计数器值等于20时，代表两相机完成了一次从a X 到b X 的移动），当计数器的值等于20时，计数器置0，并反转下一次相机步进移动的方向（例如第一次为从a X 到b X 的移动，到达b X 后，再从b X 到a X 移动）。
在进行移动后微控制器4向上位机1发送位置信息回执，代表完成了一段步进距离ΔL的移动。
上述的装置的工作过程为：
缺陷检测装置的安装，如图3所示
101、第一工业相机11的安装：将第一工业相机11固定在第一滑台17上，并将第一滑台17连接在第一导轨15上，第一导轨15可运动的总长度为L1，若3D打印机在x轴方向上喷头能够运动的范围为（-RX，RX），L1应大于2RX，并确保第一滑台17位于第一导轨15的正中间，并正对3D打印机喷头运动x轴的中心；
102、第二工业相机12的安装：将第二工业相机12固定在第二滑台18上，并将第二滑台18连接在第二导轨16上，第二导轨16上的可运动长度为L2，确保L2=L1，并确保第二滑台17位于第二导轨16的正中间，并正对3D打印机喷头运动x轴的中心；
103、第一工业相机11的位置及高度调整：调节第一支架19的高度h1以及第一支架19与3D打印机的距离D1，调整支架位置使第一导轨15平行于3D打印机喷头运动的x轴，并使第一工业相机11的镜头对准3D打印机x轴方向上的中心，调整第一工业相机11的镜头焦距，确保第一工业相机11的视场内能够拍摄到3D打印件的局部纹理细节；
104、第二工业相机12的位置及高度调整：调节第二支架20的高度h2以及第二支架20与3D打印机的距离D2，调整支架位置第二导轨16与第一导轨15保持平行，并确保h2=h1，D2=D1，调整第二工业相机12的镜头焦距，确保第二工业相机12的视场内能够拍摄到3D打印件的局部纹理细节；
缺陷检测的启动准备，如图4所示。
201、计算步进移动距离ΔL：根据3D打印的模型文件确定打印件在x轴方向上的尺寸范围（a X ，b X ），计算工业相机在导轨上的步进移动距离ΔL，
202、确定时间间隔ΔT：根据需要，确定时间间隔ΔT，ΔT需满足0.5秒≤ΔT≤2秒
203、发送相机运动参数：通过上位机1向微控制器4发送相机运动参数（打印件在x轴方向上的尺寸范围a X 和b X ，步进移动距离ΔL和时间间隔ΔT），微控制器4产生电机控制信号使第一工业相机11和第二工业相机12在滑轨上分别移动到a X （正负方向与3D打印机喷头的运动方向一致）
204、确定图像熵阈值：操作人员在上位机1上设定第一工业相机11所拍摄图像的图像熵阈值E1和第二工业相机12所拍摄图像的图像熵阈值E2。
205、启动3D打印机和检测过程：通过上位机1向微控制器4发送启动指令，微控制器4接收到指令后计数器置0；操作人员向3D打印机上传模型文件对应的gcode代码，启动3D打印过程。
缺陷检测与缺陷判断，如图5所示。
301、相机的步进移动：微控制器4延迟一段时间间隔ΔT，之后产生电机控制信号，进而控制第一工业相机11以及第二工业相机12同步移动距离ΔL，微控制器4内的计数器加1；
302、步进移动方向的反转判断：判断计数器的值是否等于20（当计数器值等于20时，代表两相机完成了一次从a X 到b X 的移动），当计数器的值等于20时，计数器置0，并反转下一次相机步进移动的方向（例如第一次为从a X 到b X 的移动，到达b X 后，再从b X 到a X 移动）。
303、发送位置信息回执：微控制器4向上位机1发送位置信息回执，代表完成了一段步进距离ΔL的移动。
304、拍摄图像：上位机1接收位置信息回执，控制第一工业相机11和第二工业相机12分别拍摄一帧图像R 1i (x,y)和R 2i (x,y)，其中i=0, 1, 2, …, 19。
305、计算图像熵Q 1i ：上位机1计算第一工业相机11拍摄图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i ；
306、图像R 1i (x,y)的缺陷判断：上位机1比较R 1i (x,y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷。上位机1显示缺陷提示，向微控制器4发送停止指令，并提醒操作人员可能已出现缺陷，操作人员应进行仔细的检查，达到3D打印件缺陷及时发现、节约原材料的目的。
307、计算图像熵Q 2i ：上位机1计算第二工业相机12拍摄图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i ；
308、图像R 2i (x,y)的缺陷判断：上位机1比较R 2i (x,y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷。上位机1显示缺陷提示，向微控制器4发送停止指令，并提醒操作人员可能已出现缺陷，操作人员应进行仔细的检查，达到3D打印件缺陷及时发现、节约原材料的目的。
309、重复上述步骤直至打印结束。
本发明实施例提供一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测方法，该方法包括：
在3D打印机的两侧平行设置两个轨道，在所述轨道上分别安装第一工业相机和第二工业相机，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动；
通过第一工业相机和第二工业相机分别从两侧获取3D打印件在打印过程中的外表面图像，将第一工业相机和第二工业相机同步拍摄的一帧图像分别表示为图像R 1i (x,y)和图像R 2i (x,y)，其中i=0, 1, 2, …, 19；
计算图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i ，计算公式为：其中，p 1i (r k )代表图像R 1i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 1i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 1 ×V 1 代表图像R 1i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 1i (x,y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；
计算图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i ，计算公式为：，其中p 2i (r k )代表图像R 2i (x,y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 2i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 2 ×V 2 代表图像R 2i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 2i (x,y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷。
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 (6)
1.一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测方法，其特征在于，该方法包括：
在3D打印机的两侧平行设置两个轨道，在所述轨道上分别安装第一工业相机和第二工业相机，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动；
通过第一工业相机和第二工业相机分别从两侧获取3D打印件在打印过程中的外表面图像，将第一工业相机和第二工业相机同步拍摄的一帧图像分别表示为图像R 1i (x, y)和图像R 2i (x, y)，其中i=0, 1, 2, …, 19；
计算图像R 1i (x, y)的图像熵Q 1i ，计算公式为：，其中，p 1i (r k )代表图像R 1i (x, y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 1i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 1 ×V 1 代表图像R 1i (x, y)的总像素数量；
比较图像R 1i (x, y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；
计算图像R 2i (x, y)的图像熵Q 2i ，计算公式为：，其中p 2i (r k )代表图像R 2i (x, y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，， N 2i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 2 ×V 2 代表图像R 2i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 2i (x, y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷；
所述第一工业相机固定在第一滑台上，并将第一滑台连接在第一导轨上，第一导轨可运动的总长度为L1，若3D打印机在x轴方向上喷头能够运动的范围为（-RX，RX），L1大于2RX；所述第一导轨设置在第一支架上，调节第一支架的高度h1以及第一支架与3D打印机的距离D1，调整第一支架位置使第一导轨平行于3D打印机喷头运动的x轴，并使第一工业相机的镜头对准3D打印机x轴方向上的中心；
第二工业相机固定在第二滑台上，并将第二滑台连接在第二导轨上，第二导轨上的可运动长度为L2，L2=L1；第二导轨设置在第二支架上，调节第二支架的高度h2以及第二支架与3D打印机的距离D2，调整第二支架位置使得第二导轨与第一导轨保持平行，并确保h2=h1，D2=D1。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的3D打印件缺陷检测方法，其特征在于，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动包括：
根据3D打印的模型文件确定打印件在x轴方向上的尺寸范围（a X ，b X ），计算工业相机在导轨上的步进移动距离ΔL，计算方式如下：确定时间间隔ΔT，ΔT满足0.5秒≤ΔT≤2秒；
第一工业相机和第二工业相机在轨道上同步分别移动到a X ，其中正负方向与3D打印机喷头的运动方向一致。
3.一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测装置，其特征在于，包括：
第一工业相机和第二工业相机，分别设置在3D打印机的两侧平行的轨道上，所述第一工业相机和第二工业相机沿着轨道同步移动；所述第一工业相机和第二工业相机分别从两侧获取3D打印件在打印过程中的外表面图像；
微控制器，根据上位机的指令，控制第一工业相机和第二工业相机按照设定的步长以及时间间隔同步移动；
上位机，计算步长以及时间间隔并将运动参数指令、启动指令与停止指令发送至微控制器，控制第一工业相机和第二工业相机拍摄图像，并获取第一工业相机和第二工业相机同步拍摄的一帧图像，分别表示为图像R 1i (x, y)和图像R 2i (x, y)，其中i=0, 1, 2, …,19；
计算图像R 1i (x, y)的图像熵Q 1i ，计算公式为：，其中，p 1i (r k )代表图像R 1i (x, y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，，N 1i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 1 ×V 1 代表图像R 1i (x, y)的总像素数量；
比较图像R 1i (x, y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；
计算图像R 2i (x, y)的图像熵Q 2i ，计算公式为：，其中p 2i (r k )代表图像R 2i (x, y)所有像素中像素灰度为k的概率，k=0, 1, 2, …, 255，， N 2i (k)代表像素灰度为k的所有像素点的个数，U 2 ×V 2 代表图像R 2i (x,y)的总像素数量；
比较图像R 2i (x, y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷；
计算步长以及时间间隔，包括：
根据3D打印的模型文件确定打印件在x轴方向上的尺寸范围（a X ，b X ），计算工业相机在导轨上的步进移动距离ΔL，计算方式如下：确定时间间隔ΔT，ΔT满足0.5秒≤ΔT≤2秒；
微控制器控制第一工业相机和第二工业相机在轨道上同步分别移动到a X ，并控制正负方向与3D打印机喷头的运动方向一致；
所述第一工业相机固定在第一滑台上，并将第一滑台连接在第一导轨上，第一导轨可运动的总长度为L1，若3D打印机在x轴方向上喷头能够运动的范围为（-RX，RX），L1大于2RX；所述第一导轨设置在第一支架上，调节第一支架的高度h1以及第一支架与3D打印机的距离D1，调整第一支架位置使第一导轨平行于3D打印机喷头运动的x轴，并使第一工业相机的镜头对准3D打印机x轴方向上的中心；
第二工业相机固定在第二滑台上，并将第二滑台连接在第二导轨上，第二导轨上的可运动长度为L2，L2=L1；第二导轨设置在第二支架上，调节第二支架的高度h2以及第二支架与3D打印机的距离D2，调整第二支架位置使得第二导轨与第一导轨保持平行，并确保h2=h1，D2=D1。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测装置，其特征在于，微控制器收到启动指令后将计数器置0，微控制器延迟时间间隔ΔT，之后产生电机控制信号，进而控制第一工业相机以及第二工业相机同步移动距离ΔL，微控制器内的计数器加1，并向上位机发送位置信息；上位机收到位置信息后，控制第一工业相机和第二工业相机分别拍摄一帧图像。
5.根据权利要求4所述的一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测装置，其特征在于，所述微控制器判断计数器的值是否等于20，当计数器的值等于20时，计数器置0，并反转下一次相机步进移动的方向。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种基于图像处理的3D打印件缺陷检测装置，其特征在于，该装置的检测方法，包括：
上位机计算步进移动距离ΔL以及时间间隔ΔT，并将步进移动距离ΔL、时间间隔ΔT以及启动指令传递至微控制器；
微控制器延迟一段时间间隔ΔT，之后产生电机控制信号，控制第一工业相机以及第二工业相机同步移动距离ΔL，微控制器内的计数器加1；
判断计数器的值是否等于20，当计数器的值等于20时，计数器置0，并反转下一次相机步进移动的方向；
发送位置信息回执：微控制器向上位机发送位置信息回执，代表完成了一段步进距离ΔL的移动；
上位机接收位置信息回执，控制第一工业相机和第二工业相机分别拍摄一帧图像R 1i (x, y)和R 2i (x, y)，其中i=0, 1, 2, …, 19；
上位机计算第一工业相机拍摄图像R 1i (x, y)的图像熵Q 1i ；
上位机比较R 1i (x, y)的图像熵Q 1i 和图像熵阈值E 1 ，当Q 1i 大于E 1 时，则认为出现打印缺陷；上位机显示缺陷提示，向微控制器发送停止指令；
上位机计算第二工业相机拍摄图像R 2i (x, y)的图像熵Q 2i ；
上位机比较R 2i (x, y)的图像熵Q 2i 和图像熵阈值E 2 ，当Q 2i 大于E 2 时，则认为出现打印缺陷，上位机显示缺陷提示，向微控制器发送停止指令；
重复上述过程直至打印结束。
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