CN104132945A - 一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置 - Google Patents

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谢经明
张冈
陈幼平
卜凡
王勇
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Abstract

本发明公开了一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置，包括LED光源；CCD线阵相机；传像光纤；A/D采样装置；FPGA图像处理器，完成图像信息的处理和分析，通过测量值与标准样品相比较，判断棒材的表面质量是否超出设定质量阈值，从而判断棒材表面是否有缺陷；上位机，用于处理图像信息处理装置发送的处理结果；剔除机构，用于接收上位机发送的剔除消息，将有缺陷的棒材剔除或做上标记。本发明检测准确，剔除效率高，而且采用自动化检测，能够实现对不合格产品的剔除或做上标记，从而完成高速生产线上产品生产过程中的质量在线检测与剔除，能有效提高生产效率及节约生产成本。

Description

一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置
技术领域
本发明属于机电一体化设备，更具体地，涉及一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置。
背景技术
视觉检测是指通过视觉传感器，如CCD、CMOS和光电传感器等将被涉及的目标转换成图像信号传送给专用的图像处理***，图像处理***对这些图像信息进行各种运算来获取目标特征，最终根据判别的结果进行现场控制的技术。
企业在圆形棒材生产过程中由于生产速度快，检测任务就变得复杂和紧急，利用人工在生产线上发现不合格品并进行剔除很难实现。目前大多数工厂采用的检测方式是人工抽检，无法实现在线检测。结果造成生产过程中很难及时发现不合格产品并进行及时调整而造成大量废品和不合格的产品。随着用户对产品质量的要求越来越高，而且采用人工检测方式需要大量的人力资源且很难做到100％的检测，因此高速生产线上产品质量在线检测就显得非常重要了。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置，其检测效率高、检测结果准确。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置，包括LED光源，用于发射光束到高速前进的棒材上；CCD线阵相机；传像光纤，用于将棒材的图像投射到CCD线阵相机的靶面上；A/D采样装置，用于采集CCD线阵相机上的棒材图像数据；FPGA图像处理器，完成图像信息的处理和分析，通过测量值与标准样品相比较，判断棒材的表面质量是否超出设定质量阈值，从而判断棒材表面是否有缺陷；上位机，用于处理图像信息处理装置发送的处理结果；剔除机构，用于接收上位机发送的剔除消息，将有缺陷的棒材剔除或做上标记。
优选地，FPGA图像处理器包括图像预处理模块、图像配准模块、缺陷聚类模块、缺陷分割模块、检测结果处理模块和传输网络处理模块，图像预处理模块用于处理图像，消除***带给图像的噪声，使得图像比原始图像更加适合于图像配准和缺陷识别；图像配准模块用于将不同时间、不同传感器、不同条件下获取的图像进行匹配叠加；缺陷聚类模块用于将图像分成多个聚类，同一个聚类中的图像信息是相似的，不同聚类之间的图像信息是不同的；缺陷分割模块用于判断图像中是否存在缺陷，若存在缺陷则标记缺陷位置并保存缺陷图像，缺陷分割模块的结果，对后续图像识别和分类的正确率有着至关重要的作用；检测结果处理模块用于对缺陷进行识别和分类，网络传输模块用来实现网络的通讯。
优选地，LED光源通过光学组件将照明光束发射到棒材表面。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：LED光源将光束照射到高速前进的棒材表面上，棒材表面上产生的反射光通过传像光纤将图像投射到CCD线阵相机的靶面上，CCD线阵相机采样的图像信息通过A/D采样装置变成数字信号传输到FPGA图像处理器上完成图像信息的处理、分析，通过测量值与标准样品相比较，判断棒材表面的质量是否超出设定质量阈值，分析结果传递至上位机，然后上位机发指令给剔除机构，将有缺陷的棒材剔除或标记。本发明检测准确，剔除效率高，而且采用自动化检测，能够实现对不合格产品的剔除或做上标记，从而完成高速生产线上产品生产过程中的质量在线检测与剔除，能有效提高生产效率及节约生产成本。
附图说明
图1为本发明基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测***主要功能模块的结构框图；
图2为本发明基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测***中的FPGA图像信息处理模块结构框图；
图3为本发明的基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测***的光路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～图3所示，一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置，包括LED光源1，用于发射光束到高速前进的棒材上；CCD线阵相机7；传像光纤6，用于将棒材的图像投射到CCD线阵相机7的靶面上；A/D采样装置，用于采集CCD线阵相机7上的棒材图像数据；FPGA图像处理器，完成图像信息的处理和分析，通过测量值与标准样品相比较，判断棒材的表面质量是否超出设定质量阈值，从而判断棒材表面是否有缺陷；上位机，用于处理图像信息处理装置发送的处理结果；剔除机构，用于接收上位机发送的剔除消息，将有缺陷的棒材剔除或做上标记。
图1为本发明基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测***主要功能模块的结构框图。棒材依次经常数据采集部件、数据处理部件8处理，数据采集部件包括CCD线阵相机7上的CCD传感器，数据处理部件8包括A/D采集装置和FPGA图像处理器。机构控制部件包括驱动部件和剔除机构。FPGA图像处理器使用FPGA技术进行图像信息数据处理，FPGA模块对驱动部件和上位机显示部件进行管理；FPGA图像处理器与驱动部件、上位机显示部件、***存储芯片及网线连接。
本装置中，FPGA图像处理器对CCD线阵相机7和A/D采样装置采集来的数据进行处理，判断棒材表面是否存在缺陷，通过上位机可显示带有缺陷棒材，通过上位机控制剔除装置将有缺陷的棒材进行标记或剔除。做上标记后，可以在检料的时候人工将有标记的棒材剔除。
图2为本发明基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测***中的FPGA图像处理器各模块的结构框图，包括图像预处理模块、图像配准模块、缺陷聚类模块、缺陷分割模块、检测结果处理模块、传输网络处理模块。图像预处理模块用于处理图像，消除***带给图像的噪声，使得图像比原始图像更加适合于图像配准和缺陷识别；图像配准模块用于将不同时间、不同传感器、不同条件下获取的图像进行匹配叠加；缺陷聚类模块用于将图像分成多个聚类，同一个聚类中的图像信息是相似的，不同聚类之间的图像信息是不同的；缺陷分割模块用于判断图像中是否存在缺陷，若存在缺陷则标记缺陷位置并保存缺陷图像，缺陷分割模块的结果，对后续图像识别和分类的正确率有着至关重要的作用；检测结果处理模块用于对缺陷进行识别和分类，网络传输模块用来实现网络的通讯。
FPGA图像处理器的作用包括：通过FPGA模块进行图像预处理、图像配准、缺陷聚类、缺陷分割后通过标准模板的配准后判断棒材质量，检测结果通过CAN总线与上位机。
图3为本发明的基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测***中的光路检测原理示意图，其工作过程如下：LED光源1通过光学组件2将照明光束发射出去，照明光束穿过防护玻璃管3后照射到高速前进的棒材表面上，棒材表面上产生的光经柱面镜4和反射镜5反射后，又通过传像光纤6将图像投射到CCD线阵相机7的靶面上，通过CCD线阵相机7采样的模拟图像信息通过A/D采样模块变成数字信号传输到FPGA图像处理器上，在其FPGA模块上完成图像信息的处理、分析，通过测量值与标准样品相比较，判断棒材表面的质量是否超出设定质量阈值，如果超出，则相应的棒材被记为有缺陷，分析结果通过CAN总线网络传递至上位机，上位机将数据继续传输至PLC，进行缺陷棒材的统计、跟踪，并通过上位机发指令给PLC控制剔除机构，将有缺陷的棒材剔除或标记。
本发明的特点主要体现在：通过基于FPGA图像处理方法完成高速图像的实时采集与处理。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于光纤传导的棒材表面质量在线视觉检测装置，其特征在于：包括
LED光源，用于发射光束到高速前进的棒材上；
CCD线阵相机；
传像光纤，用于将棒材的图像投射到CCD线阵相机的靶面上；
A/D采样装置，用于采集CCD线阵相机上的棒材图像数据；
FPGA图像处理器，完成图像信息的处理和分析，通过测量值与标准样品相比较，判断棒材的表面质量是否超出设定质量阈值，从而判断棒材表面是否有缺陷；
上位机，用于处理图像信息处理装置发送的处理结果；
剔除机构，用于接收上位机发送的剔除消息，将有缺陷的棒材剔除或做上标记。
2.根据权利要求1所述的一种棒材表面质量在线视觉检测装置，其特征在于：FPGA图像处理器包括图像预处理模块、图像配准模块、缺陷聚类模块、缺陷分割模块、检测结果处理模块和传输网络处理模块，图像预处理模块用于处理图像，消除***带给图像的噪声，使得图像比原始图像更加适合于图像配准和缺陷识别；图像配准模块用于将不同时间、不同传感器、不同条件下获取的图像进行匹配叠加；缺陷聚类模块用于将图像分成多个聚类，同一个聚类中的图像信息是相似的，不同聚类之间的图像信息是不同的；缺陷分割模块用于判断图像中是否存在缺陷，若存在缺陷则标记缺陷位置并保存缺陷图像；检测结果处理模块用于对缺陷进行识别和分类，网络传输模块用来实现网络的通讯。
3.根据权利要求1所述的一种棒材表面质量在线视觉检测装置，其特征在于：LED光源通过光学组件将照明光束发射到棒材表面。
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