CN106896115A - 基于面阵相机并联采集***的涂漆玻璃瑕疵检测装置 - Google Patents

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郭虎威
崔浩阳
田应仲
李龙
马玉宇
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
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    • G01N21/958—Inspecting transparent materials or objects, e.g. windscreens

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Abstract

本发明针对现在玻璃生产厂家普遍使用人工的方式对涂漆玻璃进行瑕疵检测的状况，设计了一种基于CCD面阵相机的涂漆玻璃瑕疵检测***。由移动载物台，5个带镜头的CCD面阵相机，1个条形红光线扫光源，网线以及交换机，上位机，以及相应的固定设施组成，主要分为两个模块，一是玻璃图像获取模块，二是玻璃图像处理模块，两个模块之间通过网络进行连接。处理程序采用寻边算子，判断玻璃区域，提取统计瑕疵信息。

Description

基于面阵相机并联采集***的涂漆玻璃瑕疵检测装置
技术领域
本发明涉及在线玻璃检测领域。针对现在玻璃生产厂家普遍使用人工的方式对涂漆玻璃进行瑕疵检测的状况设计了一种基于面阵相机的视觉在线检测***。可以检测出涂漆玻璃的瑕疵数目、瑕疵大小并对瑕疵种类进行识别，同时可满足一般生产线的要求，检测精度高，检测结果稳定可靠。
背景技术
长期以来对玻璃的瑕疵检测都是离线的方法用专门的检测设备进行检测。而在线检测技术国外的一些机构已经具有相当的水平，国内的水平相对比较落后。
德国的LASOR公司是一家专门提供在线检测***的公司。该公司推出的2F1检测***采用数字照相的技术检测玻璃瑕疵，取代了原有的激光检测技术。目前我国有多家企业都使用该设备进行浮法玻璃的在线检测，例如洛阳玻璃厂、秦皇岛耀华、深圳南玻等。德国的Innomence生产的FCO玻璃缺陷在线检测***是利用光栅干涉的原理来检测瑕疵的，但是这种设备的检测精度取决于光栅的刻线精度，因此造价昂贵，所以应用相对来说比较少。
国内也有好多企业进行在线检测设备的研制，但是其产品落后，自动化水平不高，功能过于单一。武汉理工大学设计了一套基于ARM和DSP的玻璃瑕疵在线检测***。该***涉及的技术复杂，实现起来比较困难，不利于投入实际的生产。
如果能研发出一套稳定性、精确度、适用性、可靠性都很好，而且成本低廉的白漆玻璃瑕疵在线检测设备，尤其是研制具有自主知识产权的检测设备具有重要意义。也是综合国力与国际竞争力提升的一个重要标志。
发明内容
本发明的目的是提供一种白漆玻璃的在线检测装置，能够检测出玻璃上的各种瑕疵并保存结果，并能适应较大幅面白漆玻璃的检测。
为了达到上述的目的，本发明提供了一种基于面阵CCD相机并联图像采集***的自动化检测装置。可以满足玻璃生产线的要求，可以有效的提取图像的信息，进行图像的处理进而输出检测结果并存储。
本发明的整体检测***包括硬件***和软件***。硬件***可分为图像采集部分和图像处理部分，数据传输模块和移动平台。图像采集模块包括相机，镜头，光源。数据传输模块采用以太网传输通过交换机将多路信号传给上位机进行处理。移动平台包括相机支架，电机，接近开关，PLC；软件***采用编程效率更高，人机交互更好的LabVIEW软件。
所述移动平台还包括支架，电机，传动链，轴承，轴承座，托辊和齿轮。所述齿轮固连在每个托辊的两端，所有的托辊通过传动链连接，电机通过传动链带动所有的托辊做旋转运动。
所述相机支架安装在所述移动平台X方向的正中，Z方向的正上方。
所述相机支架上安装有5个相机，所述相机安装在相机座并通过T形螺母安装在相机支架上，拆装方便。
所述接近开关安装在所述移动平台的边缘位置，当有玻璃过来的时候便会打开相机和光源对其进行检测。
所述光源使用红色条形光源，释放的光线的波长位于620nm-760nm之间，可以有效防止图像质量因光源波长的变化而降低。
所述交换机和上位机均安装在移动平台侧面的工作台上，便于操作人员查看，整体结构图如图1所示。
所述遮光罩的内表面喷涂反光材料，这样可以把原本照射在玻璃外的光线反射回玻璃表面，对玻璃表面的暗处，尤其是上部，形成补光的效果。测量对于光照的稳定性要求最高，光照只要发生10-20％的变化，测量结果可能偏出1-2个像素，导致图像发生变化，这不是软件的问题，必须从***设计的角度，排除环境光的干扰，同时要保证主动照明光源的发光稳定性，从而提高测量的精度和稳定性。
所述相机采用CCD面阵相机，分辨率为2592×1944，检测能力可以达到：划伤宽度0.1mm以上，凸起、凹入、结石直径0.1mm以上，瑕疵面积0.01平方毫米。如果被测量的物体是运动的，那么一定要考虑运动模糊对图像精度的影响(模糊像素＝物体运动速度*相机曝光时间)。本发明在保证测量精度的前提下，能够满足的生产线速度为9m/min。
本发明的其他特征将在随后的具体实施方案中予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步的理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方案一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是玻璃检测***结构图；
图2是托辊部件的结构图；
图3是自适应ROI示例图；
图4是上位机整体***功能图。
附图标记说明：
1.支撑台架；2.遮光罩；3.相机；4.光源；5.待测玻璃；6.接近开关；7.上位机；8.交换机；9.电机；10.带轮；11.传动带；12.轴承；13.轴承座；14.托辊；15.橡胶套
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施作详细说明：
附图1为玻璃检测装置整体结构图，主要包括1支撑台架2遮光罩3相机4光源5待测玻璃6接近开关7上位机8交换机9电机10带轮11传动带，设置5待测玻璃运行时贴滚动平台边，并为从下至上运行，启动***后，9电机启动并带动一根主动托辊转动，经11传动带带动整个滚动平台运动。当5待测玻璃经过6接近开关时，3相机和4光源自动打开，3相机按照一定帧率进行拍照，并将相片传输给7上位机进行处理；由于3相机拍摄的图像为彩色图像，而程序处理的图像为灰度图像，所以首先对拍摄到的图像进行颜色平面空间提取，将其变为灰度图，提取算法为加权平均法，公式为：Gray＝0.30*R(i，j)+0.59*G(i，j)+0.11*B(i，j)，其中(i，j)为坐标值。当图像处理程序中的寻边算子检测到玻璃的上边沿时，程序开始进行瑕疵统计。此时，程序需要判断玻璃所在区域，避免将背景误检测。避免误检测的方法为，通过寻边算子寻找玻璃的边，边所在的直线将图像分为几个区域，如果是灰度值较高的涂漆玻璃，将背景设置为黑色，此时图像的几个区域中亮度最高的一块即为玻璃区域；如果是灰度值较低的涂漆玻璃，将背景设置为白色，此时图像的几个区域中亮度最低的一块即为玻璃区域。如果没有寻找到玻璃的边，即认为整个图像全为玻璃区域。统计瑕疵的方法依然使用寻边算子，寻找玻璃区域中灰度突变的边缘，并将这些边缘提取出来，即找到了瑕疵。合理调整滚道运行速度，相机的帧率和高度，使拍摄的相片拼接后可以体现整块玻璃。对每一张照片进行瑕疵提取并相加，当图像处理程序中的寻边算子检测到玻璃的下边沿后，程序停止统计瑕疵，这样就将整块玻璃上的瑕疵信息统计了出来。
本发明采用自适应ROI方法将背景区域去除，确定目标区域，避免误检测的发生。如附图3的情况，即存在上边和右边偏斜形成的玻璃图像在视野中呈四边形，以附图3的情况为例说明玻璃区域的判断。设上边与右边所在直线的方程分别为y＝a1x+b1，y＝a2x+b2联立x＝0，可解得x1＝0，y1＝b1即求出A点坐标。进而可解得x2＝(b2-b1)/(a1-a2)，y2＝a1x2+b1即求出B点坐标。联立式y＝n(n为区域下边纵坐标)，可解得x3＝(n-b2)/a2y3＝n，即求出C点坐标。而D点的坐标显然为(0，n)。当玻璃在原ROI中存在上边与右边并且右边竖直时，右边所在直线的方程变为x＝c。A与D点坐标不变，联立解得x2＝c，y2＝a1x2+b1即求出B点坐标。联立y＝n，解得x3＝c，y3＝n即求出C点坐标。连接ABCD四点，于是得出玻璃所在区域的ROI。依照同样思路可求得其他四边形情形的玻璃区域ROI，而当图像内全为玻璃或不存在玻璃时，可对区域进行平均灰度值的判断，高于设定阈值的判断为全为玻璃，此时ROI为原图像；低于设定阈值判断为不存在玻璃，此时设定ROI面积为零。
如附图4为本发明软件***主要功能。首先，启动***后，为确保***的安全性，需要设置登录密码，用户输入密码即可进入程序主界面。主界面中有***参数设置，如相机IP设置，通讯接口设置，曝光时间设置，各个图像处理模块的阈值等参数设置，从而方便操作人员调试。参数设置完毕后即可进行在线检测，如果在玻璃上发现瑕疵，则***记录，显示瑕疵数量及位置并报警；如果没有瑕疵，则***继续检测；***运行之后首先需要进行初始化，各项参数复位或清零，随后图像获取模块启动，采集滚道上经过的玻璃图像，通过网络将图像数据传输给图像处理模块。当图像处理模块检测到玻璃的上边时，检测程序开始分析玻璃表面的瑕疵。如果发现瑕疵，则***记录并报警，如果未发现瑕疵，则***继续进行检测，直到采集完整个玻璃图像。当图像处理模块检测到玻璃下边时，***停止瑕疵检测，直到检测到下一块玻璃的上边。

Claims (4)

1.一种基于面阵CCD相机并联采集***的涂漆玻璃瑕疵检测设备，主要包括：条形光源，CCD面阵相机及镜头，滚动平台，工作站及配套的检测程序。
2.根据权利1要求所述的一种基于面阵CCD相机并联采集***的涂漆玻璃瑕疵检测设备，其特征在于：代替人工检测，精度高，速度快，准确率高，结构简单，模块化好，便于维护和保养，成本较低。
3.根据权利1要求所述的一种基于面阵CCD相机并联采集***的涂漆玻璃瑕疵检测设备，其特征在于：整个***分为图像采集模块和图像处理模块，图像采集模块为镜头、相机、光源，固定型材以及滚动平台；图像处理模块为工作站及其所带的图像颜色平面空间提取程序、寻找玻璃边缘程序、判断玻璃区域程序、识别提取瑕疵程序以及统计程序。两个模块间数据通过网络进行传输。
4.根据权利1要求所述的一种基于面阵CCD相机并联采集***的涂漆玻璃瑕疵检测设备，其特征在于，处理流程为如下步骤：固定在横梁上的CCD面阵相机按照一定帧率对下方进行拍摄，当玻璃经过时，处理程序中的寻边算子会检测到玻璃的上边沿，此时检测程序开始工作，首先需要判断玻璃所在区域，以免背景区域上的瑕疵被误检测。算法为：通过寻边算子寻找玻璃的边，边所在的直线将图像分为几个区域，如果是灰度值较高的涂漆玻璃，将背景设置为黑色，此时图像的几个区域中亮度最高的一块即为玻璃区域；如果是灰度值较低的涂漆玻璃，将背景设置为白色，此时图像的几个区域中亮度最低的一块即为玻璃区域。如果没有寻找到玻璃的边，即认为整个图像全为玻璃区域。统计瑕疵的方法依然使用寻边算子，寻找玻璃区域中灰度突变的边缘，并将这些边缘提取出来，即找到了瑕疵。当图像处理程序中的寻边算子检测到玻璃的下边沿后，程序停止统计瑕疵。
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