CN216449449U - 一种表面检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种表面检测装置，包括线阵相机、线激光扫描仪、上位机和用于提供光线的工作光源；线阵相机用于出射第一扫描线到检测对象的待检测面上，线扫描待检测面得到第一数据集；线激光扫描仪用于出射第二扫描线到待检测面上线扫描待检测面得到第二数据集；上位机分别连接线阵相机和线激光扫描仪，以获取并分析第一数据集和第二数据集，得到待检测面的表面检测结果。本实用新型通过线阵相机和线激光扫描仪相结合的方式实现表面检测，能够同时兼顾二维信息及三维信息的信息处理、且能在运动状态下进行检测，实现更好的表面检测效果。线阵相机、线激光扫描仪被集成在同一位置上，占用空间小。

Description

一种表面检测装置

技术领域

本实用新型涉及表面检测领域，特别涉及一种表面检测装置。

背景技术

传统的工业生产制造，由于技术的限制主要采用人工检测的方法去检测产品表面的缺陷，这种方法由于人工的限制和技术的落后，不仅产品检测的速度慢、效率低下，而且在检测的过程中容易出错，从而导致了检测结果的不精确。

现有技术中出现了利用机器进行表面检测的技术。然而，在自动化的检测领域之中，随着生产目标复杂度的增加，单纯的二维检测或三维检测已无法满足日益增产的产品需求。在具体应用中，客户不仅要求对产品二维平面的表面缺陷进行检测，也会要求设备对其立体尺寸信息进行分析。

因此，同时兼顾二维信息及三维信息的信息处理将对行业应用愈发显得重要。然而，现有技术中，表面检测领域在进行二维信息及三维信息数据处理方法之中，通常都是设计两个独立的工站分别完成二维方面和三维方面的需求，空间成本高。且现有的检测技术普遍需要待检测对象处于静止状态下，而待检测对象在运动状态下无法进行检测，导致检测时间长、检测效率低。

因此，需要一种能够兼顾二维信息及三维信息的信息处理、能在运动状态下进行检测的表面检测方案，能够解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的弊端，提出了一种表面检测装置。具体方案如下：

一种表面检测装置，包括线阵相机、线激光扫描仪、上位机、驱动器和用于提供光线的工作光源；

所述线阵相机用于出射第一扫描线到检测对象的待检测面上，线扫描所述待检测面得到第一数据集；所述线激光扫描仪用于出射第二扫描线到所述待检测面上线扫描所述待检测面得到第二数据集；

所述驱动器分别连接所述线阵相机、所述线激光扫描仪和所述工作光源；

所述上位机分别连接所述线阵相机和所述线激光扫描仪，用于获取所述第一数据集和所述第二数据集，得到所述待检测面的表面检测结果。

在一个具体实施例中，所述第一扫描线和所述第二扫描线在所述待检测面上重合为一条采集线，以使所述线阵相机和所述线激光扫描仪始终采集相同位置上的数据。

在一个具体实施例中，所述驱动器包括同步驱动电路；

所述同步驱动电路分别连接所述线阵相机和所述线激光扫描仪，以使所述线阵相机和所述线激光扫描仪按预设频率同步采集同一位置上的数据。

在一个具体实施例中，所述驱动器包括高频驱动电路；

所述高频驱动电路分别连接所述工作光源和所述线激光扫描仪，用于驱动所述工作光源和所述线激光扫描仪交替运行，以实现所述工作光源和所述线激光扫描仪为所述表面检测装置交替提供光线。

在一个具体实施例中，所述驱动器包括驱动电路；

所述驱动电路用于驱动所述表面检测装置运动，使所述采集线相对于所述待检测面做匀速运动。

在一个具体实施例中，还包括运动平台，所述驱动器包括运动驱动电路，所述检测对象位于所述运动平台上；

所述运动驱动电路电性连接所述运动平台，用于驱动所述运动平台运动，以使所述检测对象在所述运动平台的带动下、相对于所述采集线做匀速运动。

在一个具体实施例中，所述工作光源位于所述线激光扫描仪和所述线阵相机之间、且位于所述采集线的正上方。

在一个具体实施例中，所述高频驱动电路用于生成高频信号并交替发送给所述线激光扫描仪和所述工作光源，所述线激光扫描仪用于根据所述高频信号采集数据；

所述高频驱动电路生成高频信号的频率是所述线激光扫描仪采集数据频率的整数倍。

在一个具体实施例中，所述运动平台的工作频率在100kHz以上。

在一个具体实施例中，所述第一数据集和所述第二数据集都为二维数据，在列数相等、在行数上不等且具有线性比例关系；

所述上位机用于对所述第二数据集进行插值，以使插值后的第二数据集在行数上与所述第一数据集相同。

有益效果：

本实用新型提供了一种表面检测装置，通过线阵相机和线激光扫描仪相结合的方式实现表面检测，能够同时兼顾二维信息及三维信息的信息处理、且能在运动状态下进行检测，实现更好的表面检测效果。线阵相机、线激光扫描仪被集成在同一位置上，占用空间小。线激光扫描仪和工作光源交替为装置提供光源，使线激光扫描仪在采集数据时不受工作光源的干扰。通过高精度的驱动器输出不同的驱动信号，实现装置的实时性驱动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型提出的表面检测装置的模块示意图；

图2为本实用新型提出的模块位置示意图。

附图标记：1-线阵相机；2-线激光扫描仪；3-工作光源；4-上位机；5-驱动器；6-运动平台；51-高频驱动电路；52-同步驱动电路；53-运动驱动电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的说明书附图1-说明书附图2，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。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的劳动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。

本实施例提出了一种表面检测装置，包括线阵相机1、线激光扫描仪2、上位机4和用于提供照明的工作光源3。线阵相机1用于出射第一扫描线到检测对象的待检测面上，线扫描待检测面得到第一数据集；线激光扫描仪2用于出射第二扫描线到待检测面上，线扫描待检测面得到第二数据集。上位机4分别连接线阵相机1和线激光扫描仪2，以获取并分析第一数据集和第二数据集，得到待检测面的表面检测结果。此外，还包括用于产生驱动信号的驱动器5，驱动器5中包括多个驱动电路，通过输出各种不同类型的驱动信号，对整个装置进行高实时性的驱动。

线阵相机1是采用线阵图像传感器的相机。线阵相机1的典型应用领域是检测连续的材料，例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动，利用一台或多台相机对其逐行连续扫描，以达到对其整个表面均匀检测。线阵相机1，顾名思义是呈“线”状的扫描，扫描出的图像也是二维图像。扫描行的坐标由光栅提供，高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度，因此，线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像。

线激光扫描仪2是通过扫描技术来测量工件的尺寸及形状等工作的一种仪器，线激光扫描仪2必须采用一个稳定度及精度良好的旋转马达，当光束打到由马达所带动的多面棱规反射而形成扫描光束。由于多面棱规位于扫描透镜的前焦面上，并均匀旋转使激光束对反射镜而言，其入射角相对地连续性改变，因而反射角也作连续性改变，经由扫描透镜的作用，形成一平行且连续由上而下的扫描线。

线阵相机1和线激光扫描仪2可同步扫描，也可非同步扫描，每次的扫描区域可相同也可不同。在本实施例中，线阵相机1和线激光扫描仪2同时扫描待检测面上的同一个位置，即扫描同步且扫描区域同步。

具体地，线阵相机1和线激光扫描仪2被固定到同一个工作位置上，能够检测同一区域且同时采集数据。现有技术中，通常都是设计两个独立的工站分别完成二维方面和三维方面的需求，空间成本高。而本实施例将线阵相机1和线激光扫描仪2集成到一起，占用空间小，能够显著降低空间成本。

由于线阵相机1与线激光扫描仪2的工作原理均为每次采集一条线的数据，因此两个传感器可以同时检测平面上的同一条线上的数据。线阵相机1出射第一扫描线到检测对象的待检测面上，线扫描待检测面得到第一数据集；线激光扫描仪2出射第二扫描线到待检测面上线扫描待检测面得到第二数据集。示例性的，扫描时的运动状态侧视图说明书附图2所示，其中虚线表示线阵相机1和线激光扫描仪2线的扫描区域所在的平面，由附图可看出，第一扫描线和第二扫描线之间重合，即为采集线，通过调整位置，使采集线在待检测面上，以实现线阵相机1和线激光扫描仪2线同时采集位于待检测面上的同一直线上的数据。

在本实施例中，通过驱动器5实现线阵相机1和线激光扫描仪2的扫描同步。其中，驱动器5包括同步驱动电路52。同步驱动电路52分别连接线阵相机1和线激光扫描仪2，以使线阵相机1和线激光扫描仪2按预设频率同步采集同一位置上的数据。其中，预设频率可自由设置。同步驱动电路52分别发送同步信号给线阵相机1和线激光扫描仪2，以使线阵相机1和线激光扫描仪2同时扫描。

扫描区域同步可通过调整线阵相机1和线激光扫描仪2实现，使第一扫描线和第二扫描线重合。例如，调整线阵相机1和线激光扫描仪2的角度或高度，使第一扫描线和第二扫描线在待检测面重合。

在本实施例中，可通过驱动器5驱动工作光源3和线激光扫描仪2交替运行，以实现交替照明。具体地，驱动器5还包括高频驱动电路51。高频驱动电路51分别连接工作光源3和线激光扫描仪2，用于驱动工作光源3和线激光扫描仪2交替运行，以实现工作光源3和线激光扫描仪2为表面检测装置交替提供光线。将线激光扫描仪2作为光源和传感器加入表面检测装置中。说明书附图2中提供了一种工作光源3、线阵相机1和线激光扫描仪2之间的位置关系。工作光源3位于线激光扫描仪2和线阵相机1之间、且位于采集线的正上方。

高频驱动电路51用于生成高频信号并交替发送给线激光扫描仪2和工作光源3，线激光扫描仪2用于根据高频信号采集数据；高频驱动电路51生成高频信号的频率是线激光扫描仪2采集数据频率的整数倍。当线激光扫描仪2为装置提供光源时，工作光源3停止运行；当工作光源3为装置提供光源时，线激光扫描仪2停止运行，以使线激光扫描仪2的传感器可不受工作光源3干扰下进行高频工作。线激光扫描仪2也可作为传感器采集数据，采集的第二数据集是能够表达检测对象立体三维信息的二维数据集。而线阵相机1采集的第一数据集，代表了检测对象的二维灰度信息。此外，线阵相机1与线激光扫描仪2中的传感器均为数字传感器，采集的每一行的数据都是有限整量的。

在本实施例中，第一数据集和第二数据集均为二维数据集，在列数相等，在行数上不等且具有线性比例关系。设线阵相机1采集的第一数据集为Da，可表示为{Da(a，x)|a＝1，2，...m，x＝1，2，...N}；线激光扫描仪2采集的第二数据集为Dr，可表示为(Dr(b，y)|b＝1，2，...m，y＝1，2，...N}；其中，x、y表示数据集的列数，且x＝y，a、b表示数据集的行数，且a＝tb，b＞1。

数据集Da及Dr都是采集相同目标在同一个位置上的信息，其中Da数据表示了目标的二维辉度信息，Dr代表了目标的立体三维信息。此外，线阵相机1与线激光扫描仪2中的传感器均为数字传感器，采集的每一行的数据都是有限整量的，如第x行数据中，Da包括16000个数据点，而Dr包括4200个数据点。由于线阵相机1与线激光扫描仪2是固定的，每一行采集的数据量也是固定的，a与b具有固定的线性比例关系。且现有的传感器技术中，线激光扫描仪2获得的成像点云的数据稠密程度远不及线阵相机1成像数据的稠密程度，因此，a是b的倍数，即a＝tb，b＞1。

假设线阵相机1采集的数据量为t，线激光扫描仪2采集的数据量为：

其中，M为不小于2的整数，T为线激光扫描仪2采集的数据量。

基于此，可将所采集到第一数据集和第二数据集进行整合，构成完整的数据集合，设数据集合为Data，可表示为：

其中，t表示线性比例关系，N为自然数，x、y表示数据集的列数，且x＝y，a、b表示数据集的行数，且a＝tb，b＞1，Data表述数据集合，Da表示第一数据集，Dr表示第二数据集。

上位机4将稀疏数据的集合Dr(b，x)通过计算的方法扩展成稠密的数据集合Dr(tb，x)，在Dr数据集之中插入特定数量个数据点，即将第二数据集中插入b(t-1)*x个数据点，由Dr(b，y)扩展为Dr(tb，y)。

其中，采集线与待检测面之间存在相对运动，既包括采集线运动、待检测面不动且采集线相对于待检测面做匀速运动，也包括待检测面运动、采集线不动且待检测面相对于采集线做匀速运动。在不同的应用场景下，可设置不同的运动状态。以待检测面相对于采集线做匀速运动为例。示例性的，驱动器包括驱动电路，驱动电路用于驱动所述表面检测装置运动，使采集线相对于待检测面做匀速运动。通过驱动电路驱动表面检测装置运动，使采集线运动，逐步采集数据。

在本实施例中，通过设置运动驱动电路53使待检测面相对于采集线做匀速运动。具体地，表面检测装置还包括运动平台。驱动器5包括运动驱动电路53，运动平台和运动驱动电路53电性连接，检测对象位于运动平台上。运动驱动电路53连接运动平台，以使检测对象在运动平台的带动下、相对于待检测面做匀速运动。优选地，运动平台的工作频率在100kHz以上。运动平台包括但不限于任何一种已知的具备传递功能的器件。

本实用新型提供了一种表面检测装置，通过线阵相机和线激光扫描仪相结合的方式实现表面检测，能够同时兼顾二维信息及三维信息的信息处理、且能在运动状态下进行检测，实现更好的表面检测效果。线阵相机、线激光扫描仪被集成在同一位置上，占用空间小。线激光扫描仪和工作光源交替为装置提供光源，使线激光扫描仪在采集数据时不受工作光源的干扰。通过高精度的驱动器输出不同的驱动信号，实现装置的实时性驱动。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本实用新型序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施场景，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种表面检测装置，其特征在于，包括线阵相机、线激光扫描仪、上位机、驱动器和用于提供光线的工作光源；

所述线阵相机用于出射第一扫描线到检测对象的待检测面上，线扫描所述待检测面得到第一数据集；所述线激光扫描仪用于出射第二扫描线到所述待检测面上线扫描所述待检测面得到第二数据集；

所述驱动器分别连接所述线阵相机、所述线激光扫描仪和所述工作光源；

所述上位机分别连接所述线阵相机和所述线激光扫描仪，用于获取所述第一数据集和所述第二数据集，得到所述待检测面的表面检测结果。

2.根据权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，所述第一扫描线和所述第二扫描线在所述待检测面上重合为一条采集线，以使所述线阵相机和所述线激光扫描仪始终采集相同位置上的数据。

3.根据权利要求2所述的表面检测装置，其特征在于，所述驱动器包括同步驱动电路；

所述同步驱动电路分别连接所述线阵相机和所述线激光扫描仪，以使所述线阵相机和所述线激光扫描仪按预设频率同步采集同一位置上的数据。

4.根据权利要求2所述的表面检测装置，其特征在于，所述驱动器包括高频驱动电路；

所述高频驱动电路分别连接所述工作光源和所述线激光扫描仪，用于驱动所述工作光源和所述线激光扫描仪交替运行，以实现所述工作光源和所述线激光扫描仪为所述表面检测装置交替提供光线。

5.根据权利要求2所述的表面检测装置，其特征在于，所述驱动器包括驱动电路；

所述驱动电路用于驱动所述表面检测装置运动，使所述采集线相对于所述待检测面做匀速运动。

6.根据权利要求2所述的表面检测装置，其特征在于，还包括运动平台，所述驱动器包括运动驱动电路，所述检测对象位于所述运动平台上；

所述运动驱动电路电性连接所述运动平台，用于驱动所述运动平台运动，以使所述检测对象在所述运动平台的带动下、相对于所述采集线做匀速运动。

7.根据权利要求5所述的表面检测装置，其特征在于，所述工作光源位于所述线激光扫描仪和所述线阵相机之间、且位于所述采集线的正上方。

8.根据权利要求4所述的表面检测装置，其特征在于，所述高频驱动电路用于生成高频信号并交替发送给所述线激光扫描仪和所述工作光源，所述线激光扫描仪用于根据所述高频信号采集数据；

所述高频驱动电路生成高频信号的频率是所述线激光扫描仪采集数据频率的整数倍。

9.根据权利要求6所述的表面检测装置，其特征在于，所述运动平台的工作频率在100kHz以上。

10.根据权利要求1所述的表面检测装置，其特征在于，所述第一数据集和所述第二数据集都为二维数据，在列数相等、在行数上不等且具有线性比例关系；

所述上位机用于对所述第二数据集进行插值，以使插值后的第二数据集在行数上与所述第一数据集相同。

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