CN206772850U - 用于智能检测产品表面缺陷的ccd线扫相机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及视觉检测设备技术领域，特别涉及一种用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统，包括支架(1)、CCD线扫相机(2)若干、LED条形光源(3)、FPGA处理卡装置(4)、光电编码器(5)、收料卷筒(6)和打标机(7)，所述CCD线扫相机(2)安装在支架(1)上方，所述LED条形光源(3)也安装在支架(1)上且照明朝向产品表面，所述光电编码器(5)与收料卷筒(6)信号连接，所述光电编码器(5)、CCD线扫相机(2)和打标机(7)分别与FPGA处理卡装置(4)信号连接，所述光电编码器(5)还与CCD线扫相机(2)信号连接。

Description

用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统

技术领域

本实用新型涉及视觉检测设备技术领域，特别涉及一种用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统。

背景技术

工业产品的表面瑕疵严重影响产品本身的质量，如何避免表面瑕疵进行质量控制一直是生产企业面临的最大问题，传统的人工检测费用昂贵，检测人员容易疲劳以及容易瑕疵漏检等弊端，已经难以适应高速的生产系统，视觉检测在工业中的应用为表面瑕疵检测提供新的解决方案。

表面瑕疵检测系统凝聚了机器视觉领域的多项先进技术应用，并融入了多项创新的检测理念，既可以和现有的生产线无缝对接实时在线检测，也可以离线进行检查。检测精确、稳定、快速、可大幅度提高生产的柔性及自动化程度以提高生产效率。在当前大批量工业自动化生产过程中，用人工检查产品质量效率过低且精度不高和其他一些人工视觉检测难以满足要求的场合，表面瑕疵检测系统正在迅速取代人工视觉检测。事实上，也正因为如此，在世界上现代自动化生产过程中表面瑕疵检测系统已广泛应用于带钢、薄膜、金属、纸张、无纺布、玻璃等领域。

工业相机是现代自动化生产过程中表面瑕疵检测系统中机器视觉系统用来获取图像的核心部分，一般分为线阵CCD相机和面阵CCD相机，线阵相机一般使用在需要移动产品或相机的场合，而面阵相机产品是可以固定的。从产品和效率进行比对，线扫相机都有一定的优势，以IPAD Min i为例，假设精度为0.01mm,如果使用500W像素的面阵相机，检测其外观尺寸，按照一个像素代表0.01mm来计算，至少需要56台相机，如果使用16k像素的线扫相机，则只需要一台。从效率上看，需要采用多台面阵相机，首先要考虑相机的安装位置，每台相机要配置相同的光源，最重要的是每台相机需要标定，最后每台相机的数据需要汇总后再处理。如果使用线阵相机，只需要1台相机和相应的光源，对一台相机进行标定，对一台相机的数据进行处理。

因为线阵相机每次拍摄的只有细细的一条线，且相机扫描频率非常快，相当于曝光时间特别短，这就对光源的亮度提出了很高的要求。同时线扫描大多用宽幅检测，图像的均匀与否和光源的均匀性有着直接的关系。一般线扫项目中，常用的光源有LED光源、卤素灯、高频荧光灯。卤素灯的亮度特别高，但寿命短。荧光灯最大的缺点是有闪烁，衰减速度快。LED光源是目前主流的机器视觉光源。特点是寿命长、稳定性好、功耗非常小。因此针对快速运动检测场合，光源需要使用特殊结构的线性光源，一般光源很难满足使用要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统。

实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统，包括支架、CCD线扫相机若干、LED条形光源、FPGA处理卡装置、光电编码器、收料卷筒和打标机，所述CCD线扫相机安装在支架上方，所述LED条形光源也安装在支架上且照明朝向产品表面，所述光电编码器与收料卷筒信号连接，所述光电编码器、CCD线扫相机和打标机分别与FPGA处理卡装置信号连接，所述光电编码器还与CCD线扫相机信号连接。

作为优选，所述CCD线扫相机采用TTL触发和光耦触发。

作为优选，所述LED条形光源也安装在支架上且照明朝向产品表面是指所述LED条形光源安装在支架的底部且发光面朝向CCD线扫相机。

作为优选，所述LED条形光源包括散热片、光源侧板、点阵光源、聚光棒、有机雾化玻璃和光源端盖，所述点阵光源安装在散热片上，所述点阵光源的光路依次经过聚光棒、有机雾化玻璃和光源端盖，所述光源侧板将散热片、点阵光源、聚光棒、有机雾化玻璃和光源端盖封装其内。

本实用新型的优点和积极效果是：使用自制的线扫光源LED灯珠，使用寿命长，通过聚光镜将发散的光聚为线状光照射，可产生高亮度照明，其照射长度可根据检测特征的幅宽而特别设计，长度可达几米。

采用外部触发结合编码器的模式进行CCD拍照适应产线速度，实时触发拍照，消除了产线运动速度不平稳造成的失真或者模糊。

使用编码器与FPGA，对相关脉冲计数，可以准确统计拍摄图像所在的位置，便于缺陷的标记与剔除。

整套系统可以使用在高速运行的产线缺陷检测，提高了生产效率，解放了人力。

附图说明

图1是本实用新型的用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统的结构示意图。

图2是本实用新型的LED条形光源的结构示意图。

图3是本实用新型的用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统的连接框图。

图4为本实用新型的CCD线扫相机的触发信号处理流程图。

附图说明：1、支架，2、CCD线扫相机，3、LED条形光源，31、散热片，32、光源侧板，33、点阵光源，34、聚光棒，35、有机雾化玻璃，36、光源端盖，4、FPGA处理卡装置，5、光电编码器，6、收料卷筒，7、打标机。

具体实施方式

如图所示，一种用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统，包括支架1、CCD线扫相机2若干、LED条形光源3、FPGA处理卡装置4、光电编码器5、收料卷筒6和打标机7，所述CCD线扫相机2安装在支架1上方，所述LED条形光源3也安装在支架1上且照明朝向产品表面，所述光电编码器5与收料卷筒6信号连接，所述光电编码器5、CCD线扫相机2和打标机7分别与FPGA处理卡装置4信号连接，所述光电编码器5还与CCD线扫相机2信号连接；所述CCD线扫相机2采用TTL触发和光耦触发；所述LED条形光源3也安装在支架1上且照明朝向产品表面是指所述LED条形光源3安装在支架1的底部且发光面朝CCD线扫相机2；所述LED条形光源3包括散热片31、光源侧板32、点阵光源33、聚光棒34、有机雾化玻璃35和光源端盖36，所述点阵光源33安装在散热片31上，所述点阵光源33的光路依次经过聚光棒34、有机雾化玻璃35和光源端盖36，所述光源侧板32将散热片31、点阵光源33、聚光棒34、有机雾化玻璃35和光源端盖36封装其内。

本系统主要是使用CCD线扫相机来进行缺陷实时检测，整套系统包括CCD相机、LED线性光源、光电编码器、图像采集卡、图像处理软件等。

由于拍摄物体和CCD之间存在相对运动，因此通过连续扫描可形成二维图像，当扫描速率足够高时，就可以消除运动模糊。在运动状态下通常选用线阵CCD相机以满足帧率及拍摄视场较大的要求，在选择CCD相机时，需要考虑如下几点：1、图像分辨率2、颜色选择3、输出接口形式；与CCD相机配套的另外一个重要器件是镜头。合理选择并安装光学镜头是保证清晰成像的基础。选择光学镜头应注意：1.保证镜头和CCD相机相匹配2.根据实际工作距离或预留空间计算确定焦距

光源的好坏对系统最终测量的精度有很大的影响，要获取更好的图像质量，光源的均匀性和照度必须达到很高的标准，为实现这一目的，本系统选择线性LED光源，该光源能迅速达到稳定照明状态，并且可高亮度输出，具有高均匀性和寿命长等特点，因此线阵光源可在产品区域形成一道狭细的均匀照明亮带。

本系统采用外部触发的模式触发相机进行采图，系统需要对触发信号进行处理。脉冲信号通过Cameralink线传送给线阵相机，触发信号处理流程如图4所示，触发信号的极性有两种，为行触发信号和帧触发信号。一般选择行触发信号的上升沿触发；本系统可选择TTL触发作为触发信号的输入源。整个触发信号的处理过程都在FPGA里完成，由于FPGA对信号的毛刺非常敏感，需要进行去抖处理；去抖处理完成后，信号输送给相机的内部驱动模块，由相机内部驱动模块驱动相机，扫描目标区域完成拍摄。

为了准确定位缺陷位置信息，计米变为系统必不可少的一部分。本系统通过安装光电编码器获得脉冲，通过对脉冲进行处理获得米数信息；具体设计如下：假设光电编码器直径为D，N为FPGA统计的脉冲总数，n为光电编码器每转动一圈产生的脉冲数，则米数可标记为：

L＝πDN/n

当检测产品与光电编码器相对运动时，光电编码器会产生脉冲，并将其传至线阵CCD相机，相机一个脉冲扫描一行。在相机控制软件中设置好相机的行频、曝光、存储格式等。即可采集到实时显示的图像。图像传输到工控机，通过检测软件对图像进一步处理。

在具体实施时，CCD相机安装在支架上，CCD相机数量可以根据产品幅宽与产品检测精度进行选择。光源根据材料的特性，可以安装在检测产品的上表面或是下表面，对光源和相机来说有效的工作区域都是一个窄条，也就是保证光源照在这个最亮的窄条与相机芯片完全平行。同时由于幅宽比较宽，对于线光源有两个特别的要求，就是均匀性和直线性。因为线光源不同位置的亮暗差异，会直接影响到图像的亮度高低。这一点LED光源比较好控制。出光部分的直线性，取决于LED发光角度的一致性、聚光透镜的直线性以及光源外壳的直线性。

光电编码器一般安装在与检测产品有相对运动的的收料卷筒上，系统通过FPGA处理卡装置对光电编码器脉冲进行统计来计米，同时脉冲信号驱动相机进行行扫描来采集图像。

检测系统在检测出缺陷时，会计算出缺陷的横纵向坐标位置，系统计算出相应的打标距离，并发送相应的打标信号给打标机。

打开相关控制电源，产线运行后，通过光电编码器采集相关脉冲信号到CCD相机，相机根据所设置的扫描频率对图像进行实时采集，每幅图像采集完后将图像传送到检测系统，检测系统通过相应的检测算法对图像进行实时检测，若发现缺陷，则记录相关的缺陷信息，同时通过IO模块进行声光报警，并读取光电编码器的脉冲数进行缺陷位置计算，若需要打标，则可以发送打标信号给打标机，打标机则会在相应缺陷位置处打上缺陷标签。

该光源主要由散热片、光源侧板、点阵光源、聚光棒、有机雾化玻璃和光源端盖组成，安装时通过光源端盖可以调节光源的安装角度。点阵光源发出的光通过聚光棒的聚光可以更加均匀更加亮。

同时在侧板内部添加散热片防止由于局部温度过高造成光源的烧坏。

线阵CCD相机的触发方式分为内触发和外触发。内触发方式就是相机自己控制扫描的时间。外触发方式是由外部条件来控制图像的采集。对于内触发方式，需要事先设定好相机的扫描频率来进行扫描图像。这种扫描方式需准确控制好拍摄物体和相机的相对运动速度，否则会造成图像的失真，采用外触发模式的话需确保在不同的速度条件下触发相机的脉冲也不同。综合比对内外触发的优缺点，本系统采用外部触发方式。

在实际生产过程中，由于环境与产线速度的影响，人眼往往不能及时准确地判断出瑕疵，CCD所获取的图像需及时传给相应的检测系统进行实时处理，图像处理软件一般可以实时进行缺陷检测与缺陷位置信息记录，同时可以进行声光报警与缺陷位置打标，达到对产品质量100％的管控。

以上述依据实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统，其特征在于：包括支架(1)、CCD线扫相机(2)若干、LED条形光源(3)、FPGA处理卡装置(4)、光电编码器(5)、收料卷筒(6)和打标机(7)，所述CCD线扫相机(2)安装在支架(1)上方，所述LED条形光源(3)也安装在支架(1)上且照明朝向产品表面，所述光电编码器(5)与收料卷筒(6)信号连接，所述光电编码器(5)、CCD线扫相机(2)和打标机(7)分别与FPGA处理卡装置(4)信号连接，所述光电编码器(5)还与CCD线扫相机(2)信号连接。

2.根据权利要求1所述的用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统，其特征在于：所述CCD线扫相机(2)采用TTL触发和光耦触发。

3.根据权利要求1所述的用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统，其特征在于：所述LED条形光源(3)也安装在支架(1)上且照明朝向产品表面是指所述LED条形光源(3)安装在支架(1)的底部且发光面朝向CCD线扫相机(2)。

4.根据权利要求1所述的用于智能检测产品表面缺陷的CCD线扫相机系统，其特征在于：所述LED条形光源(3)包括散热片(31)、光源侧板(32)、点阵光源(33)、聚光棒(34)、有机雾化玻璃(35)和光源端盖(36)，所述点阵光源(33)安装在散热片(31)上，所述点阵光源(33)的光路依次经过聚光棒(34)、有机雾化玻璃(35)和光源端盖(36)，所述光源侧板(32)将散热片(31)、点阵光源(33)、聚光棒(34)、有机雾化玻璃(35)和光源端盖(36)封装其内。