專利名稱：一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)器視覺在線檢測(cè)裝置，具體涉及一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)器視覺技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)和攝像機(jī)等模擬人類的視覺系統(tǒng)來(lái)獲取客觀事物的信息，并通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行處理和理解，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)事物的檢測(cè)、測(cè)量和識(shí)別。利用機(jī)器視覺技術(shù)來(lái)進(jìn)行表面檢測(cè)有著廣泛的應(yīng)用，例如產(chǎn)品的外包裝檢測(cè)，布匹的花紋檢測(cè)和紙印刷品的表面檢測(cè)等。機(jī)器視覺技術(shù)中對(duì)于表面檢測(cè)的算法多，針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)于不同的表面情況要選用合適的表面檢測(cè)算法。對(duì)于具有周期性花紋的表面檢測(cè)，一種經(jīng)常采用的檢測(cè)算法就是模板匹配算法， 將一個(gè)周期的花紋圖案圖像作為模板在采集到的大于一個(gè)周期的花紋圖案圖像中進(jìn)行搜索匹配，查找有缺陷的部分。但這種方法存在以下幾個(gè)缺陷(1)對(duì)硬件設(shè)備有較高要求， 成本高；( 數(shù)據(jù)量大，速度慢，不能滿足一定的實(shí)時(shí)性；C3)檢測(cè)結(jié)果受硬件設(shè)備影響大，
穩(wěn)定性差。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)背景技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于提出一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置，有效的解決周期性花紋圖案缺陷檢測(cè)中設(shè)備成本高，處理速度慢， 穩(wěn)定性差等問題。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型包括工作臺(tái)、C⑶黑白面陣GigE相機(jī)、圓頂形光源、千兆網(wǎng)卡、PC機(jī)、 PLC控制器、驅(qū)動(dòng)器、編碼器、電機(jī)、減速器和滾珠絲杠；電機(jī)通過減速器與滾珠絲杠相連， 滾珠絲杠上的螺母與工作臺(tái)相連，工作臺(tái)上放置被檢對(duì)象，驅(qū)動(dòng)器分別與PLC控制器、和裝在電機(jī)上的編碼器相連，PLC控制器通過驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，圓頂形光源安裝在被檢對(duì)象上方，C⑶黑白面陣GigE相機(jī)安裝在圓頂形光源上方，千兆網(wǎng)卡分別與C⑶黑白面陣 GigE相機(jī)、PC機(jī)和PLC控制器連接。該方法的步驟如下1)人工預(yù)先采集周期為Tp的花紋圖案圖像存入PC機(jī)中，將該圖像作為目標(biāo)圖像 P，設(shè)定相似度量NCC的最小值；2)讀取在線采集到的周期為Tq的花紋圖案圖像；3)在步驟2中的花紋圖案圖像中選定ROI (Region OfInterest)，將ROI圖像作為源圖像Q;4)采用2 的均值濾波器分別來(lái)平滑源圖像Q和目標(biāo)圖像P，創(chuàng)建兩幅圖像的圖像金字塔，圖像金字塔的分層層數(shù)η最大值為5 ；[0013]5)從源圖像的金字塔圖像&開始，在目標(biāo)圖像的金字塔圖像Pn中開始搜索，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，確定出粗匹配的位置(in，jn)，如果相似度量NCC的值小于最小值，進(jìn)入步驟8)；6)將η層的匹配結(jié)果區(qū)域映射到n-1層圖像中，n_l層的搜索區(qū)域?yàn)槠ヅ浣Y(jié)果周圍的區(qū)域，將源圖像的金字塔圖像Qlri繼續(xù)在目標(biāo)圖像的n-1層金字塔圖像的搜索區(qū)域中搜索匹配，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，進(jìn)一步縮小匹配的位置Glri，U，如果相似度量 NCC的值小于最小值，進(jìn)入步驟8)；7)按照步驟6)繼續(xù)進(jìn)行搜索匹配，直到最底層金字塔圖像；8)產(chǎn)品不合格，給出報(bào)警信號(hào)；至此，整個(gè)圖像處理系統(tǒng)流程完成檢測(cè)運(yùn)行一次，然后進(jìn)入步驟2~)開始新的檢測(cè)運(yùn)行周期。上述方法步驟1)中采集周期Tp的計(jì)算公式為Tp = 1+TQ其中，Tq<1。上述方法步驟中相似度量NCC的公式為
1 q(u,v)-m f(r + u,c + v)-mf(r,c)ncc(r,c)=~ 2, -rj~*-fr==7-其中，q為源圖像Q中點(diǎn)的數(shù)量，q(u, v),mq, ^為源圖像Q中各點(diǎn)的灰度值、所有點(diǎn)的平均灰度值、所有點(diǎn)的灰度值的方差，f(r+u，C+v)、mf(r c)、分別為源圖像Q在目標(biāo)圖像P中移動(dòng)時(shí)，目標(biāo)圖像P感興趣的區(qū)域中各點(diǎn)的灰度值、所有點(diǎn)的平均灰度值、所有點(diǎn)的灰度值的方差。本實(shí)用新型具有的有益效果是與背景技術(shù)相比，本實(shí)用新型將采集到的圖像作為源圖像，預(yù)先采集的圖像作為目標(biāo)圖像，采用圖形金字塔來(lái)分層搜索，采用歸一化互相關(guān)系數(shù)作為相似度量，既減少了匹配過程中的計(jì)算量，提高了匹配速度，又降低了對(duì)相機(jī)的要求，有效的解決周期性花紋圖案缺陷檢測(cè)中設(shè)備成本高，處理速度慢，穩(wěn)定性差等問題。該檢測(cè)方法和裝置，可以應(yīng)于產(chǎn)品條形外包裝檢測(cè)和條形相框表面花紋圖案檢測(cè)，具有很好的效果。

圖1是本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本實(shí)用新型方法的流程圖。圖3是本實(shí)用新型方法的金字塔圖像結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1、工作臺(tái)，2、被檢對(duì)象，3、CCD黑白面陣GigE相機(jī)，4、圓頂形光源，5、千兆網(wǎng)卡，6、PC機(jī)，7、PLC控制器，8、驅(qū)動(dòng)器，9、編碼器，10、電機(jī)，11、減速器，12、滾珠絲杠。圖3中金字塔圖像的分層層數(shù)為4。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。[0032]如圖1所示，本實(shí)用新型包括工作臺(tái)1、C⑶黑白面陣GigE相機(jī)3、圓頂形光源4、 千兆網(wǎng)卡5、PC機(jī)6、PLC控制器7、驅(qū)動(dòng)器8、編碼器9、電機(jī)10、減速器11和滾珠絲杠12 ； 電機(jī)10通過減速器11與滾珠絲杠12相連，滾珠絲杠12上的螺母與工作臺(tái)1相連，工作臺(tái) 1上放置被檢對(duì)象2，驅(qū)動(dòng)器8分別與PLC控制器7、和裝在電機(jī)10上的編碼器9相連，PLC 控制器7通過驅(qū)動(dòng)器8來(lái)控制電機(jī)10的轉(zhuǎn)速，圓頂形光源4安裝在被檢對(duì)象2上方，CXD黑白面陣GigE相機(jī)3安裝在圓頂形光源4上方，千兆網(wǎng)卡5分別與CXD黑白面陣GigE相機(jī) 3、PC機(jī)6和PLC控制器7連接。實(shí)施例在本實(shí)施例中，選用的被檢對(duì)象為條形相框，其特征為相框表面為平面，表面上具有周期性的花紋圖案。如附圖1所示的結(jié)構(gòu)原理示意圖，在本實(shí)施例中，C⑶黑白面陣GigE相機(jī)采用 DALSA M1400型，分辨率為1360*1024，與相機(jī)配套的鏡頭為Computar2/3” JC系列焦距為 25mm的鏡頭，光源采用Ose DM-75型，千兆網(wǎng)卡采用htel PRO/100MT型，電機(jī)采用麥克比恩SBN04SDK型，驅(qū)動(dòng)器采用麥克比恩VN04N型，PLC采用歐姆龍CPlH型。整個(gè)檢測(cè)過程操作流程為開啟整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)后，電機(jī)通過減速器與滾珠絲杠相連，用于實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)和條形相框的水平運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器分別與電機(jī)和編碼器相連，PLC控制器通過驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用于實(shí)現(xiàn)CCD黑白面陣GigE相機(jī)每次采集周期為1/2的花紋圖案圖像。圓頂形光源從各個(gè)角度對(duì)條形相框花紋圖案的表面進(jìn)行照射，加強(qiáng)了背景與條形相框花紋圖案的表面的對(duì)比度，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)條形相框花紋圖案的表面的均勻打光。C⑶黑白面陣GigE相機(jī)和千兆網(wǎng)卡相連接，傳輸速率快，用于高速采集條形相框花紋圖案的表面圖像。圖像數(shù)據(jù)采集到后，通過千兆網(wǎng)線傳送給千兆網(wǎng)卡，千兆網(wǎng)卡將圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于PC機(jī)中。PC機(jī)的顯示器顯示采集到的周期性花紋圖案表面圖像和檢測(cè)結(jié)果。如圖2中所示的流程圖，在開始在線檢測(cè)前，需要預(yù)先做好的離線工作為a)采集周期為3/2的花紋圖案圖像存入PC機(jī)中，將該圖像作為目標(biāo)圖像P ；b)將伺服電機(jī)復(fù)零位后，調(diào)試運(yùn)行速度，使得每次采集到的花紋圖案圖像周期為 1/2 ；c)設(shè)定相似度量的最小值為0. 8。上述工作完成后，進(jìn)行條形相框花紋圖案的表面缺陷在線檢測(cè)。采集到的條形相框花紋圖案表面圖像數(shù)據(jù)存入PC機(jī)后，條形相框花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)程序會(huì)定期讀取采集到的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體步驟如下1)讀取在線采集到的周期為1/2的條形相框花紋圖案圖像；2)在步驟1中的花紋圖案圖像中選定R0I，將ROI圖像作為源圖像Q ；3)采用2 的均值濾波器分別來(lái)平滑源圖像Q和目標(biāo)圖像P，創(chuàng)建兩幅圖像的圖像金字塔，圖像金字塔的分層層數(shù)η為4 ；4)從源圖像的金字塔圖像Q4開始，在目標(biāo)圖像的金字塔圖像Ρ4中開始搜索，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，確定出粗匹配的大致位置(i4，j4)，如果相似度量NCC的值小于 0.8，進(jìn)入步驟7)；[0051]5)將第4層的匹配結(jié)果區(qū)域映射到第3層圖像中，第3層的搜索區(qū)域?yàn)槠ヅ浣Y(jié)果周圍的區(qū)域，將源圖像的金字塔圖像Q3繼續(xù)在目標(biāo)圖像的第3層金字塔圖像的搜索區(qū)域中搜索匹配，計(jì)算相似度量NCC最大的區(qū)域，進(jìn)一步縮小匹配的位置(i3，j3)，如果相似度量 NCC的值小于0.8，進(jìn)入步驟7)；6)按照步驟幻繼續(xù)進(jìn)行搜索匹配，直到第1層金字塔圖像。7)產(chǎn)品不合格，給出報(bào)警信號(hào)。至此，整個(gè)圖像處理系統(tǒng)流程完成檢測(cè)運(yùn)行一次，然后進(jìn)入步驟2~)開始新的檢測(cè)運(yùn)行周期。在步驟1中的花紋圖案圖像中選定ROI時(shí)，選擇的原則為去除花紋圖案圖像中多余的信息量，保留花紋圖案的細(xì)節(jié)信息。如圖3中金字塔圖像結(jié)構(gòu)示意圖所示，在條形相框花紋圖案的表面缺陷的在線檢測(cè)過程中，采用2 的均值濾波器創(chuàng)建兩幅圖像的金字塔圖像時(shí)，第1層金字塔圖像分辨率為1360*1024，第2層金字塔圖像分辨率為680*512，第3層金字塔分辨率為340*256，第4 層金字塔圖像分辨率為170*128。在計(jì)算源圖像與目標(biāo)圖像的NCC相似度量時(shí)，計(jì)算公式為
權(quán)利要求1. 一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置，其特征在于包括工作臺(tái)(1)、CCD 黑白面陣GigE相機(jī)(3)、圓頂形光源(4)、千兆網(wǎng)卡(5)、PC機(jī)(6)、PLC控制器(7)、驅(qū)動(dòng)器 (8)、編碼器(9)、電機(jī)(10)、減速器(11)和滾珠絲杠(12)；電機(jī)(10)通過減速器(11)與滾珠絲杠(1 相連，滾珠絲杠(1 上的螺母與工作臺(tái)(1)相連，工作臺(tái)(1)上放置被檢對(duì)象0)，驅(qū)動(dòng)器⑶分別與PLC控制器(7)、和裝在電機(jī)(10)上的編碼器(9)相連，PLC控制器(7)通過驅(qū)動(dòng)器(8)來(lái)控制電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)速，圓頂形光源(4)安裝在被檢對(duì)象(2)上方，CCD黑白面陣GigE相機(jī)(3)安裝在圓頂形光源⑷上方，千兆網(wǎng)卡(5)分別與CCD黑白面陣GigE相機(jī)⑶、PC機(jī)(6)和PLC控制器(7)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有周期性花紋圖案的表面缺陷檢測(cè)裝置。電機(jī)通過減速器與滾珠絲杠相連，滾珠絲杠上的螺母與工作臺(tái)相連，驅(qū)動(dòng)器分別與PLC控制器、裝在電機(jī)上的編碼器相連，PLC控制器通過驅(qū)動(dòng)器來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，圓頂形光源安裝在被檢對(duì)象上方，CCD黑白線陣GigE相機(jī)安裝在圓頂形光源上方，千兆網(wǎng)卡分別與CCD黑白面陣GigE相機(jī)、PC機(jī)和PLC控制器連接。本裝置將采集到的圖像作為源圖像，預(yù)先采集的圖像作為目標(biāo)圖像，采用圖形金字塔來(lái)分層搜索，采用歸一化互相關(guān)系數(shù)作為相似度量，既減少了匹配過程中的計(jì)算量，提高了匹配速度，又降低了對(duì)相機(jī)的要求，解決周期性花紋圖案缺陷檢測(cè)中設(shè)備成本高，處理速度慢，穩(wěn)定性差等問題。
文檔編號(hào)G01N21/956GK202101948SQ20112013687
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者俞甫, 孔紅紅, 孫堅(jiān), 富雅瓊, 謝敏, 鐘紹俊, 陳樂 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院