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原文传递基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统及方法

专利名称：	基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统及方法
摘要：	本发明公开一种基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统及方法，包括：牵引装置，用于带动杆状物体移动；视觉采集装置，用于采集杆状物体表面深度信息；同步装置，用于同步牵引装置和视觉采集装置；中央控制系统，用于处理视觉采集装置采集的杆状物体表面深度信息并显示。本发明采用机器视觉检测技术可以避免人工检测的缺陷，具有高精度、高效率、稳定可靠及适用于在线检测等优势，极具应用前景。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	陕西三星洁净工程有限公司
发明人：	秦彬书;张斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-19T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910208871.5
公开号：	CN109870464A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	田洲
分类号：	G01N21/89(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	710003 陕西省西安市高新区高新路86号领先时代广场(B座)2幢2单元20506室
主权项：	1.基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，包括：牵引装置，用于带动杆状物体移动；视觉采集装置，用于采集杆状物体整个表面深度信息；同步装置，用于同步牵引装置和视觉采集装置；中央控制系统，用于处理视觉采集装置采集的杆状物体表面深度信息并显示。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，所述视觉采集装置包括若干3D传感器(3)和传感器支架(4)； 3D传感器(3)包括激光发射器和CCD相机，激光发射器和CCD相机法线方向成一定角度；传感器支架(4)下端设有支撑架，支撑架上设有环形轨道；环形轨道上安装有若干滑块；3D传感器(3)安装在对应的滑块上；若干3D传感器(3)在环形轨道上均匀间隔设置，能够采集杆状物体整个表面，所需传感器数量由相机到截面中心的距离、杆状物体截面半径、传感器x方向分辨率及缺陷判断标准决定。 3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，牵引装置为牵引机(1)；杆状物体(2)由牵引机(1)固定，穿过传感器支架(4)的环形轨道中心； 3D传感器(3)通过手动平移台固定在传感器支架(4)的环形轨道的滑块上；手动平移台由移动台及固定台组成，手动平移台由移动台中装有直线轴承，使移动台及固定台之间能够做直线移动；3D传感器(3)固定在移动台上，固定台固定在滑块上；同步装置为编码器(7)，编码器(7)安装在牵引机(1)的转轴上以获得运动频率，根据运动频率触发相机，从而保持相机采集频率和运动频率同步。 4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，3D传感器的工作距离、测量景深、相机拍摄距离、相机到激光发射器的距离以及相机到激光平面距离之间存在如下关系：其中，l为3D传感器工作距离，s为3D传感器测量景深，x1为相机最小拍摄距离，x2为相机最大拍摄距离，h为相机到激光发射器的距离，d为相机到激光平面距离。 5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，检测杆状物体微米级缺陷，若干3D传感器(3)的工作距离为19mm，测量景深为6mm，激光线上每个测量点之间的水平距离为5.8～6.2μm，3D传感器能够检测到的最小高度差为1.1μm。 6.根据权利要求4所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，3D传感器(3)的CCD相机用于拍摄激光扫描区域，输出深度数据。 7.根据权利要求3所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，移动台及固定台采用差动微分头驱动，最小读数为10μm。 8.根据权利要求3所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，中央控制系统包括控制模块、接收模块、检测模块和输出模块；中央控制系统的控制模块用于控制激光器的启停、相机的采集、传感器的校正以及数据的传送；接收模块用于接收CCD相机传输回来的深度数据，并将其转换成点云数据；检测模块首先对点云数据进行预处理：对点云数据进行滤波以消除噪声影响和用基于八叉树的三维点云数据的精简算法对点云数据进行精简，然后根据杆状物体半径重构一个理想杆状物体三维点云模型，将检测到的点云数据与理想数据进行比较，并根据设定的阈值，提取相差超过阈值的区域，最后将区域内检测到的点云数据进行拟合，得到点云缺陷；输出模块用于将检测的点云缺陷信息显示。 9.根据权利要求2所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，其特征在于，所述视觉采集装置包括三个3D传感器(3)；单传感器拍摄杆状物体如图3所示，A为相机，B为传感器视场边缘，o为杆状物体截面的中心，相机到截面中心的距离为1，杆状物体截面半径为r，∠AOB＝α；弧BE处为孔洞，线激光投射在表面轮廓上，B处有一个激光点，左侧相邻激光点C投射到直线NC上，B到NC的距离为传感器x方向分辨率μ，C激光点不仅要在直线CN上，而且从A的角度观察不能被遮挡，否则相机无法捕捉，因此\|CM\|即为遮挡条件下能观测到的最大深度；AB的直线方程为 y＝(l-rcosα)*x/(rsinα)+l NC的直线方程为 x＝-rsinα-μ C激光点的坐标为(-rsinα-μ，(rcosα-l)(rsinα+a)/rsinα+l)，距离\|CM\|为((-rsinα-μ)2+((rcosα-l)(rsinα+a)/rsinα+l)2)1/2。 10.基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测方法，其特征在于，基于权利要求3所述的基于机器视觉的杆状物体表面缺陷检测系统，包括以下步骤： 1)将传感器支架(4)的环形轨道用三脚架支撑，杆状物体(2)前端由牵引机(1)的牵引孔固定并穿过传感器支架(4)的环形轨道中心位置； 2)将3D传感器(3)固定到手动平移台，然后使滑块沿传感器支架(4)的环形轨道移动，当若干个3D传感器(3)相互间隔且均匀排布后将滑块锁死；调节3D传感器(3)和杆状物体(2)之间的距离，使得杆状物体(2)在三个3D传感器(3)的景深测量范围内； 3)将编码器(7)安装在牵引机(1)的转轴上； 4)打开中央控制系统，开启激光发射器，然后进行标定，调节编码器(7)，使牵引机(1)速率与CCD相机采集频率同步； 5)开启牵引机(1)，进行图像采集，中央控制系统输出缺陷检测结果。
所属类别：	发明专利