一種基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視覺檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè) 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域中，產(chǎn)品的表面尺寸、形狀、曲率、位置等空間幾何特征直接影 響著產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和競(jìng)爭(zhēng)力，因此對(duì)鋼鐵生產(chǎn)加工企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要 求，基于計(jì)算機(jī)視覺的檢測(cè)技術(shù)以其非接觸、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)成為鋼板表面缺陷檢測(cè)技 術(shù)的熱點(diǎn)。視覺測(cè)量技術(shù)是集視覺、光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等現(xiàn)代技術(shù)為一體的綜 合性技術(shù)，具有非接觸、速度快、自動(dòng)化程度高、柔性好等突出優(yōu)點(diǎn)。目前基于視覺技術(shù)的鋼 板表面缺陷技術(shù)主要有基于面陣相機(jī)的缺陷檢測(cè)、基于光柵投影的缺陷檢測(cè)、基于線結(jié)構(gòu) 光的缺陷檢測(cè)等。
[0003] 基于面陣相機(jī)的缺陷檢測(cè)系統(tǒng)主要通過(guò)面陣相機(jī)采集傳送輥上的鋼板表面圖像， 并對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼板表面二維缺陷的檢測(cè)、識(shí)別及分類。這類系統(tǒng) 為了達(dá)到很高的分辨力，通常需要多個(gè)面陣相機(jī)，因此系統(tǒng)復(fù)雜度較高，不利于系統(tǒng)后期的 使用維護(hù)。
[0004] 光柵投影輪廓測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)被測(cè)表面三維形貌的整體測(cè)量，但光柵投影輪廓 術(shù)中特征點(diǎn)的特征和拓?fù)湫畔⑻崛?fù)雜，并且對(duì)鋼板運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性有很高的要求， 即使鋼板有很細(xì)微的震動(dòng)，也會(huì)影響測(cè)量精度。
[0005] 線結(jié)構(gòu)光掃描的測(cè)量方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，成本低，實(shí)時(shí)受控能力強(qiáng)， 但是要實(shí)現(xiàn)對(duì)整體三維形貌的測(cè)量需要準(zhǔn)確知道鋼板的實(shí)時(shí)位移，測(cè)量速度慢，無(wú)法滿足 在線生產(chǎn)測(cè)量速度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、檢測(cè)精 度高的基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種基于線陣相機(jī)的鋼板表 面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，包括:照明光源、線陣相機(jī)、圖像采集卡、工控機(jī)、圖像處理器;線陣相機(jī)與 圖像采集卡相連接，圖像采集卡與工控機(jī)相連接，工控機(jī)與圖像處理器相連接。
[0008] 所述的照明光源為高亮度線性光源。
[0009] 所述的線陣相機(jī)為4K線陣CMOS相機(jī)，數(shù)量為兩個(gè)。
[0010] 所述的圖像處理器包括圖像預(yù)處理系統(tǒng)、缺陷提取系統(tǒng)和缺陷分類系統(tǒng)。
[0011] 本發(fā)明的有益效果在于，該鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)線陣相機(jī)采集鋼板表面圖 像，并對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。在滿足測(cè)量速度的情況下，單面檢測(cè)僅需要2個(gè)線陣相機(jī)， 系統(tǒng)復(fù)雜度低，有利于系統(tǒng)后期的使用維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)框圖。
[0013] 圖2為基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)工作原理圖。
[0014] 圖3為鋼板表面缺陷檢測(cè)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016] -種基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，包括:照明光源、線陣相機(jī)、圖像采 集卡、工控機(jī)、圖像處理器;利用高亮度線性光源作為照明光源照亮支撐輥上的鋼板表面， 將表面存在的缺陷凸顯出來(lái);線陣相機(jī)采集被照亮的物體表面的實(shí)時(shí)圖像，并將圖像儲(chǔ)存 到圖像采集卡，圖像采集卡接入工控機(jī)時(shí)，被采集的圖像傳入工控機(jī)，最后圖像通過(guò)圖像處 理器，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理、缺陷提取和缺陷分類。
[0017]系統(tǒng)采用光源斜照，相機(jī)正拍，對(duì)稱照明的照明方式。光源斜照在支撐輥的鋼板 上，減小鋼板振動(dòng)對(duì)圖像拍攝的影響;選擇紅色LED線光源，光源長(zhǎng)度足夠覆蓋整個(gè)板寬為 照明板面。
[0018] 檢測(cè)對(duì)象的有效寬度為為2100mm。使用兩臺(tái)4K線陣CMOS相機(jī)，每臺(tái)線陣CMOS相機(jī) 使用3500個(gè)像素，缺陷檢測(cè)的分辨力可達(dá)到0.3mm。鏡頭選擇50mm焦距，為了實(shí)時(shí)在線檢測(cè)、 準(zhǔn)確測(cè)量移動(dòng)距離，在支撐輥的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝編碼器，使得編碼器輸入軸運(yùn)動(dòng)與鋼板運(yùn)動(dòng) 保持同步。
[0019] 在缺陷檢測(cè)之前，通過(guò)軟件自適應(yīng)地調(diào)整線陣相機(jī)的曝光時(shí)間，從而改變其拍攝 到的鋼板圖像的灰度值，使其便于進(jìn)行缺陷檢測(cè)。如圖2所示，每采集一副鋼板圖像，根據(jù)公 式（1)對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，然后通過(guò)串口發(fā)送信息至線陣相機(jī)，調(diào)整相機(jī)的曝光時(shí)間，以 獲得較好的圖像效果。
上式中灰度值在區(qū)間[GL，GH]的像素點(diǎn)總數(shù)記為N，灰度值在區(qū)間[0，GL]的像素點(diǎn)總數(shù) 記為NL，灰度值在區(qū)間的[GH，255]像素點(diǎn)總數(shù)記為NH。隨后通過(guò)實(shí)驗(yàn)，尋找與灰度 值變化關(guān)系，從而確定圖像灰度值滿足測(cè)量要求時(shí)的條件。如果采集到的圖像灰度 過(guò)高，則降低系統(tǒng)的曝光時(shí)間，如果灰度值不足，則提高系統(tǒng)的曝光時(shí)間，從而使采集到的 鋼板表面圖像灰度值能夠控制在一個(gè)穩(wěn)定的范圍內(nèi)，便于后面對(duì)鋼板表面的缺陷查找。
[0021]在曝光時(shí)間自適應(yīng)調(diào)整完成之后，圖像處理尋找缺陷的方法可以得到很大限度的 簡(jiǎn)化，但仍需根據(jù)實(shí)際圖像進(jìn)行缺陷點(diǎn)聯(lián)通、雜點(diǎn)去除等圖像處理。如圖3所示，鋼板表面缺 陷檢測(cè)過(guò)程可以分為九個(gè)步驟，具體包括如下： 第一，橫向灰度跳變點(diǎn)查找:在水平方向上從左向右逐行進(jìn)行掃描，搜尋灰度值跳變 點(diǎn)，也就是滿足公式(2)的點(diǎn)，式中，i表示圖像的行坐標(biāo)，j表示圖像的列坐標(biāo)，Th表示設(shè)定 閾值，將這些點(diǎn)記錄為缺陷像素。如果沒有灰度值小于設(shè)定閾值的點(diǎn)，則說(shuō)明這一行沒有缺 陷像素。
第二，縱向灰度跳變點(diǎn)查找:在豎直方向上從上到下逐列進(jìn)行掃描，尋找灰度跳變點(diǎn)， 也就是滿足共式(3)的點(diǎn)，式中，i表示圖像的行坐標(biāo)，j表示圖像的列坐標(biāo)，Th表示設(shè)定閾值 并將這些點(diǎn)記錄為缺陷像素。如果沒有灰度值小于設(shè)定閾值的點(diǎn)，則說(shuō)明這一列沒有缺陷 像素。
第三，高灰度值點(diǎn)查找:逐行掃描整幅圖像，尋找圖像灰度值大于某一設(shè)定數(shù)值的點(diǎn)， 并將這些點(diǎn)記錄為缺陷像素。
[0024] 第四，低灰度值點(diǎn)查找:逐行掃描整幅圖像，尋找圖像灰度值小于某一設(shè)定數(shù)值的 點(diǎn)，并將這些點(diǎn)記錄為缺陷像素。
[0025] 第五，將之前步驟記錄下來(lái)的缺陷像素點(diǎn)邊界進(jìn)行擴(kuò)充，為防止越界，不處理最左 邊、最右邊、最上邊、最下邊的元素，從第2行、第2列開始檢查圖像中的像素點(diǎn)，逐行掃描每 個(gè)像素;如果當(dāng)前像素的八鄰域像素至少有一個(gè)是之前記錄下來(lái)的缺陷像素，則把此像素 也記錄為缺陷像素。循環(huán)這一步，直到處理完源圖像的全部像素點(diǎn)。經(jīng)過(guò)這一步可以擴(kuò)展缺 陷像素的邊界，將單獨(dú)的缺陷像素連接起來(lái)。
[0026] 第六，消除噪聲點(diǎn)：為防止越界，不處理最左邊、最右邊、最上邊、最下邊的元素，從 第2行、第2列開始檢查圖像中的像素點(diǎn)，逐行掃描每個(gè)像素;如果當(dāng)前像素的八鄰域像素有 任意一個(gè)不是之前記錄下來(lái)的缺陷像素，則把此像素從缺陷像素中剔除。循環(huán)這一步，直到 處理完源圖像的全部像素點(diǎn)。經(jīng)過(guò)這一步可以消除噪聲點(diǎn)。
[0027] 第七，對(duì)圖像進(jìn)行二值化，將之前記錄下來(lái)的缺陷像素灰度值設(shè)為0,其余圖像的 灰度值設(shè)為255。
[0028] 第八，聯(lián)通域查找:這時(shí)圖像被劃分成多個(gè)聯(lián)通區(qū)域，每個(gè)聯(lián)通域即為一個(gè)缺陷輪 廓。根據(jù)8鄰接判據(jù)對(duì)圖像中的連通域進(jìn)行搜索。
[0029] 第九，缺陷的記錄保存:將一定高度h與寬度w范圍內(nèi)的缺陷輪廓即聯(lián)通域標(biāo)記為 一個(gè)大缺陷，存儲(chǔ)為一張圖片。
[0030] 本發(fā)明由于相機(jī)采集的是支撐輥上的鋼板圖像，很大程度上避免了檢測(cè)過(guò)程中由 于鋼板震動(dòng)造成采集到的缺陷不清晰的情況。
[0031] 本發(fā)明實(shí)施例中所用的檢測(cè)過(guò)程，對(duì)采集到的圖像亮度進(jìn)行評(píng)估，從而調(diào)整線陣 相機(jī)的曝光時(shí)間，控制相機(jī)采集到圖像的灰度值，降低了測(cè)量環(huán)境變化對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)精度的 影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性環(huán)境適應(yīng)性;改進(jìn)了傳統(tǒng)的使用固定閾值或者自適應(yīng)閾值對(duì)圖 像進(jìn)行二值化后檢測(cè)輪廓的方法，提高了缺陷檢測(cè)的精度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：照明光源、線陣相 機(jī)、圖像采集卡、工控機(jī)、圖像處理器;線陣相機(jī)與圖像采集卡相連接，圖像采集卡與工控機(jī) 相連接，工控機(jī)與圖像處理器相連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的 照明光源為高亮度線性光源。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的 線陣相機(jī)為4K線陣CMOS相機(jī)，數(shù)量為兩個(gè)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的 圖像處理器包括圖像預(yù)處理系統(tǒng)、缺陷提取系統(tǒng)和缺陷分類系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于線陣相機(jī)的鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，包括：照明光源、線陣相機(jī)、圖像采集卡、工控機(jī)、圖像處理器；線陣相機(jī)與圖像采集卡相連接，圖像采集卡與工控機(jī)相連接，工控機(jī)與圖像處理器相連接。該鋼板表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)線陣相機(jī)采集鋼板表面圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。在滿足測(cè)量速度的情況下，單面檢測(cè)僅需要2個(gè)線陣相機(jī)，系統(tǒng)復(fù)雜度低，有利于系統(tǒng)后期的使用維護(hù)。
【IPC分類】G01N21/89
【公開號(hào)】CN105606623
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510574524
【發(fā)明人】董建中
【申請(qǐng)人】天津英特倫科技發(fā)展有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月11日