CN102305793A - 一种产品外观质量检测方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种产品外观质量的检测方法和设备。本检测方法可对产品外轮廓缺陷、产品表面缺陷以及产品工作状态下缺陷进行全面检测。本发明的检测设备包括照明光源、速度检测装置、图像采集模块、缺陷检测模块、NG产品剔除装置、NG产品传送带、缺陷报警装置、固定架、电控箱、工控机及显示器等部分。缺陷检测模块在检测到外观质量不合格产品时，缺陷报警装置发出声光报警，并启动NG产品剔除装置将不合格产品剔除到NG产品传送带上。本发明对外观质量缺陷检测全面、设备自动化程度高、检测速度快、检测结果客观性和一致性好，可有效提高制造业生产效率。

Description

一种产品外观质量检测方法和设备

技术领域

本发明涉及一种产品外观质量检测的方法和设备，特别是产品外观缺陷的光学式检测方法和设备。

背景技术

现代制造业的产品数量越来越大，产品质量要求越来越高。而对于产品的外观质量检测，目前大多数厂商仍采用人眼检测的方式，人眼检测又分为人眼裸视检测、显微镜人眼检测、CCD成像人眼检测等几种方式，虽然这几种方式也有优劣之分，但是产品外观质量的合格判定，都依赖于人做出判断。一方面人眼在长时间观察时极易疲劳，检测结果受检测人员个体的影响非常大，检测结果不客观。另一方面，随着制造业规模的扩大，产品数量越来越大，单纯依靠人工进行检测已远不能满足生产的需要，对自动化检测设备的需求越来越强烈。

近年来，自动化的产品外观质量检测设备不断出现，比如中国专利号为200810216939.6，名称为“一种产品外观质量检测方法、***及检测设备”的专利，公开了一种取代人眼目测，实现自动化检测的方法和设备。但该专利只立足于产品表面质量的检测，对于产品外轮廓存在的外观缺陷无能为力，同时该专利只能解决离线的检测问题，无法对自动化生产线上产品进行检测与剔除。

本发明提供了一种外观质量自动检测的方法与设备，通过该设备，可全自动的检测流水线上生产产品外观上的脏污、毛边、划痕、缺角、破损等缺陷，并可自动将有缺陷产品剔除，并对产品的质量情况统计分析，用于指导或促进生产线工艺的改进。

发明内容

本发明提供了一种产品外观质量的检测方法和设备，可自动地对生产流水线上产品的外观质量缺陷进行检测，并可根据检测结果将不合格产品自动剔除。

本发明的一个目的在于提供一种完备的产品外观质量检测方法，可对产品外轮廓缺陷、产品表面缺陷以及产品工作状态下缺陷进行全面的外观质量检测。而对于电子类部件/组件，如液晶模组，直接的离线独立检测只能发现部分的外观质量缺陷，很大一部分外观质量缺陷往往出现在模组上电工作状态下，因此对产品工作状态下的外观质量缺陷检测也是非常有必要的。

产品外轮廓缺陷检测分为两个步骤：边缘轮廓提取和轮廓缺陷判定。边缘轮廓提取分为两种情况：

(1)对于具备规则外形轮廓的产品，如方形或圆形，利用已知的产品属性，在轮廓附近对产品进行边缘搜索，确定其边缘轮廓；

(2)对于不规则外形轮廓的产品，直接利用边缘提取与跟踪算法获取产品的外边缘轮廓。

在轮廓附近存在较大明暗差异的区域，可以采用二值化处理减少干扰，然后再寻找边缘；

对于轮廓缺陷的判定，可采用以下一种或多种方式进行：

(1)对于边缘搜索的寻边状况，比如寻找出来的边缘的数量、边缘长度、以及直线拟合或圆弧拟合的拟合误差作阈值进行判断，可以确认轮廓是否存在毛边等缺陷；

(2)对于多边形的轮廓，可采用拟合得到的边缘计算顶点，然后再由顶点计算轮廓的闭合面积、周长等，以此作为阈值进行判断；

(3)对于圆弧或圆，可以使用拟合误差、半径以及周长作阈值进行判断；

(4)对于非规则的轮廓，可以使用拟合误差、周长以及面积等与标准模板做阈值判断。

产品表面缺陷检测一般也分为两个步骤：

(1)缺陷边缘搜索：在上一步确定的产品外轮廓内部搜索缺陷的边缘，并计算缺陷边缘的像素点、直线拟合误差，FRET直径等。

(2)缺陷判定：对于缺陷边缘的成型像素量、直线拟合误差、FRET直径等与标准值做阈值判断。

在某些情况下，还需要以特定颜色(图像成像中没有的颜色)在采集的图像上对检测到的缺陷加上边缘标记，以便需要时操作者可做进一步的人工判断。

产品工作状态下缺陷检测：在本设备上预留有通用的接口，软件也提供扩展接口，可对流水线上产品加电检测。比如，可对液晶模组加电，检测在液晶模组上电后表面是否有显示缺陷，并发送显示信号，软件中的缺陷检测模块比对液晶模组的产生的图像，检测液晶模组显示是否正常。

本发明的另一个目的在于提供一种产品外观质量缺陷检测设备，该设备可直接加装在现有的流水线之上，对流水线上通过的产品进行外观质量检测，根据检测结果，可对外观存在质量缺陷的不合格产品进行剔除。

本发明的缺陷检测设备包括：照明光源、速度检测装置、图像采集模块、缺陷检测模块、NG产品剔除装置、NG产品传送带、缺陷报警装置、固定架、电控箱、工控机及显示器。

照明光源向被检产品提供均匀、一致的照明，确保产品在图像采集模块中成像清晰、锐利，对于不同的产品可提供不同亮度和不同角度的照明效果。

图像采集模块包括成像镜头、线阵CCD和图像采集卡，镜头将产品图像投射到线阵CCD成像表面，线阵CCD一次采集一条扫描线的产品图像，将不同时刻采集的扫描线顺序排列，合并成一幅完整的图像，并将采集到的电信号转化为视频信号，图像采集卡则完成视频信号的数字化转换。

缺陷检测模块采用上述的产品外观质量检测方法从图像数据中检测产品外观是否存在缺陷，并根据检测结果发出检测判定信号。

缺陷报警装置根据缺陷检测模块给出的信号发出预设的声光报警，提示存在有缺陷的不合格产品，通知工作人员做必要的进一步处理。

NG产品剔除装置根据缺陷检测模块给出的信号将不合格产品剔除到NG产品传送带上，NG产品传送带将其传送到指定位置。

固定架用于支撑光源、图像采集模块、NG产品剔除装置等。

工控机及显示器组成计算机***，用于实现缺陷检测模块的软件功能。

本发明的优点在于外观质量中的缺陷检测全面、设备自动化程度高、检测速度快、检测结果客观性和一致性好，受人为因素影响小，可有效提高现有制造业生产效率，显著提高产能。

附图说明

图1是本发明的产品外观质量检测方法的流程示意图。

图2是本发明的产品外观质量检测设备整体结构示意图。

图3是本发明实施例中光源、镜头、线阵CCD安装固定方式示意图。

图中主要结构为：11-速度检测模块、12-光源、13-缺陷检测模块、14-图像采集模块、15-产品传送带、16-NG产品传送带、17-缺陷报警装置、18-NG产品剔除装置、21-NG产品传送带、23-报警装置、24-固定架、25-NG产品剔除装置、26-产品传送带、31-被检测产品、32-线阵CCD、33-镜头。

具体实施方式

图1给出了本发明的自动产品外观质量检测方法的流程示意图，该方法涉及到：光源12、速度检测模块11、图像采集模块14、缺陷检测模块13、缺陷报警装置17、NG产品剔除装置18、产品传送带15、NG产品传送带16。其中，图像采集模块14在产品传送带15上方固定，并与缺陷检测模块13连接；缺陷报警装置17与缺陷检测模块13连接；NG产品剔除装置18与缺陷检测模块13连接，并与产品传送带15连接；NG产品传送带16与产品传送带15连接；光源12与产品传送带15相对固定；速度检测模块11与产品传送带15连接。

光源11向被检测产品提供均匀、一致的照明。本实施例采用条状绿色LED光源，波长520nm，LED采用恒流源驱动，确保光源亮度稳定可靠，光源亮度采用PWM方式实现精确可调，以确保对产品实施最佳的照明。

传送带速度检测模块11采用编码器实现速度检测，安装在产品传送带15上，实时检测传送带15上待检测产品的移动速度，并以此速度来同步图像采集模块14的采集速度，确保采集到的图像平稳、无畸变。

缺陷报警装置17与缺陷检测模块13直接相连，接受缺陷检测模块13控制，根据缺陷检测模块13输出的检测不合格信号，发出声光报警。

NG产品剔除装置18与缺陷检测模块13直接相连，接受缺陷检测模块13控制，根据缺陷检测模块13输出的检测不合格信号，同步发出剔除动作，将有缺陷的不合格产品剔除到NG产品传送带16上，NG产品传送带16将不合格产品传送到指定接收装置中。其中的剔除机构采用气缸控制压缩气体来实现操作。

图像采集模块14包括成像镜头、线阵CCD和图像采集卡。镜头将产品图像投射到线阵CCD成像表面，线阵CCD一次采集一条扫描线的产品图像，线阵CCD根据速度检测模块11反馈的运动速度，控制图像采集的速度，并将不同时刻采集的扫描线顺序排列，合并成一幅完整的图像，最后将采集到的电信号转化为视频信号。图像采集卡完成视频信号的数字化转换。

缺陷检测模块13对图像采集模块14获取的图像进行预处理，并进行缺陷检测，检测产品外观是否存在缺陷，并给出缺陷是否存在的判定信号：

(1)缺陷检测模块从图像采集模块获取图像数据；

(2)缺陷检测模块使用Gauss滤波算子对图像数据进行平滑滤波，滤除噪声等干扰因素对检测的影响；

(3)缺陷检测模块使用Canny边缘检测算法对滤波后的图像进行边缘检测；Canny边缘检测的高阈值参数采用最大类间方差的方法得到，低阈值使用高阈值的一半；Canny边缘检测得到边缘点集数据；

(4)缺陷检测模块首先采用腐蚀和膨胀算法对检测出的边缘点集数据进行处理，再利用8邻域的连通区算法进行外轮廓检测；

(5)缺陷检测模块针对不同的边缘情况采用不同的检测方法，以判断产品外轮廓是否有毛边、变形、缺角、破损等缺陷：

a)根据寻找出来的边缘数量、边缘长度、以及直线拟合或圆弧拟合的拟合误差作阈值进行判断，可以确认轮廓是否存在毛边等缺陷；

b)对于多边形的轮廓，采用拟合边缘计算顶点，然后再由顶点计算轮廓的闭合面积、周长等，以此作为阈值进行判断；

c)对于圆弧或圆，使用拟合误差、半径以及周长作阈值进行判断；

d)对于非规则的轮廓，使用拟合误差、周长以及面积等与标准模板做阈值判断；

(6)若检测到外轮廓存在缺陷，属于不合格品，缺陷检测模块给出不合格判断，明确指示缺陷所在区域，并发出相应的判断信号；

(7)在产品外轮廓合格，不存在缺陷的情况下，缺陷检测模块根据第(4)步检测出的产品外轮廓，提取出被检产品的表面区域，采用如下四种方式判断表面区域质量是否合格：

a)对表面区域内图像灰度做平均值，与标准值进行比较，做阈值判断；

b)对表面区域内图像的灰度方差进行计算，做阈值判断；

c)将表面区域内图像与标准品图像做模式匹配；

d)在表面区域内部进行缺陷边缘搜索，并计算缺陷边缘的像素点、直线拟合误差，FRET直径等；对于缺陷边缘的成型像素量、直线拟合误差、FRET直径等与标准值做阈值判断；

若检测到表面区域存在缺陷，属于不合格品，缺陷检测模块直接给出不合格判断，明确指示缺陷类型及所在区域，并发出相应的判断信号；

(8)缺陷检测模块在表面区域质量合格，不存在缺陷的液晶显示类模组进行上电工作状态下检测：在上电但无测试电信号输入状态下检测液晶模组外观是否存在缺陷；在对液晶模组发出测试信号状态下，检测液晶模组显示图像是否正常；对于工作状态下存在表面质量缺陷的，同样发出相应的判断信号；

(9)对于不存在表面质量缺陷的产品，缺陷检测模块不发出任何信号；

(10)缺陷检测模块实时统计已经检测产品的总数量、合格产品数量、不合格产品数量。

图2给出了本自动缺陷检测设备的一个实施例的结构示意图。该设备包括光源12、镜头33、线阵CCD 32、报警装置23、固定架24、NG产品剔除装置25、产品传送带26、NG产品传送带21。其中，镜头与线阵CCD相连接为一体，并和光源12、报警装置23一起通过固定架24安装在产品传送带26上部。NG产品剔除装置25固定在产品传送带26侧面，可将产品传送带26上的不合格产品剔除到NG产品传送带21上。NG产品传送带21将不合格产品传送到预设位置。

图3给出了本实施例中光源12、镜头33、线阵CCD 32安装固定方式示意图：镜头33与线阵CCD 32连接在一起，并与条状LED光源12共同朝向产品传送带26上当前测量待检测产品31的位置，以确保调整LED光源12能为线阵CCD32的成像提供恰当的照明。

在工控机安装有图像采集卡，它将线阵CCD 32获取的图像转换为数字图像，并使用缺陷检测模块13按照上述缺陷检测方法进行缺陷检测，若检测到有缺陷的不合格产品，则驱动NG产品剔除装置18，将不合格产品剔除到NG产品传送带16上。NG产品剔除装置18采用电磁阀控制的压缩气体实现剔除功能。

Claims (12)

1.一种产品外观质量检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

图像采集模块[14]采集被检测产品图像；

缺陷检测模块[13]对采集的图像进行平滑滤波处理；

缺陷检测模块[13]对滤波处理后图像进行边缘检测，得到边缘点集数据；

缺陷检测模块[13]对检测出的边缘点集数据进行产品外轮廓检测；

缺陷检测模块[13]对产品的外观质量进行缺陷检测；

NG产品剔除装置[18]根据缺陷检测模块[13]的检测信号剔除传动带上的表面质量不合格产品；

缺陷检测模块[13]实时统计已经检测产品总数量、合格产品数量、不合格产品数量。

2.如权利要求1所述的缺陷检测模块，其特征在于，所述缺陷检测模块[13]包括产品外轮廓缺陷检测模块、产品表面缺陷检测模块、产品工作状态下缺陷检测模块三部分。

3.如权利要求2所述的外轮廓缺陷检测模块，其特征在于，外轮廓缺陷检测模块对产品图像进行滤波、边缘检测、轮廓检测，再对获得的轮廓数据进行边缘数量、长度、拟合误差、闭合面积、周长进行合格性检查，判断外轮廓是否存在外观缺陷。

4.如权利要求2所述的产品表面缺陷检测模块，其特征在于，产品表面缺陷检测模块对产品图像计算表面区域内图像灰度平均值、灰度方差值，并与标准值做阈值范围内的合格性检查，判断产品表面是否存在外观缺陷。

5.如权利要求2所述的产品工作状态下缺陷检测模块，其特征在于，产品工作状态下缺陷检测模块可对液晶显示类模组进行上电工作状态下检测：在上电但无测试电信号状态下检测液晶模组外观是否存在缺陷；在对液晶模组发出测试信号状态下，检测液晶模组显示图像是否正常。

6.一种产品外观质量检测设备，其特征在于：设备由光源[12]、图像采集模块[14]、速度检测模块[11]、NG产品传送带[21]、NG产品剔除装置[25]、缺陷报警装置[17]、固定架[24]、工控机及显示器组成。

7.如权利要求6所述的光源，其特征在于，光源[12]为条状绿色LED光源，波长520nm，LED采用恒流源驱动。

8.如权利要求6所述的图像采集模块，其特征在于，图像采集模块[14]包括镜头、线阵CCD和图像采集卡。

9.如权利要求6所述的速度检测模块，其特征在于，速度检测模块[11]实时检测产品传送带上的传送速度，以此速度控制图像采集模块[14]中线阵CCD的采集速度。

10.如权利要求6所述的工控机，其特征在于，工控机包括缺陷检测模块[13]。

11.如权利要求6所述的NG产品剔除装置，其特征在于，NG产品剔除装置[25]根据缺陷检测模块[13]输出的检测不合格信号，将产品传送带[26]上的产品剔除到NG产品传送带[21]上。

12.如权利要求6所述的缺陷报警装置[17]，其特征在于，缺陷报警装置[17]根据缺陷检测模块[13]输出的检测不合格信号发出声光报警。

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