CN1945294A - 基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，包括带钢模拟运动平台，其由一台架，该台架的上端面设置的直线导轨，在该导轨上运动的滑座，设置在滑座上的电磁阵列吸附装置组成；直线运动控制装置，其包括变频伺服控制系统，由该变频伺服控制系统驱动的滚珠丝杠丝母，所述滚珠丝杠丝母驱动所述滑座作匀速及加速运动；相机和光源调节装置，其包括一可沿所述带钢模拟运动平台作相对纵向运动的支架，该支架的上部设置的相机调节支架和光源调节支架。本发明可最大限度地模拟带钢生产线的运动，为在线测试提供依据，节约项目开发的费用，提高项目开发的效率。

Description

基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，模拟带钢直线运动，通过相机和光源配合试验获取带钢缺陷最佳图像。本发明还涉及利用该带钢表面缺陷测试平台进行带钢表面缺陷检测的方法。

背景技术

机器视觉(Machine Vision)是一项迅速发展的新技术。在现代化的大生产中，视觉检测往往是不可缺少的环节，而机器视觉系统可以取代人工视觉，用于检测、识别的各种场合，特别是高速、大批量、连续自动化生产中的质量检查、对象辨识和尺寸测量等人工难以完成的工作。与人工视觉相比较，机器视觉的最大优点是精确、快速、可靠。基于机器视觉的带钢表面缺陷检测系统一般采用CCD(电荷藕合器)或CMOS(互补性氧化金属半导体)图像传感器摄取被检测对象的图像并转化为数字信号，再用计算机对图像数字信号进行图像处理，从而得到所需要的各种目标图像特征值，并由此实现模式识别、缺陷分类等功能。

近年来，国内外钢铁生产企业对带钢表面缺陷在线检测系统的需求日益突出，但是不同的企业及不同的生产线由于工艺等因素的原因，对不同的带钢表面缺陷关心的类别及程度不尽相同。其次，由于光源和工业摄像机的类型以及配合拍摄角度、光照角度和强度等原因，缺陷在图像中反映的形状、颜色、明显度等都不同，甚至很多缺陷只有在特定的环境下才能在图像中显现。另外，由于带钢生产的连续性等原因导致带钢表面缺陷在线检测系统的方案设计、缺陷样本取样、系统调试等都非常困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，它可真实地模拟带钢生产线的运动，为在线测试提供依据，节约项目开发的费用，提高项目开发的效率；为此，本发明还要提供一种利用该平台检测带钢表面缺陷的方法。

为解决上述技术问题，本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，包括带钢模拟运动平台、直线运动控制装置、相机和光源调节装置；

所述带钢模拟运动平台包括一台架，该台架的上端面设有直线导轨，在该导轨上运动的滑座，设置在滑座上的电磁阵列吸附装置；

所述直线运动控制装置包括变频伺服控制系统，由该变频伺服控制系统驱动的滚珠丝杠丝母，所述滚珠丝杠丝母驱动所述滑座作匀速及加速运动；

所述相机和光源调节装置包括一可沿所述带钢模拟运动平台作相对纵向运动的支架，该支架的上部设置的相机调节支架和光源调节支架。

利用上述平台进行带钢表面缺陷检测的方法包括如下步骤：

步骤1、收集带钢生产单位的带有缺陷的带钢样本；

步骤2、对带钢样本表面进行清洁化处理及规格化处理；

步骤3、利用带钢模拟运动平台吸附带钢样本，设定该平台的运动速度及加速度；

步骤4、调节相机及光源的入射和发射角度，启动运动控制开关，触发相机拍摄；

步骤5、根据获取的缺陷图像，重复步骤4；

步骤6、如果图像不符合要求，更换不同的相机和光源类型，循环步骤4-5，直到带钢缺陷形态在图像中最佳显示。

本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，通过控制带钢模拟运动平台水平匀速或者加速运动，模拟带钢生产中的带钢运动。相机和光源调节装置调整相机和光源的入射和反射角度，利用高速线阵工业摄像机相机和光源有效地获取带钢缺陷运动图像，并以最佳效果凸现缺陷形状。该测试平台能有效地模拟带钢生产状态，提供试验环境和试验装置，并能根据光学原理选择不同的光源(线光源、面光源、LED光源，光纤光源等)和工业摄像机(CCD摄像机、CMOS摄像机、线阵摄像机、面阵摄像机等)配合试验。对带钢表面在线缺陷检测系统的硬件选型、方案设计、缺陷样本取样及试验调试等提供一个高效的模拟试验环境，有效地解决了带钢表面缺陷检测项目由于生产、环境等原因，调试、取样试验等环节困难的问题，从而节约了大量的项目开发时间和人力，减少了项目实施风险，提高了项目开发效率。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台的立体图；

图2是本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台的结构图；

图3是图2中的相机和光源调节装置结构图；

图4是图3中的相机调节支架结构图；

图5是图3中的光源调节支架结构图；

图6是光源调节座结构图；

图7是相机调节座结构图；

图8是光源及相机角度调节装置结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台由带钢模拟运动平台11、直线运动控制装置12、相机和光源调节装置13三部分组成。所述带钢模拟运动平台11有效吸附带有缺陷的带钢样本能平稳地进行直线运动；所述直线运动控制装置12控制所述平台11模拟带钢生产线作匀速及加速运动；所述相机和光源调节装置13实现高速线阵工业摄像机相机和光源多角度调节，并实时采集带钢缺陷样本运动图像。

本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台的结构如图2所示。

所述带钢模拟运动平台11包括一台架3，该台架3的上端面设有直线导轨2，滑座6与导轨3相配合，沿该导轨2作直线运动。在滑座6上设有电磁阵列吸附装置，能有效保证带钢样本在水平面上的平整和稳定，同时也利于更换不同的带钢实物样本。

所述直线运动控制装置12包括变频伺服控制系统，该变频伺服控制系统由交流变频伺服电机9和安装在所述台架3上的电气控制柜10内的变频器组成。交流变频伺服电机9驱动滚珠丝杠丝母7，所述滚珠丝杠丝母7驱动所述滑座6作匀速或加速运动。

所述相机和光源调节装置13包括一可沿所述带钢模拟运动平台作相对纵向运动的支架，该支架的上部设有相机调节支架4和光源调节支架5。

在所述台架3的两侧各设有一个缓冲器1，该缓冲器1的作用是保护所述滑座6在高速运动时与其他部件发生碰撞，对设备造成损坏。

本发明中带钢模拟运动平台11采用标准直线导轨作为滑动轨道，其材料为高硬度合金钢，具有运动直线精度高、摩擦小、刚性大、运行平稳、噪声低等特点，可以极大地降低所述运动平台11在高速移动时产生的振动、噪声。该带钢模拟运动平台11结构简单，安装方便，并且可以自润滑。直线导轨规格型号：BRH30BL3000，制造商：ABBA，预压：Z0(零间隙)，精度等级：N级(普通级)，长度：3m。

另外，带钢的固定通过所述带钢模拟运动平台11上的电磁阵列吸附装置固定。所述电磁阵列吸附装置为多阵列电磁吸盘，即电磁吸盘采用多阵列形式均匀分布在滑座6的箱体内部。这样，一方面能增大吸附带钢样本的面积，另一方面可以保证钢板受力均匀，防止变形；同时，保障带钢样本在运动时表面平直，不会移动。

由于电磁吸盘需随滑座6一起运动，需采用滑线架向电磁吸盘提供电源。而且电磁吸盘与交流变频伺服电机9实现互锁，即电磁吸盘通电吸附带钢样本后才能启动交流变频伺服电机9，以保证设备及人员的安全。反之只有在交流变频伺服电机9停止后电磁吸盘才能失电。

所述直线运动控制装置12通过采用滚珠丝杠丝母7及变频伺服控制系统，能精确控制平台运动速度及加速度，能最真实地模拟带钢生产过程中的运动状态。同时为了方便试验能由人工设定参数，并具有按照固定模式重复运动等功能。

采用滚珠丝杠副传动方式具有传动效率高、无爬行、运转平稳、传动精度高等特点；而且现在滚珠丝杠副已经实现系列尺寸标准化生产，可降低制造成本。

由于滑座6的运动线速度最高需要达到1m/s，而本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台的长度为3m，加速行程只有1米，加速时间只有0.5秒。考虑到启动加速时间和减速停止时间，以及整个带钢模拟运动平台包括带钢样本在内运动时将产生较大的运动惯性，将本发明基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台长度定为3米。这样，加速行程约1.5m，根据运动学公式，其加速时间也只有约1.5秒。

由所述带钢模拟运动平台11的最高线速度计算出滚珠丝杠副的导程应为32mm，通过滚珠丝杠副强度的计算，选用滚珠丝杠直径为32mm。滚珠丝杠副规格型号：SFE3232-3，制造商：ABBA，导程：32mm，珠径：4.762mm，公称直径：32mm，精度等级：C3级，预压等级：P2级，刚性：40kgf/um，长度：约2.5m。

所述变频伺服控制系统采用交流变频伺服电机9和变频器，具有高响应性、高精度定位，高水平自动调谐，能轻易实现增益设置，其采用自适应控制，能有效降低振动。要达到滑座6的运动线速度最高1m/s，对应交流变频伺服电机9的转速需要1875r.p.m，采用交流变频伺服电机9控制可以方便实现速度调节，以满足滑座4的运动线速度从0.1m/s-1m/s可调要求。

交流变频伺服电机9采用日本三菱公司的产品，其技术参数如下：规格型号：HC-MFS73，额定功率：0.75KW，额定转速：3000r.p.m，额定转矩：2.4N.m，最大转矩：7.2N.m，结构型式：全封闭、自冷却(IP55)。

变频器技术参数如下：规格型号：MR-J2S-70A，控制方式：正弦波PWM控制，电流控制方式，动态制动：内置，速度频率响应：550Hz或以上。

所述相机和光源调节装置13的结构如图3所示，该装置和所述带钢模拟运动平台11无接触，能有效减少带钢模拟运动平台11运动过程中由于振动对相机和光源的影响，同时该装置可随沿着带钢模拟运动平台11作相对纵向移动，移动相机调节支架5、光源调节支架4可以任意选择拍摄位置。另外相机、光源调节支架5、4提供多种类型相机及光源安装座19，方便更换不同种类的相机和光源，并通过光源及相机角度调节装置，能实现高度方向、宽度方向、纵向角度高精度调节的要求。使摄像机和光源能多种角度拍摄以获得最佳缺陷样本图像。该相机、光源调节支架5、4保证三自由度可连续调整，纵向位置可调精度0.5mm，入射角度可调精度0.2度；平行角度校准调节精度0.2度。

所述相机、光源调节支架5、4的结构相同(参见图4、5所示)。它包括一横向滑轨18，该横向滑轨18穿设在一架体的上端，方向调节轮17与横向滑轨18相连(结合图8所示)。相机及光源安装座19与横向滑轨18滑动相连，即该相机及光源安装座19可在滑轨18上横向移动。该相机及光源安装座19上设有横向锁定螺钉20，当相机及光源安装座19位置固定后，通过横向锁定螺钉20锁紧定位，有效控制相机和光源对带钢样本拍摄的区域。

相机22和光源21固定在相机及光源安装座19上(结合图6、7所示)，转动方向调节轮17可转动横向滑轨18，进而调节相机22和光源21的角度。角度调节完成后可通过锁紧螺钉缩紧定位。

所述相机、光源调节支架5、4可相对相机和光源调节装置13的支架进行高度调节。在一个具体实施例中，相机、光源调节支架5、4套设在相机和光源调节装置13的支架中，并用锁紧螺钉锁紧定位。需要调节高度时，可使相机、光源调节支架5、4相对相机和光源调节装置13的支架移动，高度调节完后锁紧螺钉锁紧定位，根据需要调节相机调节支架5和光源调节支架4的相对高度。

本发明带钢表面缺陷检测的方法，包括如下步骤：

步骤1、收集带钢生产单位的带有缺陷的带钢样本；

步骤2、对带钢样本表面进行清洁化处理及规格化处理；

步骤3、利用带钢模拟运动平台吸附带钢样本，设定该平台的运动速度及加速度；

步骤4、调节相机及光源的入射和发射角度，启动运动控制开关，触发相机拍摄；

步骤5、根据获取的缺陷图像，重复步骤4；

步骤6、如果图像不符合要求，更换不同的相机和光源类型，循环步骤4-5，直到带钢缺陷形态在图像中最佳显示。

所述的规格化处理是将带钢样本处理成大体上为A4纸张的规格。

Claims (6)

1、一种基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，其特征在于：包括带钢模拟运动平台、直线运动控制装置、相机和光源调节装置；

所述带钢模拟运动平台包括一台架，该台架的上端面设有直线导轨，在该导轨上运动的滑座，设置在滑座上的电磁阵列吸附装置；

所述直线运动控制装置包括变频伺服控制系统，由该变频伺服控制系统驱动的滚珠丝杠丝母，所述滚珠丝杠丝母驱动所述滑座作匀速及加速运动；

所述相机和光源调节装置包括一可沿所述带钢模拟运动平台作相对纵向运动的支架，该支架的上部设置的相机调节支架和光源调节支架。

2、如权利要求1所述的基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，其特征在于：所述相机调节支架和光源调节支架设有可使多种类型相机及光源安装座。

3、如权利要求1所述的基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，其特征在于：所述电磁阵列吸附装置为多阵列电磁吸盘，该电磁吸盘采用多阵列形式均匀分布在滑座的箱体内部。

4、如权利要求3所述的基于机器视觉的带钢表面缺陷测试平台，其特征在于：所述电磁吸盘与变频伺服控制系统的交流变频伺服电机实现互锁，电磁吸盘通电吸附带钢样本后才能启动交流变频伺服电机；交流变频伺服电机停止后电磁吸盘才能失电。

5、一种利用如权利要求1所述的带钢表面缺陷测试平台进行带钢表面缺陷检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、收集带钢生产单位的带有缺陷的带钢样本；

步骤2、对带钢样本表面进行清洁化处理及规格化处理；

步骤3、利用带钢模拟运动平台吸附带钢样本，设定该平台的运动速度及加速度；

步骤4、调节相机及光源的入射和发射角度，启动运动控制开关，触发相机拍摄；

步骤5、根据获取的缺陷图像，重复步骤4；

步骤6、如果图像不符合要求，更换不同的相机和光源类型，循环步骤4-5，直到带钢缺陷形态在图像中最佳显示。

6、如权利要求5所述的带钢表面缺陷检测的方法，其特征在于，步骤2所述的规格化处理是将带钢样本处理成大体上为A4纸张的规格。

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