一种自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统及检测方法与流程

本申请涉及一种自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统及检测方法，属于机器人视觉测量与控制领域中的缺陷检测技术领域。

背景技术：

现有技术中的白玻表面检测装置存在诸多问题：

传统的明场检测白玻方式无论是缺陷检测类别还是缺陷检测精度上都无法满足需求，暗场检测对于肉眼都无法准确识别的微小缺陷能够起到很好的检测效果。

相当一部分暗场检测装置设计时需要夹具，夹具会给白玻成像带来干扰，会给玻璃造成伤痕，夹具的使用也会牺牲玻璃的检测面积，导致严重影响图像质量；

还有一些装置采用光反射结构成像，由于采用光反射板或光反射镜会造成光损，对手机白玻上的部分缺陷成像不清晰或者不成像，不能获取高质量的白玻表面缺陷图像，同时还增加了不必要的成本。

另外，光源的安装位置以及选取也对成像效果有着相当大的影响。

传统的检测传送结构能够使得检测装置实现生产自动化，然而检测速度和检测精度却无法满足自动化生产的需要，如何实现高速检测的基础上能够得到高质量的检测图片并保证识别精度，是生产线上亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中的技术问题，本申请提供一种能够获取高质量的自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统，既能够实现白玻的自动检测，又能够获取高质量的白玻表面缺陷图像。

根据本申请的一个方面，提供一种自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统，包括光源装置、显微视觉装置、精密传送装置、控制上位机等四个子装置。其中，光源装置至少包括光源，还可以包括光源控制器和光源姿态校准装置；显微视觉系统至少包括相机和镜头，还可以包括视觉姿态调整装置；精密传送装置至少包括托辊传送结构、电机驱动结构；控制上位机可采用传统电脑、工控机、以及可编程控制器。

具体地，在光源的垂直正上方固定相机，在相机下方连接镜头。光源外具有一光源盒体，以保证光源的密闭性。盒体上具有一光源缝隙允许相机通过镜头采集光源盒体下方的图像。光源盒体被光源支架所支撑，其下方装配有托辊传送结构，用于传送白玻璃片(全文中还简称“白玻”)，当白玻璃片通过托辊传送至光源缝隙正对位置时，可以通过触发传感器触发开始采集图像，从白玻璃片一边经过光源缝隙正下方时，便被相机逐帧采集图像，当整个白玻璃片通过后完成所有图像采集。

在本申请中，托辊利用滚筒将白玻滚动式向前传送，每两个滚筒之间都有一段间隙，相机的正中心对着某两个滚筒之间的间隙。托辊不仅仅起到了传送的作用，位于光源缝隙正下方的托辊间隙，还起到了充分透光的作用，使光线在白玻璃片上不会产生不需要的反射，得到高清晰的成像，此种透光方案也为本申请实现高清图像的独特技术方案。采集过程中对托辊间隙有严格要求，需要使相机的正中心对着其下两个滚筒之间的间隙。由于线阵相机是线扫描采集图像，每次采集一行的实际物理尺寸为10个微米，因此当间隙远大于10微米时，滚筒就不会出现在相机的视野中，可以消除滚筒对白玻图像采集的干扰。

光源装置中的光源姿态调整装置用于调整光源位置，具有升降自由度，同时能小范围内调整俯仰。光源支架用于固定光源结构。光源类型的选择以及照明的位置对于成像效果至关重要。为了充分突出缺陷特征，提升图像中缺陷的对比度，本申请选择了多角度线光源。多角度线光源的工作平面汇聚了多个角度的光线，光源强度可达700klux，而且光源的亮度可以由光源控制器调节，分手动和软件控制两种模式，可以满足检测系统对光源强度的要求。多角度线光源发光方向足，每个位置得到的光照均匀，相机采集到的被测物表面均匀，细节清晰，对比度高，无亮斑和眩光。

显微视觉装置中的相机下方连接镜头，采集白玻表面图像。本申请采用线阵相机，能够更好地配合光源缝隙和托辊间隙采集到高清晰高质量图像。视觉姿态调整装置包括三个自由度，包括升降，左右，前后三个自由度，能够根据采集图像需要而调整相机和镜头的位置。

精密传送装置中，采用镂空的托辊结构传送白玻，不需要夹具对白玻进行夹持，不存在夹具对图像的干扰，也避免了夹具造成的检测部分的损失，从而获得高质量、无检测遗失部位的白玻表面图像。电机驱动结构用于调节托辊传送速度；托辊支架用于支撑固定托辊传送机构。

根据本申请的另外一个方面，提供白玻表面缺陷图像的检测装置用到的一种多角度线光源，包括一组led芯片和一组由一个或多个不同曲率半径的离轴反光镜单体组成的反光镜，一个或多个不同曲率半径的离轴反光镜单体能够将每个led芯片发出的光线单独聚焦到一个焦点，将与反光镜单体距离相同的一个阵列的led芯片发出的光线聚焦到每一个焦点形成线光。

根据本申请的又一方面，提供一种采用本申请白玻表面缺陷图像的检测装置的白玻表面缺陷检测方法，表面缺陷方法包括对表面划伤缺陷和表面崩边缺陷的检测，具体如下：

对于白玻表面划伤检测，主要分为以下步骤：

步骤一：对采集的白玻表面图像进行预处理。

在该步骤中，首先利用固定阈值对图像进行二值化，然后，查找图像的外围轮廓，最后根据查找到的轮廓对原图像进行切割，只保存轮廓内的数据，以提高图像处理速度。

步骤二：检测出白玻表面的候选缺陷，计算缺陷的特征。

在该步骤中，计算缺陷的多维特征，首先利用缺陷的最小外接矩形计算缺陷的长宽比、面积、宽度等，然后，根据实际轮廓与最小外接矩形的距离计算缺陷的直线度和平滑度等，最后，由这些特征组成缺陷的特征向量。

步骤三：根据计算得到的缺陷特征向量，对候选缺陷进行分类与识别，将划痕、蹭伤、灰尘、纤维进行分类，并识别缺陷中的划痕和蹭伤，以及非缺陷的灰尘和纤维；

步骤四：针对不同的缺陷采用不同的融合策略实现断续缺陷的融合过程，从而有效的检测出白玻表面的划痕和蹭伤。

在该步骤中，在对划痕进行融合时，考虑不同划痕间的距离、方向、宽度等因素，可将多条间断的划痕融合为一条完整的划痕。在对蹭伤进行融合时，考虑不同蹭伤间或蹭伤与划痕的距离、方向等因素，可将多片分开的蹭伤或不连接的蹭伤与划痕连接在一起。在该步骤中，利用不同的融合策略融合断续的缺陷，实现缺陷的尺寸的准确测量。

根据本申请的最后一方面，上述白玻表面缺陷图像的检测装置和方法，以及玻表面缺陷图像的检测装置用到的一种多角度线光源还能够用于手机盖板检测以及手机白玻检测。

本申请采用的白玻表面缺陷图像的检测装置和方法能够满足工厂白玻的大规模检测环境下的高速度需要和高精度需要。

附图说明

图1(手机)白玻表面缺陷检测装置。

图2是多角度光源的结构的实施例的剖面图。

附图标记：图1中1、线阵相机，2、镜头，3、多角度光源，4、光源缝隙，5、光源支架，6、光电传感器，7、托辊传送结构，8、托辊支架，9、伺服电机，10、底盘支架，20、led芯片，41-49反光镜单体，40、焦点

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请的技术方案进行详细描述。

实施例1，一种自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统，包括光源装置、显微视觉装置、精密传送装置、控制上位机等四个子装置。其中，光源系统至少包括光源，还可包括光源控制器和光源姿态校准装置；显微视觉系统至少包括相机、镜头，还可包括视觉姿态调整装置；精密传送装置至少包括托辊传送结构、电机驱动结构；控制上位机可采用传统电脑、工控机、以及可编程控制器。

自上而下相机连接镜头，位于光源的垂直正上方，光源外具有一光源盒体，盒体上具有一光源缝隙允许相机通过镜头采集光源盒体下方的图像，光源盒体下方装配有托辊传送结构，光源缝隙正下方正对着托辊间隙，托辊传送结构用于传送白玻璃片，当白玻璃片通过托辊传送至光源缝隙处时，通过触发传感器触发开始采集图像，从白玻璃片经过光源缝隙正下方时，便被相机逐帧采集图像，当整个白玻璃片通过后完成所有图像采集。

实施例2，如图1所示，自上而下采用线阵相机1连接镜头，位于多角度光源3的垂直正上方，多角度光源3外具有一光源盒体，盒体上具有一光源缝隙4允许线阵相机1通过镜头采集光源盒体下方的图像，光源盒体下方装配有托辊传送结构，光源缝隙4正下方正对着托辊间隙，托辊传送结构用于传送白玻璃片，当白玻璃片一边通过托辊7传送至光源缝隙处4时，通过光电传感器6触发开始采集图像，从白玻璃片经过光源缝隙4正下方时，便被相机逐帧采集图像，当整个白玻璃片通过后完成所有图像采集。

实施例3，如图2所示的多角度光源实施方式结构的剖面图，自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统用到的一种多角度线光源，包括一组led芯片20和一组由一个或多个不同曲率半径的离轴反光镜单体41-49组成的反光镜，其中，一组led芯片20以垂直纸面z轴向排列，反光镜单体41-49仅为9个不同曲率半径的离轴反光镜单体的示例(实际情况还可采用1个或多个不同曲率半径的离轴反光镜)，一个或多个不同曲率半径的离轴反光镜单体能够将每个led芯片20发出的光线单独聚焦到焦点40，将与反光镜单体距离相同的一组led20芯片发出的光线聚焦到每一个焦点形成沿z轴的线光，以y轴为对称，还有另外一组led芯片20和另外一组由一个或多个不同曲率半径的离轴反光镜单体41-49组成的反光镜(实际情况还可采用1个或多个不同曲率半径的离轴反光镜，与一组反光镜单体关于y轴对称设置)，由此，将多角度光线聚焦为焦点40汇聚到一起的沿z轴的线光。

实施例4，一种采用本申请自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统的白玻表面缺陷检测方法，表面缺陷方法包括对表面划伤缺陷和表面崩边缺陷的检测，具体如下：

对于白玻表面划伤检测，主要分为以下四个步骤：

步骤一：对采集的白玻表面图像进行预处理。

在该步骤中，首先利用固定阈值对图像进行二值化，然后，查找图像的外围轮廓，最后根据查找到的轮廓对原图像进行切割，只保存轮廓内的数据，以提高图像处理速度。

步骤二：检测出白玻表面的候选缺陷，计算缺陷的特征。

在该步骤中，计算缺陷的多维特征，首先利用缺陷的最小外接矩形计算缺陷的长宽比、面积、宽度等，然后，根据实际轮廓与最小外接矩形的距离计算缺陷的直线度和平滑度等，最后，由这些特征组成缺陷的特征向量。

步骤三：根据计算得到的缺陷特征向量，对候选缺陷进行分类与识别，将划痕、蹭伤、灰尘、纤维进行分类，并识别缺陷中的划痕和蹭伤，以及非缺陷的灰尘和纤维；

步骤四：针对不同的缺陷采用不同的融合策略实现断续缺陷的融合过程，从而有效的检测出白玻表面的划痕和蹭伤。

在该步骤中，在对划痕进行融合时，考虑不同划痕间的距离、方向、宽度等因素，可将多条间断的划痕融合为一条完整的划痕。在对蹭伤进行融合时，考虑不同蹭伤间或蹭伤与划痕的距离、方向等因素，可将多片分开的蹭伤或不连接的蹭伤与划痕连接在一起。在该步骤中，利用不同的融合策略融合断续的缺陷，实现缺陷的尺寸的准确测量。

对白玻表面的崩边缺陷，主要分为以下三个步骤：

步骤一：裁剪出白玻表面区域；

步骤二：采用定步长线扫描的方法对白玻的边缘和宽度进行精确定位与测量；

步骤三：通过对边缘宽度集合中出现连续的异常宽度进行判定，对崩边进行定位与测量。

实施例5，

本申请涉及的自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统和相应的白玻表面缺陷检测方法，以及自动检测白玻表面缺陷的视觉检测系统用到的一种多角度线光源还能够用于手机盖板检测以及手机白玻检测。

本申请技术方案带来的有益效果有：实现了生产线上高速自动化检测，图像质量好，检测精度高。

本申请所述并不限于具体实施方式所述的实施例，只要是本领域技术人员根据本申请方案得出其他的实施方式，同样属于本申请的技术创新及保护的范围。