基于識別鋼球表面反射圖案完整性的鋼球表面缺陷檢測法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼球表面缺陷檢測法。特別是涉及一種基于識別鋼球表面反射圖案完整性的鋼球表面缺陷檢測法。
【背景技術】
[0002]鋼球作為軸承的滾動體，是一類生產(chǎn)量大、應用領域廣的重要基礎零件。由于受到生產(chǎn)工藝、設備等條件的制約，鋼球表面不可避免的會存在凹坑、生銹、裂紋、劃傷等缺陷，這些表面缺陷對于軸承的精度、動態(tài)性能及使用壽命等有著重要的影響。因此，鋼球表面缺陷檢測具有重要的意義。
[0003]目前國內(nèi)的鋼球生產(chǎn)廠家主要采取人工目檢的方法，即檢測人員通過肉眼或低倍率顯微鏡觀察鋼球表面，從而剔除可能存在表面缺陷的鋼球。該方法檢測效率低，無法適應工業(yè)生產(chǎn)的需求，且對于檢測人員的依賴性較強，易發(fā)生誤檢、漏檢等情況。因此，研究高效準確的鋼球表面缺陷自動化檢測方法是實際生產(chǎn)過程中提出的迫切需求。
[0004]機器視覺是通過計算機分析處理圖像傳感器所獲得圖像的一種方法，主要研究用計算機來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進行處理并加以理解，最終用于實際測量和控制。機器視覺技術具有檢測效率高、自動化程度高、非接觸式檢測等優(yōu)勢，目前在表面缺陷檢測領域得到了較為廣泛的應用。
[0005]中北大學喻賓揚等人依據(jù)莫爾條紋產(chǎn)生的原理，利用CCD相機進行平板玻璃表面缺陷的檢測。光源設置于待測玻璃板下方，光源與玻璃板之間放置標準光柵。光源發(fā)出的光線經(jīng)過光柵投射到玻璃板表面可以得到明暗相間的條紋。CCD相機設置于玻璃板上方采集表面圖像。檢測過程中先采集一塊無缺陷的平板玻璃圖像得到基準柵，之后再采集待測平板玻璃的圖像得到試件柵，通過計算機對基準柵與試件柵的圖像進行運算比對可以得到等傾莫爾條紋圖像。不同的表面缺陷會得到不同的莫爾條紋圖像。此種方法需要在光源外部放置光柵產(chǎn)生明暗相間的條紋，檢測裝置復雜。若采用此方法檢測鋼球等曲率連續(xù)變化的物體，則需要標準物體與待測物體精確對位，這在實際檢測過程中難以實現(xiàn)。因此，此方法只適用于玻璃等平面物體的檢測。
[0006]專利號為200510120663.8的發(fā)明專利中公開了一種球面反射鏡的雙點光源干涉檢測方法。該方法令激光器發(fā)出的光依次通過光柵、凸透鏡、空間濾波器等多個鏡組得到雙點光源。雙點光源經(jīng)固定的平面鏡返回的光束與經(jīng)待測球面反射鏡返回的光束可以產(chǎn)生干涉條紋，通過CCD相機獲取干涉條紋圖樣即可完成球面反射鏡表面檢測。該方法對于光源要求較高，需要利用多鏡組得到平行光及雙點光源。此外，整體裝置中各個光學器件需要精確調(diào)節(jié)位置，具有一定的難度。
[0007]專利號為201210135079.X的發(fā)明專利中公開了一種基于視覺的鋼球表面缺陷檢測方法。鋼球沿直線導軌進入檢測區(qū)域，通過光源左右兩側(cè)對稱設置的圖像傳感器進行圖像采集。首先需要采集一列無缺陷鋼球的圖像得到模板，之后通過上料裝置使待測鋼球滾動進入檢測區(qū)域。在鋼球滾動過程中，圖像傳感器對每個待測鋼球分別采集多幅圖像。利用投影分割法求得左側(cè)圖像傳感器和右側(cè)圖像傳感器對每個鋼球所采集的各幅圖像與模板圖像的鋼球邊界，將待測鋼球圖像與模板圖像進行對齊、剪影即可判斷鋼球表面是否存在缺陷。本方法的檢測速度快、適用于不同直徑的鋼球，但圖像處理過程的核心是識別缺陷區(qū)域與正常區(qū)域灰度值的差異。雖然絕大部分缺陷都存在光學反射特性差異，但極個別情況下，缺陷部分反射特性與正常表面極為相近，幾何差異卻更容易捕捉。
[0008]現(xiàn)有的鋼球表面缺陷圖像檢測方法中，通常使用單個或多個圖像傳感器采集到的鋼球表面圖像各點灰度值連續(xù)性的分析確定表面缺陷。在照明可認為均勻的情況下，若鋼球表面不存在缺陷，則表面圖像灰度值連續(xù)無突變;若鋼球表面存在缺陷，則由于缺陷部分與鋼球表面光學特性的差異，圖像灰度值會發(fā)生突變，從而通過對圖像灰度值進行閾值分割即可確定表面缺陷的位置及范圍。此種方法要求缺陷部分與球體表面的光學特性存在較大差異，對于圖像中灰度值差異不明顯的部分則無法進行有效的判別。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種能夠提高鋼球表面缺陷檢測效率和準確性的基于識別鋼球表面反射圖案完整性的鋼球表面缺陷檢測法。
[0010]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種基于識別鋼球表面反射圖案完整性的鋼球表面缺陷檢測法，將待測鋼球放置于漫反射型的光源罩內(nèi)部，將以一定形式排列的LED光源置于光源罩內(nèi)側(cè)底部作為照明光源，所述的LED光源與待測鋼球之間設置有用于遮擋LED光源直接照射到待測鋼球上的光源擋板;在光源罩上開觀測孔，并在光源罩外側(cè)對應所述的觀測孔設置用于采集鋼球表面圖像的圖像傳感器;所述的光源罩內(nèi)壁均勻涂滿具有漫反射特性的單色材料層，在所述單色材料層上涂有規(guī)則排列的具有漫反射特性的圖案層，LED光源照射到光源罩內(nèi)壁上的光反射到鋼球表面，圖像傳感器采集到表面呈現(xiàn)有光源罩內(nèi)壁規(guī)則圖案的鋼球圖像，利用機器視覺技術對圖像傳感器采集到的圖像進行處理，提取并識別鋼球表面規(guī)則圖案形成像的完整性，即實現(xiàn)鋼球表面缺陷的檢測。
[0011]所述的待測鋼球在所述光源罩內(nèi)沿直線分布，并且球列通過圖像傳感器光軸所在直線與鋼球所在平面的交點。
[0012]所述的光源罩內(nèi)側(cè)壁上的單色涂層與規(guī)則排列的圖案層顏色不同并具有一定的灰度反差，所述光源罩內(nèi)側(cè)壁上的單色涂層和規(guī)則排列的圖案層均是采用具有高漫反射率的不同顏色涂料噴涂構成。
[0013]所述的光源罩內(nèi)側(cè)壁上的規(guī)則排列的圖案層，是寬度相同、間隔相等的同心圓環(huán)層，或是頻率、幅值相等的正弦波紋層，或是間隙大小相等的矩形網(wǎng)格層，或是以光源罩頂部中心為原點的均勻放射的條紋層。
[0014]所述的光源罩內(nèi)側(cè)壁上的規(guī)則排列的圖案層，是有序排列的字母層或數(shù)字層或幾何圖形層。
[0015]所述的圖像傳感器為一個以上，在所述的光源罩上對應一個以上的圖像傳感器開有一個以上的觀測孔。
[0016]所述的光源罩兩側(cè)的側(cè)壁上對稱地形成有進料孔和出料孔，沿進料孔和出料孔貫穿地插入有用于向所述光源罩內(nèi)導入和導出待測鋼球的直線導軌。
[0017]所述直線導軌是能夠使待測鋼球球列只保留一維自由度的導軌。
[0018]當獲取的鋼球表面所反射的光源罩內(nèi)側(cè)壁上的規(guī)則排列的圖案層為連續(xù)完整的圖案時，則表示鋼球表面無缺陷；當獲取的鋼球表面所反射的光源罩內(nèi)側(cè)壁上的規(guī)則排列的圖案層有扭曲變形或間斷缺失的部分，則表示鋼球表面存在缺陷。
[0019]本發(fā)明的基于識別鋼球表面反射圖案完整性的鋼球表面缺陷檢測法，通過對于鋼球表面規(guī)則圖案的提取識別的方式進行缺陷檢測，可以不完全依賴于鋼球表面缺陷區(qū)域的光學反射特性差異，可以有效的檢測出更多種表面缺陷類型，同時可以很大程度上降低數(shù)字圖像處理過程中算法實現(xiàn)的難度與工作量。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明方法所使用裝置的整體結構示意圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明中光源罩模型沿X-Z平面的剖面圖；
[0022]圖3是光源罩第一實施例的內(nèi)部結構示意圖；
[0023]圖4是光源罩第二實施例的內(nèi)部結構示意圖；
[0024]圖5a是實施例中采用現(xiàn)有檢測方法采集到的表面無缺陷鋼球圖像；
[0025]圖5b是實施例中采用本發(fā)明的檢測方法采集到的表面無缺陷鋼球圖像；
[0026]圖6a是實施例中采用現(xiàn)有檢測方法采集到的表面有凹坑缺陷的鋼球圖像；
[0027]圖6b是實施例中采用本發(fā)明的檢測方法采集到的表面有凹坑缺陷的鋼球圖像；
[0028]圖7a是實施例中采用現(xiàn)有檢測方法采集到的表面有擦傷缺陷的鋼球圖像；
[0029]圖7b是實施例中采用本發(fā)明的檢測方法采集到的表面有擦傷缺陷的鋼球圖像；
[0030]圖8a是實施例中采用現(xiàn)有檢測方法采集到的表面有拖溝和凹坑缺陷的鋼球圖像；
[0031]圖8b是實施例中采用本發(fā)明的檢測方法采集到的表面有拖溝和凹坑缺陷的鋼球圖像。
[0032]圖中
[0033]1:被測物體2:圖像傳感器
[0034]3:光源罩4:圖像采集孔
[0035]5:進料孔6:出料孔
[0036]7:直線導軌8:支架
[0037]9:環(huán)狀光源組件91:光源擋板
[0038]92:安裝座93:發(fā)光部件
[0039]10:單色涂層11:圖案層
【具體實施方式】
[0040]下面結合實施例和附圖對本發(fā)明的基于識別鋼球表面反射圖案完整性的鋼球表面缺陷檢測法做出詳細說明。
[0041]本發(fā)明的基于識別鋼球表面反射圖案完整性的鋼球表面缺陷檢測法，是利用鋼球表面的反光率極高且能夠作為鏡面成像的特性，將鋼球表面作為成像面，鋼球表面會反射經(jīng)由光源照亮的光源罩內(nèi)壁的規(guī)則圖案的像，通過圖像傳感器采集鋼球表面圖像并檢測所得圖像中內(nèi)壁修飾圖案所成像的完整性即可達到表面缺陷檢測的目的。在光源罩內(nèi)壁修飾的圖案均勻完整的條件下，若鋼球表面無缺陷，則反射形成的內(nèi)壁修飾圖案的像應連續(xù)完整;若鋼球表面存在缺陷，則反射形成的內(nèi)壁修飾圖案的像在表面缺陷部分會發(fā)生扭曲變形或間斷缺失。此種方法對于鋼球表面缺陷的檢測方法不依