玻璃板材的通孔孔径检测方法及装置与流程

1.本发明涉及通孔孔径测量技术领域，特别地，涉及一种玻璃板材的通孔孔径检测方法，另外，还特别涉及一种玻璃板材的通孔孔径检测装置。


背景技术：

2.生产线上对玻璃板材(如平板玻璃、无机玻璃、有机玻璃、亚克力等)打孔后，如何对通孔直径进行在线检测是不可缺少的一个环节。目前，很多产线没有自动化检测设备，仅靠人工进行检测并控制质量，但人工检测的方式存在效率低下、检测精度不高等问题，尤其主观因素导致对玻璃产出质量控制标准不一致，不能实时得到所需质量数据，不便于质量数据的统计、查询，自动化程度低，人力成本高。另外，目前还可以通过机器视觉技术实现玻璃板材通孔孔径的自动检测，可以实现通孔孔径的在线检测，且检测结果的精度较高，可以满足不同宽度和厚度的板材通孔检测要求。但是，目前的机器视觉检测设备要求将镜头光轴和通孔圆心保持在同一直线上，当通孔圆心偏离镜头光轴时，难以准确地测量出通孔孔径。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种玻璃板材的通孔孔径检测方法及装置，以解决现有的机器视觉检测设备在通孔圆心偏离镜头光轴时难以准确测量出通孔孔径的技术问题。
4.根据本发明的一个方面，提供一种玻璃板材的通孔孔径检测方法，包括以下内容：
5.对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定；
6.获取玻璃板材上通孔的图像，确定通孔图像中的通孔区域，并基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素直径；
7.基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量；
8.基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。
9.进一步地，所述对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定的过程包括以下内容：
10.选择某一厚度的第一玻璃板材，将标定物放置在该第一玻璃板材上，测量出标定物上表面到第一玻璃板材下表面的第一高度，并记录标定物在相机图像中的第一像素长度；
11.选择另一厚度的第二玻璃板材，将同一标定物放置在该第二玻璃板材上，测量出标定物上表面到第二玻璃板材下表面的第二高度，并记录标定物此时在相机图像中的第二像素长度；
12.以镜头焦点为三角形的一个顶点、分别以第一次标定时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点和第二次时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点作为另外两个顶点，构建相似三角形；
13.基于相似三角形的几何关系计算得到焦点高度。
14.进一步地，具体基于以下公式计算得到焦点高度：
[0015][0016]
其中，h表示焦点高度，l1和l2分别表示第一像素长度和第二像素长度，d1和d2分别表示第一高度和第二高度。
[0017]
进一步地，所述基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素直径的过程包括以下内容：
[0018]
获取镜头焦点在通孔图像平面中的投影点坐标；
[0019]
获取通孔区域的轮廓线上所有点的像素坐标，并通过均值计算得到通孔区域的质心坐标；
[0020]
作投影点和质心的连线，并以投影点为中心分别顺时针和逆时针转动投影点和质心的连线，直至连线脱离通孔区域，分别获得连线与通孔区域的两个切点；
[0021]
基于轮廓线上以两个切点为端点且远离投影点的一段圆弧进行圆周拟合，得到通孔的下表面像素直径。
[0022]
进一步地，所述基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量的过程包括以下内容：
[0023]
选择某一厚度的第三玻璃板材，将标定物放置在该第三玻璃板材上，测量出标定物上表面到第三玻璃板材下表面的第三高度，并记录标定物在相机图像中的第三像素长度和实际物理长度；
[0024]
以镜头焦点为三角形的一个顶点、分别以第三次标定时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点和第三玻璃板材的下表面所在平面在相机视角中的两个端点作为另外两个顶点，构建相似三角形；
[0025]
基于相似三角形的几何关系计算得到玻璃板材的下表面像素当量。
[0026]
进一步地，具体基于以下公式计算得到玻璃板材的下表面像素当量：
[0027][0028]
其中，ρ表示玻璃板材的下表面像素当量，h表示焦点高度，d表示第三高度，l
mm
和l
pixel
分别表示标定物的实际物理长度和第三像素长度。
[0029]
进一步地，在进行焦点高度标定之前还包括以下内容：
[0030]
将相机成像平面调整至与玻璃板材下表面平行。
[0031]
进一步地，在进行焦点高度标定之前还包括以下内容：
[0032]
确定相机成像平面由镜头导致的畸变范围，选择无畸变区域进行成像。
[0033]
进一步地，在进行焦点高度标定之前还包括以下内容：
[0034]
确定镜头光轴和感光器中心在一条直线上。
[0035]
另外，本发明还提供一种玻璃板材的通孔孔径检测装置，包括：
[0036]
第一标定模块，用于对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定；
[0037]
图像处理模块，用于获取玻璃板材上通孔的图像，确定通孔图像中的通孔区域，并
基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素直径；
[0038]
第二标定模块，用于基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量；
[0039]
尺寸换算模块，用于基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。
[0040]
本发明具有以下效果：
[0041]
本发明的玻璃板材的通孔孔径检测方法，先对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定，然后利用相机拍摄玻璃板材上通孔的图像，在确定通孔图像中的通孔区域后即可计算得到通孔的下表面像素直径，再基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量，最后，基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。在通孔孔径检测过程中，无需保证镜头光轴和通孔圆心在同一直线上，仅需在通孔图像中确定通孔区域，即可基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素圆，在基于事先标定得到的焦点高度计算得到玻璃板材的下表面像素当量后，即可换算得到通孔的实际物理直径，从而可以准确地测量得到通孔直径。
[0042]
另外，本发明的玻璃板材的通孔孔径检测装置同样具有上述优点。
[0043]
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0044]
构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0045]
图1是本发明优选实施例的玻璃板材的通孔孔径检测方法的流程示意图。
[0046]
图2是图1中步骤s1的子流程示意图。
[0047]
图3是本发明优选实施例中对焦点高度进行标定的原理示意图。
[0048]
图4是本发明优选实施例中在镜头光轴与通孔圆心不在同一直线上时采集的通孔图像示意图。
[0049]
图5是图1中步骤s2的子流程示意图。
[0050]
图6是本发明优选实施例中计算通孔像素直径的原理示意图。
[0051]
图7是图1中步骤s3的子流程示意图。
[0052]
图8是本发明优选实施例中对玻璃板材的下表面像素当量进行标定的原理示意图。
[0053]
图9是本发明另一实施例的玻璃板材的通孔孔径检测装置的模块结构示意图。
具体实施方式
[0054]
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0055]
可以理解，如图1所示，本发明的优选实施例提供一种玻璃板材的通孔孔径检测方法，包括以下内容：
[0056]
步骤s1：对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定；
[0057]
步骤s2：获取玻璃板材上通孔的图像，确定通孔图像中的通孔区域，并基于通孔区
域计算得到通孔的下表面像素直径；
[0058]
步骤s3：基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量；
[0059]
步骤s4：基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。
[0060]
可以理解，本实施例的玻璃板材的通孔孔径检测方法，先对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定，然后利用相机拍摄玻璃板材上通孔的图像，在确定通孔图像中的通孔区域后即可计算得到通孔的下表面像素直径，再基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量，最后，基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。在通孔孔径检测过程中，无需保证镜头光轴和通孔圆心在同一直线上，仅需在通孔图像中确定通孔区域，即可基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素圆，在基于事先标定得到的焦点高度计算得到玻璃板材的下表面像素当量后，即可换算得到通孔的实际物理直径，从而可以准确地测量得到通孔直径。
[0061]
可以理解，如图2所示，在所述步骤s1中，所述对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定的过程包括以下内容：
[0062]
步骤s11：选择某一厚度的第一玻璃板材，将标定物放置在该第一玻璃板材上，测量出标定物上表面到第一玻璃板材下表面的第一高度，并记录标定物在相机图像中的第一像素长度；
[0063]
步骤s12：选择另一厚度的第二玻璃板材，将同一标定物放置在该第二玻璃板材上，测量出标定物上表面到第二玻璃板材下表面的第二高度，并记录标定物此时在相机图像中的第二像素长度；
[0064]
步骤s13：以镜头焦点为三角形的一个顶点、分别以第一次标定时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点和第二次时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点作为另外两个顶点，构建相似三角形；
[0065]
步骤s14：基于相似三角形的几何关系计算得到焦点高度。
[0066]
具体地，首先，选择某一厚度的第一玻璃板材，将标定物放置在该第一玻璃板材上，测量出标定物上表面到第一玻璃板材下表面的第一高度d1，并记录此时标定物在相机图像中的第一像素长度l1。然后，再选择另一厚度的第二玻璃板材，其中，第二玻璃板材的厚度要大于d1，将同一标定物放置在第二玻璃板材上，测量出标定物上表面到第二玻璃板材下表面的第二高度d2，并记录标定物此时在相机图像中的第二像素长度l2。如图3所示，以镜头焦点作为共同顶点、分别以第一次标定时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点和第二次时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点分别作为另外两个顶点，由此构建两个相似三角形。基于相似三角形的几何关系可知：其中，ρ1和ρ2分别表示第一玻璃板材上表面和第二玻璃板材上表面的像素当量，c
pixel
表示相机传感器宽度方向的像素总量，h表示焦点高度。另外，标定物的实际物理长度为l
mm
。因此：
[0067]
[0068][0069][0070][0071]
可以理解，在所述步骤s2中，当相机的镜头光轴与通孔圆心不在一条直线上时，相机采集的通孔图像如图4所示。在亮背景、暗对象的通孔图像中，通过底帽变换可以精准地提取出通孔区域(即深色区域)的清晰轮廓线，而其它对比度不够强烈的线条难以清楚的辨识，例如，通孔的上表面轮廓线与玻璃板材上表面之间的对比度较低，难以准确地识别出通孔的上表面轮廓线，故而目前的机器视觉检测设备难以从通孔图像中准确地识别出通孔底面圆的轮廓线，从而无法准确地检测通孔孔径，尤其是当通孔的上下表面存在倒角时，更加难以识别出通孔的底面圆轮廓线。并且，当镜头光轴与通孔圆心的偏移距离不同时，通孔投影图像也会不同，更加难以准确地测量出通孔的实际孔径。因此，在本发明中，先通过底帽变换获得通孔区域的轮廓线，由于通孔区域为深色区域，其与周围的玻璃板材区域(浅色区域)的对比度较高，从而可以精准地提取出通孔区域的轮廓线，然后在基于通孔区域计算得到通孔的像素直径。其中，如图5所示，所述基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素直径的过程包括以下内容：
[0072]
步骤s21：获取镜头焦点在通孔图像平面中的投影点坐标；
[0073]
步骤s22：获取通孔区域的轮廓线上所有点的像素坐标，并通过均值计算得到通孔区域的质心坐标；
[0074]
步骤s23：作投影点和质心的连线，并以投影点为中心分别顺时针和逆时针转动投影点和质心的连线，直至连线脱离通孔区域，分别获得连线与通孔区域的两个切点；
[0075]
步骤s24：基于轮廓线上以两个切点为端点且远离投影点的一段圆弧进行圆周拟合，得到通孔的下表面像素直径。
[0076]
具体地，如图6所示，在确定通孔区域后，通孔上表面和通孔下表面在平面上投影区域的封闭轮廓线即为通孔区域轮廓线，此时需要计算得到封闭轮廓线上的不同直径的两段圆弧的交点。先获取镜头焦点在通孔图像平面中的投影点p，然后，获取通孔区域轮廓线上所有点的像素坐标，再进行均值计算得到通孔区域的质心o的坐标值，因为对称关系，质心o一定在通孔上表面圆心b和下表面图像圆心a的连线上，即点a、o、b共线。再连接p点和o点，以p点为中心、采用微小步长的转角δθ分别顺时针和逆时针转动po射线，直至po射线脱离通孔区域，从而获得po射线与通孔区域的两个切点m和n，即通孔底面圆轮廓线和通孔顶面圆轮廓线的实际交点。最后，基于封闭轮廓线上远离p点的mn段圆弧，采用最小二乘法进行圆周拟合，拟合得到通孔的下表面像素圆，从而得到通孔的下表面像素直径。
[0077]
可以理解，在所述步骤s3中，由于在步骤s2中拟合得到的通孔像素圆是以玻璃板材下表面的通孔边缘点成像构成，故而将通孔的下表面像素直径转换为实际物理直径时需要采用玻璃板材的下表面像素当量进行换算。如图7所示，所述基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量的过程包括以下内容：
[0078]
步骤s31：选择某一厚度的第三玻璃板材，将标定物放置在该第三玻璃板材上，测量出标定物上表面到第三玻璃板材下表面的第三高度，并记录标定物在相机图像中的第三像素长度和实际物理长度；
[0079]
步骤s32：以镜头焦点为三角形的一个顶点、分别以第三次标定时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点和第三玻璃板材的下表面所在平面在相机视角中的两个端点作为另外两个顶点，构建相似三角形；
[0080]
步骤s33：基于相似三角形的几何关系计算得到玻璃板材的下表面像素当量。
[0081]
具体地，先选择某一厚度的第三玻璃板材，将标定物放置在该第三玻璃板材上，测量出标定物上表面到第三玻璃板材下表面的第三高度d，并记录标定物在相机图像中的第三像素长度l
pixel
和实际物理长度l
mm
。可以理解，此次标定数据也可以选择之前的第一玻璃板材或者第二玻璃板材的标定数据进行计算，从而省去了再次标定的过程。然后，如图8所示，以镜头焦点为三角形的共同顶点、分别以第三次标定时标定物上表面所在平面在相机视角中的两个端点和第三玻璃板材的下表面所在平面在相机视角中的两个端点作为另外两个顶点，构建两个相似三角形。基于相似三角形的几何关系可知：其中，ρd表示标定平面的像素当量，ρ表示玻璃板材的下表面像素当量，故而：
[0082][0083]
可以理解，在所述步骤s4中，基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。
[0084]
可以理解，在进行焦点高度标定之前还包括以下内容：
[0085]
将相机成像平面调整至与玻璃板材下表面平行，防止两平面不平行时引入的像素当量不均衡问题。
[0086]
另外，在进行焦点高度标定之前还包括以下内容：
[0087]
确定相机成像平面由镜头导致的畸变范围，选择无畸变区域进行成像。其中，可以通过方格纸来确定镜头导致的畸变范围。
[0088]
另外，在进行焦点高度标定之前还包括以下内容：
[0089]
确定镜头光轴和感光器中心在一条直线上，避免由于中心的偏移造成成像的畸变，可以将通孔移到图像中心采集图像，看是否为同心圆来进行校正。
[0090]
另外，如图9所示，本发明的另一实施例还提供一种玻璃板材的通孔孔径检测装置，优选采用如上所述的方法，该装置包括：
[0091]
第一标定模块，用于对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定；
[0092]
图像处理模块，用于获取玻璃板材上通孔的图像，确定通孔图像中的通孔区域，并基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素直径；
[0093]
第二标定模块，用于基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量；
[0094]
尺寸换算模块，用于基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。
[0095]
可以理解，本实施例的玻璃板材的通孔孔径检测装置，先对相机的镜头焦点至玻璃板材下表面的焦点高度进行标定，然后利用相机拍摄玻璃板材上通孔的图像，在确定通孔图像中的通孔区域后即可计算得到通孔的下表面像素直径，再基于焦点高度标定得到玻璃板材的下表面像素当量，最后，基于玻璃板材的下表面像素当量将通孔的下表面像素直径换算为实际物理直径。在通孔孔径检测过程中，无需保证镜头光轴和通孔圆心在同一直线上，仅需在通孔图像中确定通孔区域，即可基于通孔区域计算得到通孔的下表面像素圆，在基于事先标定得到的焦点高度计算得到玻璃板材的下表面像素当量后，即可换算得到通孔的实际物理直径，从而可以准确地测量得到通孔直径。
[0096]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。