一种触摸屏玻璃表面瑕疵在线自动化检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机器视觉检测领域，涉及一种触摸屏玻璃表面瑕疵在线自动化检测系 统及方法。
【背景技术】
[0002] 触摸屏玻璃元件在国民经济各生产领域、在日常工作和民众生活中的使用非常广 泛，典型的如显示屏、手机面板、ipad、各种工业及家用玻璃面板等。当触摸屏玻璃元件面板 表面存在划痕、崩边等瑕疵时，将大大影响该产品的功能性质量指标及美观度，因此有必要 对触摸屏玻璃元件表面的瑕疵进行定量的自动化在线检测过程，以适应工业生产中的流水 线作业，对于提高产品的质量，实现企业的转型升级非常重要。
[0003] 传统的针对触摸屏玻璃元件的检测方法主要是目视法，工人将触摸屏玻璃元件表 面置于强光照射下，利用目视法观察元件表面瑕疵产生的散射光，并与标准刻线卡进行比 对，从而确定瑕疵的尺度。目视法受所检测人的熟练程度影响较大，主观性较强，而且长期 的检测会造成人眼疲劳，造成瑕疵的误判及漏检。同时目视法检测速度较慢，漏检率较高， 可靠性差，没有办法实现整个生产流程的流水线检测。还需要招聘大批的工人并需要培训， 劳动成本高，有悖于国家将劳动密集型产业向科技创新型发展的国策。所以目前各生产触 摸屏玻璃元件供应商迫切需要触摸屏玻璃表面瑕疵在线自动化检测系统，实现企业的转型 升级。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足，为解决触摸屏玻璃表面瑕疵在线的自动化 检测，提供一种触摸屏玻璃表面瑕疵在线自动化检测系统及方法。本发面采用如下方案。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0006] 本发明包括传动部分、成像部分和筛选部分;传动部分用于将触摸屏玻璃传送至 成像部分;成像部分用于检测触摸屏玻璃表面是否存在瑕疵;筛选部分用于剔除存在瑕疵 的触摸屏玻璃。
[0007]传动部分包括三个传动单元，且三个传动单元固定连接在底部固定板;每个传动 单元包括底部固定板、伺服电机、传动轴、磁性传动齿轮主动轮、磁性传动齿轮从动轮、从动 轴；
[0008]伺服电机固定在底部固定板上，其输出轴通过弹性联轴器与传动轴的一端相连 接，传动轴的另一端与相邻的传动单元用轴承座固定在底部固定板;传动轴上等距间隔设 置有多个磁性传动齿轮主动轮，每个磁性传动齿轮主动轮上对应设置有磁性传动齿轮从动 轮;磁性传动齿轮从动轮与从动轴的一端刚性连接，从动轴的另一端通过轴承座固定在底 部固定板，从动轴上等距间隔设置有多个固定连接的弹性橡胶圈，弹性橡胶圈用于放置和 传输被检触摸屏玻璃元件，依靠弹性橡胶圈与被检触摸屏玻璃元件之间接触的摩擦力，驱 动被检触摸屏玻璃元件平动;所述的磁性传动齿轮主动轮与磁性传动齿轮从动轮构成一对 直角传动副，功能等同于直角齿轮传动，能实现垂直方向的同步传动，而磁性传动齿轮从动 轮的转动便驱动从动轴转动。
[0009]成像部分设置在中间传动单元上;成像部分包括两个LED线光源和、线阵相机、光 源夹持块、光源调整转轴;两个LED线光源和上的两端分别装有光源夹持块，两端的光源夹 持块通过抱紧方式固定于光源调整转轴上，光源调整转轴固定于外部支架，从而实现了 LED 线光源和LED线光源绕光源调整转轴的转动，便于线性照明角度的调整，以保证理想原始触 摸屏瑕疵灰度图像的获得；线阵相机设置在两个LED线光源和正上方，与外部支架活动连 接，用于捕捉被检触摸屏玻璃元件表面瑕疵位置激发的散射光；
[0010]当被检触摸屏玻璃元件随传动部分平动时，利用成像部分对被检触摸屏玻璃元件 表面的瑕疵成像，成像过程可描述为:利用LED线光源1、LED线光源2产生的斜入射线光源照 射被检触摸屏玻璃元件表面，利用线阵相机捕捉被检触摸屏玻璃元件表面瑕疵位置激发的 散射光，得到原始触摸屏瑕疵灰度图像，然后通过图像处理模块对原始触摸屏瑕疵灰度图 像进行图像处理，具体的对采集到的原始触摸屏瑕疵灰度图像进行图像校正、区域分割、瑕 疵提取及标记瑕疵位置信息等图像处理过程，得到瑕疵评判结果。
[0011]筛选部分设置在最后传动单元上，且底部固定在底部固定板，筛选部分包括同步 带驱动X向平移导轨、Z向平移导轨、真空吸盘、平带传输机构;真空吸盘固定在Z向平移导轨 上，能够沿着Z向平移导轨上下移动；Z向平移导轨固定在同步带驱动X向平移导轨上，能够 沿着同步带驱动X向平移导轨左右移动；同步带驱动X向平移导轨固定在底部固定板上，且 位于最后传动单元上方;平带传输机构位于最后传动单元一侧，且与底部固定板固定连接。
[0012] 经过成像单元评判后，合格触摸屏玻璃元件随最后传动单元平动进入下一工序； 对于不合格触摸屏玻璃元件，将进行筛选，首先利用真空吸盘产生的负压吸住不合格触摸 屏玻璃元件后，不合格触摸屏玻璃元件随Z向平移导轨向上平动，再利用同步带驱动X向平 移导轨做水平方向的平动，移动至平带传输机构处，此时驱动Z向平移导轨向下平动，并利 用真空吸盘释放负压，将不合格触摸屏玻璃元件放置至平带传输机构上，完成不合格元件 的筛选过程。
[0013] 该系统采用的图像处理方法包括：图像校正、区域分割、瑕疵提取及标记瑕疵位置 信息；图像校正是指采用图像变换算法，校正由于被检触摸屏玻璃元件的随机性放置而导 致采集到的原始触摸屏瑕疵灰度图像倾斜的问题；区域分割是指对校正后得到的无倾斜的 触摸屏瑕疵灰度图像进行区域分割;所述的瑕疵提取是对分割的每块区域进行瑕疵的提 取;所述的标记瑕疵位置信息是指依据提取的特征位置信息及定标曲线，将瑕疵位置标记 在校正后的触摸屏瑕疵灰度图像上。
[0014] 图像校正具体过程为:首先读入原始触摸屏瑕疵灰度图像，对该图像进行旋转、平 移、错切等变换，将原始触摸屏瑕疵灰度图像校正为无倾斜触摸屏瑕疵灰度图像，再对校正 后图像进行裁剪，使校正后图像中仅包含当前待检测的触摸屏灰度图像;图像校正后，进行 区域分割，分割出手机边框区域、听筒孔区域、IR孔区域、触摸区域及印刷区域。根据不同区 域中含有的不同瑕疵种类，以及不同瑕疵之间的几何特征差异，在不同的区域中分别进行 瑕疵的特征提取与瑕疵分类;区域分割后分别对各区域进行特征提取，具体包括如下步骤：
[0015] 步骤(1)对分割出的手机边框区域，首先进行滤波、二值化处理以及腐蚀膨胀操作 后，提取该区域位置上存在的崩边、倒边以及边漏等瑕疵的像素值，利用定标曲线，将提取 到的像素值转换为实际尺寸，得到崩边、倒边、漏边等瑕疵的实际尺寸；
[0016] 步骤(2)对分割出的听筒孔区域，首先通过建立标准听筒区域的理想模板图像，然 后通过与分割后的触摸屏瑕疵灰度图像中该区域的图像进行配准，再进行差分算法计算出 该区域中存在的孔倒瑕疵像素尺寸，再利用定标曲线，将提取到的像素尺寸转换为实际尺 寸；
[0017] 步骤(3)通过二值化以及边缘检测算法提取出听筒孔区域中听筒孔的边界信息， 根据边界信息中边缘的平滑程度判断出当前是否存在孔崩瑕疵，并计算得到孔崩瑕疵的像 素值大小，最后利用定标曲线，将像素值转换为实际尺寸值，得到孔崩瑕疵的实际尺寸；
[0018] 步骤(4)针对分割出的IR孔区域，通过形态学操作将背景信息剔除，进一步采用二 值化、特征提取将该区域中的点状瑕疵信息提取出来，得到晶点瑕疵的像素尺寸，再利用定 标曲线，将像素尺寸转换为实际尺寸，得到晶点瑕疵的实际尺寸；
[0019] 步骤(5)针对分割出的触摸区域，采用二值化、特征提取，提取出当前区域中瑕疵 的几何特征，并利用定标曲线得到实际几何特征尺寸，包括面积、长度和宽度;根据提取的 瑕疵的几何特征，建立不同瑕疵的分类器，用于检测并分类划伤、凹坑、水渍、污渍等瑕疵；
[0020] 步骤(6)针对分割出的印刷区域，通过采用不同的二值化灰度阈值提取出当前区 域中存在的异色瑕疵、透光瑕疵、针漏瑕疵和划伤瑕疵。
[0021 ]针对流水线超大行程检测需求，在传动部分设计多个传动单元，传动部分包括底 部固定板、大功率伺服电机、减速机和三个传动单元;三个传动单元包括一级传动单元、二 级传动单元和三级传动单元;大功率伺服电机的输出轴与减速机相连接，减速机通过联轴 器与一级传动单元相连接，每级传动单元与底部固定板固定连接;一级传动单元与二级传 动单元的连接，二级传动单元与三级传动单元均通过同步带的方式进行动力传动连接；
[0022] 所述的多级传动单元，每级传动单元包括、传动轴、磁性传动齿轮主动轮、磁性传 动齿轮从动轮、从动轴、主动同步带轮、同步带、从动同步带轮和主动轴;传动轴的两端通过 轴承座固定在底部固定板上;传动轴上等距间隔设置有多个磁性传动齿轮主动轮，每个磁 性传动齿轮主动轮上对应设置有磁性传动齿轮从动轮;磁性传动齿轮从动轮与从动轴的一 端刚性连接，从动轴的另一端通过轴承座固定在底部固定板，从动轴上等距间隔设置有多 个固定连接的弹性橡胶圈，弹性橡胶圈用于放置和传输被检触摸屏玻璃元件；
[0023] 减速机通过联轴器与一级传动单元的一级主动轴的一端相连接，同时一级主动轴 的该端固定有一级主动同步带轮;一级同步带将一级从动同步带轮和一级主动同步带轮连 接，一级从动同步带轮设置在传动轴中间位置;一级主动轴的另一端与一级传动同步带轮 相连接，一级传动同步带轮和二级主动同步带轮通过