一種基于數(shù)字投影的產(chǎn)品表面質(zhì)量在線檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字投影的產(chǎn)品表面質(zhì)量在線檢測(cè)方法，避免了現(xiàn)有的一些檢測(cè)方法的弊端，如照明環(huán)境不確定、產(chǎn)品傳送過程振動(dòng)、多種缺陷相互影響等；其實(shí)現(xiàn)過程是：(1)將面陣相機(jī)架安裝在產(chǎn)品生產(chǎn)線正上方，再在相機(jī)架正中央安裝一臺(tái)面陣相機(jī)，以采集生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像；(2)在面陣相機(jī)的一側(cè)，產(chǎn)品生產(chǎn)線上一定高度上安裝數(shù)字投影儀作為白光和條紋結(jié)構(gòu)光投影系統(tǒng)；(3)通過計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))上編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)投影及定時(shí)圖像采集，通過數(shù)字圖像處理算法對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各種二維和三維缺陷的檢測(cè)；本發(fā)明采用數(shù)字投影和機(jī)器視覺結(jié)合的方法在產(chǎn)品表面質(zhì)量在線檢測(cè)過程中具有實(shí)時(shí)快速測(cè)量和精確監(jiān)控的能力。
【專利說明】
一種基于數(shù)字投影的產(chǎn)品表面質(zhì)量在線檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明是一種基于數(shù)字投影的產(chǎn)品表面質(zhì)量在線檢測(cè)方法，具體的說，本發(fā)明是通過分時(shí)投影法分別將一幅白光圖像以及在某一方向上呈余弦函數(shù)分布的黑白條紋圖像投射至被測(cè)產(chǎn)品表面，同時(shí)通過面陣相機(jī)分別實(shí)時(shí)拍攝被測(cè)產(chǎn)品表面圖像，然后輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過數(shù)字圖像處理算法實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)產(chǎn)品表面的二維及三維缺陷的在線檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于制造工業(yè)在我國屬于支柱型產(chǎn)業(yè)，并隨著制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)與能力逐年發(fā)展與增大，對(duì)于制造出的產(chǎn)品質(zhì)量要求在不斷提高。除產(chǎn)品自身性能及指標(biāo)以外;產(chǎn)品表面好壞也作為其質(zhì)量判定的主要因素；因此產(chǎn)品表面缺陷自動(dòng)在線檢測(cè)已成為企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量重要方法之一;產(chǎn)品表面缺陷不僅有二維形式上的缺陷，如污點(diǎn)、錯(cuò)印、劃痕等;還存在對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響更加嚴(yán)重的三維缺陷，例如缺損、凸包、深坑等。目前國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)出基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)來代替人工實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品表面缺陷的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，其主要通過工業(yè)攝像機(jī)獲取產(chǎn)品表面圖像，并輸入至計(jì)算機(jī)內(nèi)，根據(jù)采集圖像中的灰度值、顏色信息等特征來實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品表面各種缺陷的檢測(cè)與識(shí)別，其中產(chǎn)品表面三維缺陷對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響是十分嚴(yán)重甚至無法彌補(bǔ)的;考慮到產(chǎn)品(例如:木板、集成電路板)在生產(chǎn)線傳送過程中存在著振動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)照明環(huán)境不確定性，極大地影響到產(chǎn)品表面三維缺陷檢出，因此開發(fā)出一套可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品表面二維缺陷及三維缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別與區(qū)分的計(jì)算機(jī)視覺自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本方案的突出優(yōu)點(diǎn)是通過投影白光或條紋結(jié)構(gòu)光，并通過面陣相機(jī)成像分別實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品表面二維及三維缺陷的檢測(cè)，從而能夠避免現(xiàn)有的一些檢測(cè)方法的弊端，如照明環(huán)境不確定、產(chǎn)品傳送過程振動(dòng)、多種缺陷相互影響等。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于數(shù)字投影的產(chǎn)品表面質(zhì)量在線檢測(cè)方法，包括下列部分:
[0005]第一部分為生產(chǎn)線上產(chǎn)品圖像采集系統(tǒng)；
[0006]將面陣相機(jī)架安裝在產(chǎn)品生產(chǎn)線正上方；
[0007]進(jìn)一步的在相機(jī)架正中央安裝一臺(tái)面陣相機(jī)，以采集生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像;相機(jī)架高度要滿足面陣相機(jī)拍攝視場(chǎng)范圍，即保證安裝在相機(jī)架上的面陣相機(jī)能夠拍攝到生產(chǎn)線橫向?qū)挾葍?nèi)所有產(chǎn)品；
[0008]第二部分為白光及條紋結(jié)構(gòu)光投影系統(tǒng)；
[0009]本發(fā)明采用數(shù)字投影儀作為白光和條紋結(jié)構(gòu)光投影系統(tǒng)；
[0010]進(jìn)一步的在面陣相機(jī)的一側(cè)，產(chǎn)品生產(chǎn)線上一定高度上安裝本投影系統(tǒng)；
[0011]進(jìn)一步的投影系統(tǒng)的高度可以與相機(jī)高度相等，也可以不等；
[0012]進(jìn)一步的相機(jī)與投影系統(tǒng)的連線在生產(chǎn)線上投影與相機(jī)架之間的夾角為α，其中O<α< 900；
[0013]進(jìn)一步的通過計(jì)算機(jī)編程方式投射白光為產(chǎn)品表面二維缺陷檢測(cè)光源，投射在生產(chǎn)線上的范圍小于或等于面陣相機(jī)采集的拍攝視場(chǎng)范圍；當(dāng)生產(chǎn)線上產(chǎn)品表面存在二維缺陷時(shí)，可以很好的成像于面陣相機(jī)內(nèi)；
[0014]進(jìn)一步的通過計(jì)算機(jī)編程方式投射條紋結(jié)構(gòu)光為產(chǎn)品表面三維缺陷檢測(cè)光源，投射在生產(chǎn)線上的范圍要小于或等于面陣相機(jī)采集的拍攝視場(chǎng)范圍，同時(shí)要求在lm*lm的范圍內(nèi)，明亮級(jí)的條紋的數(shù)量要大于等于80條；
[0015]進(jìn)一步的；當(dāng)生產(chǎn)線上產(chǎn)品存在一定三維缺陷(如凸包，凹陷)時(shí);將導(dǎo)致成像于面陣相機(jī)的條紋圖像發(fā)生形變;通過該形變可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品表面三維缺陷的檢測(cè)與識(shí)別。
[0016]第三部分為視覺成像處理系統(tǒng)；
[0017]通過計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))上編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)投影及定時(shí)圖像采集；
[0018]進(jìn)一步的通過面陣相機(jī)分別得到白光投影條件下生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像，以及條紋結(jié)構(gòu)光條件下生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像；
[0019]進(jìn)一步的由面陣相機(jī)采集的圖像通過千兆網(wǎng)口或USB口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(或工控機(jī))上進(jìn)行處理；
[0020]進(jìn)一步的當(dāng)產(chǎn)品表面存在各種二維缺陷(如污漬、錯(cuò)印、劃痕等)時(shí)，通過數(shù)字圖像處理算法對(duì)白光投影條件下拍攝的產(chǎn)品表面圖像進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各種二維缺陷的檢測(cè)；
[0021]當(dāng)產(chǎn)品表面存在各種三維缺陷(如凸包，凹陷等)時(shí)，通過數(shù)字圖像處理算法對(duì)結(jié)構(gòu)光投影條件下拍攝的產(chǎn)品表面圖像進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各種三維缺陷的檢測(cè)；
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2為本發(fā)明產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)原理圖。
[0024]圖1中，I為計(jì)算機(jī)，2為面陣相機(jī)，3為數(shù)字投影儀，4為待檢測(cè)產(chǎn)品，5為流動(dòng)生產(chǎn)線，6為生產(chǎn)線傳動(dòng)輥，7為相機(jī)架，8為數(shù)字投影儀在生產(chǎn)線上的投影區(qū)域。
[0025]圖2中，I為面陣相機(jī)，2為數(shù)字投影儀，3為流動(dòng)生產(chǎn)線，4為生產(chǎn)線傳動(dòng)輥，5為相機(jī)架，6為帶有凸包三維缺陷的待檢測(cè)產(chǎn)品。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0027]在圖1中，本系統(tǒng)硬件主要分為一下幾個(gè)部分:相機(jī)架7固定安裝在地面上，并橫跨產(chǎn)品生產(chǎn)線8，在相機(jī)架7的上方中央安裝面陣相機(jī)2，調(diào)整其拍攝視場(chǎng)包含整個(gè)橫向產(chǎn)品生產(chǎn)線8，以保證生產(chǎn)線傳動(dòng)輥6帶動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)線7運(yùn)動(dòng)時(shí)，面陣相機(jī)2能實(shí)時(shí)拍攝到產(chǎn)品生產(chǎn)線8上待檢測(cè)產(chǎn)品4的圖像，并通過計(jì)算機(jī)I接收面陣相機(jī)2的采集到待檢測(cè)產(chǎn)品表面圖像。；在面陣相機(jī)2的一側(cè)安裝數(shù)字投影儀3，數(shù)字投影儀3的高度與面陣相機(jī)2高度可以相同，也可以不同，其中面陣相機(jī)2與數(shù)字投影儀3的連線與相機(jī)架7之間的夾角為α;數(shù)字投影儀3在生產(chǎn)線上的投影區(qū)域8要包含產(chǎn)品生產(chǎn)線8橫向所有區(qū)域。
[0028]在圖2中，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，生產(chǎn)線傳動(dòng)輥4帶動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)線3運(yùn)動(dòng)，根據(jù)生產(chǎn)線傳送速度，首先通過計(jì)算機(jī)編程將白光圖像投影至生產(chǎn)線上的產(chǎn)品表面，同時(shí)觸發(fā)面陣相機(jī)采集生產(chǎn)線上待檢測(cè)產(chǎn)品表面圖像;然后立即再將條紋結(jié)構(gòu)光圖像投影至待檢測(cè)產(chǎn)品表面，同時(shí)觸發(fā)面陣相機(jī)拍攝受生產(chǎn)線上待檢測(cè)產(chǎn)品表面條紋圖像;隨后將采集到的兩幅圖像傳送至計(jì)算機(jī)內(nèi)并進(jìn)行處理；
[0029]本系統(tǒng)主要檢測(cè)表面為平整形式的產(chǎn)品，在機(jī)器視覺處理系統(tǒng)中，可依據(jù)白光投影條件拍攝到的產(chǎn)品表面圖像，通過數(shù)字圖像處理算法對(duì)二維缺陷(如污漬、錯(cuò)印、劃痕等)進(jìn)行檢測(cè)與識(shí)別；
[0030]由于生產(chǎn)線上產(chǎn)品表面三維缺陷主要表現(xiàn)在產(chǎn)品外觀高度發(fā)生變化，因此提取出產(chǎn)品表面高度變化值，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維缺陷的檢測(cè)，在圖2中，待檢測(cè)產(chǎn)品6表面存在凸包缺陷，P為待測(cè)產(chǎn)品表面任意一點(diǎn)，當(dāng)待檢測(cè)產(chǎn)品表面上無三維凸包缺陷時(shí)，數(shù)字投影儀2本應(yīng)投射到平面R上B點(diǎn)的光線由于待測(cè)產(chǎn)品表面凸包缺陷高度調(diào)制投射到了 P點(diǎn)，設(shè)P點(diǎn)在參考平面上的投影點(diǎn)P’。則PP’線段的長(zhǎng)度即為P點(diǎn)距參考平面的距離，即該點(diǎn)高度h(x)，由于平面R上的A點(diǎn)光強(qiáng)與受被測(cè)物體表面調(diào)制后投射至P點(diǎn)光強(qiáng)相同，在面陣相機(jī)拍攝到數(shù)字投影儀投射至被測(cè)產(chǎn)品表面條紋圖像中將顯示為被測(cè)產(chǎn)品表面的凸包缺陷對(duì)投射條紋的調(diào)制是將B點(diǎn)移相到A點(diǎn)。因此P點(diǎn)距平面R的距離與由點(diǎn)B至A點(diǎn)的位移量相關(guān)，因此只需將實(shí)際采集的條紋圖像與無缺陷的產(chǎn)品條紋圖像之間的變化值求取出來，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)產(chǎn)品表面三維缺陷的檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于數(shù)字投影的產(chǎn)品表面質(zhì)量在線檢測(cè)方法，包括下列部分: 第一部分為生產(chǎn)線上產(chǎn)品圖像采集系統(tǒng)； 將面陣相機(jī)架安裝在產(chǎn)品生產(chǎn)線正上方； 進(jìn)一步的在相機(jī)架正中央安裝一臺(tái)面陣相機(jī)，以采集生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像;相機(jī)架高度要滿足面陣相機(jī)拍攝視場(chǎng)范圍，即保證安裝在相機(jī)架上的面陣相機(jī)能夠拍攝到生產(chǎn)線橫向?qū)挾葍?nèi)所有產(chǎn)品； 第二部分為白光及條紋結(jié)構(gòu)光投影系統(tǒng)； 本發(fā)明采用數(shù)字投影儀作為白光和條紋結(jié)構(gòu)光投影系統(tǒng)； 進(jìn)一步的在面陣相機(jī)的一側(cè)，產(chǎn)品生產(chǎn)線上一定高度上安裝本投影系統(tǒng)； 進(jìn)一步的投影系統(tǒng)的高度可以與相機(jī)高度相等，也可以不等； 進(jìn)一步的相機(jī)與投影系統(tǒng)的連線在生產(chǎn)線上投影與相機(jī)架之間的夾角為α，其中O < α<90° ； 進(jìn)一步的通過計(jì)算機(jī)編程方式投射白光為產(chǎn)品表面二維缺陷檢測(cè)光源，投射在生產(chǎn)線上的范圍小于或等于面陣相機(jī)采集的拍攝視場(chǎng)范圍；當(dāng)生產(chǎn)線上產(chǎn)品表面存在二維缺陷時(shí)，可以很好的成像于面陣相機(jī)內(nèi)； 進(jìn)一步的通過計(jì)算機(jī)編程方式投射條紋結(jié)構(gòu)光為產(chǎn)品表面三維缺陷檢測(cè)光源，投射在生產(chǎn)線上的范圍要小于或等于面陣相機(jī)采集的拍攝視場(chǎng)范圍，同時(shí)要求在lm*lm的范圍內(nèi)，明亮級(jí)的條紋的數(shù)量要大于等于80條； 進(jìn)一步的；當(dāng)生產(chǎn)線上產(chǎn)品存在一定三維缺陷(如凸包，凹陷)時(shí);將導(dǎo)致成像于面陣相機(jī)的條紋圖像發(fā)生形變;通過該形變可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品表面三維缺陷的檢測(cè)與識(shí)別； 第三部分為視覺成像處理系統(tǒng)； 通過計(jì)算機(jī)(或工控機(jī))上編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)投影及定時(shí)圖像采集； 進(jìn)一步的通過面陣相機(jī)分別得到白光投影條件下生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像，以及條紋結(jié)構(gòu)光條件下生產(chǎn)線上的產(chǎn)品圖像； 進(jìn)一步的由面陣相機(jī)采集的圖像通過千兆網(wǎng)口或USB 口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(或工控機(jī))上進(jìn)行處理； 進(jìn)一步的當(dāng)產(chǎn)品表面存在各種二維缺陷(如污漬、錯(cuò)印、劃痕等)時(shí)，通過數(shù)字圖像處理算法對(duì)白光投影條件下拍攝的產(chǎn)品表面圖像進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各種二維缺陷的檢測(cè)； 當(dāng)產(chǎn)品表面存在各種三維缺陷(如凸包，凹陷等)時(shí)，通過數(shù)字圖像處理算法對(duì)結(jié)構(gòu)光投影條件下拍攝的產(chǎn)品表面圖像進(jìn)行處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各種三維缺陷的檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK105866129SQ201610334141
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】段曉杰, 時(shí)美晨, 汪劍鳴, 趙鶴, 陳丹丹, 李秀艷, 王 琦
【申請(qǐng)人】天津工業(yè)大學(xué)