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原文传递一种基于机器视觉的晶体气泡检测装置和方法

专利名称：	一种基于机器视觉的晶体气泡检测装置和方法
摘要：	本发明属于机器视觉检测技术领域；晶体中气泡检测技术效率及准确度的低下，使得在晶体切割的过程中不能精准的避开气泡，不利于材料的充分利用，且增加了后期的加工量，提高了生产成本，本发明提供一种基于机器视觉的晶体气泡检测装置和方法，两个可移动的激光光源对待检测晶体进行扫描，激光照射到晶体内部气泡群上时会产生相应的散射光斑，光斑较周围亮度高，从散射光斑产生至散射光斑消失，CCD相机从三维坐标系的三个方向采集晶体的扫描状态图像，获得内部气泡的散射信息，并进行提取和检测，实现了对晶体中气泡位置的确定和大小的测量，而且大大提高了检测效率和检测精度，出错率低且满足短距离实施控制的需求。
专利类型：	发明专利
申请人：	太原理工大学
发明人：	乔铁柱;杨宸;张海涛;杨毅
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T10:00:00+0805
申请号：	CN201911317568.5
公开号：	CN110987971A
代理机构：	太原晋科知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	任林芳
分类号：	G01N21/958;G01N21/01;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/958;G01N21/01
申请人地址：	030024 山西省太原市迎泽西大街79号
主权项：	1.一种基于机器视觉的晶体气泡检测装置，其特征在于：包括底座（11）、激光光源和晶体图像采集部分，其中：所述底座（11）的中心设有放置晶体的载物台（4），底座（11）边缘处设置相互垂直的X向轨道（12）和Y向轨道（13）；所述激光光源包括第一激光光源（9）和第二激光光源（10），第一激光光源（9）在第一数控移动台（5）面向载物台（4）的侧面的Z向轨道（14）上移动，第一数控移动台（5）在X向轨道（12）上移动；所述第二激光光源（10）固定设置在第二数控移动台（6）面向载物台（4）的侧面，第二数控移动台（6）在Y向轨道（13）上移动；所述晶体图像采集部分包括第一CCD相机（1）、第二CCD相机（2）和第三CCD相机（3），第一CCD相机（1）在第二控制器（8）的竖直轨道上移动，第一CCD相机（1）位于第二激光光源（10）对面；所述第二CCD相机（2）位于载物台（4）的正上方，第二CCD相机（2）固定于第二控制器（8）顶部横杆的端部；所述第三CCD相机（3）在第一控制器（7）的竖直轨道上移动，第三CCD相机（3）位于第一激光光源（9）对面。 2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶体气泡检测装置，其特征在于：所述第一激光光源（9）安装于旋转底座上。 3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的晶体气泡检测装置，其特征在于：所述第一控制器（7）和第二控制器（8）固定于底座（11）上。 4.一种基于机器视觉的晶体气泡检测方法，其特征在于：包括以下步骤： S1. 将待检测晶体放在载物台（4）上，晶体图像采集部分确定待检测晶体的放置状态，调整第一CCD相机（1）和第三CCD相机（3）的高度至待检测晶体的高度，调整待检测晶体的放置状态使待检测晶体的位置和方向便于激光扫描和图像拍摄； S2. 对待检测晶体进行激光扫描，并通过晶体图像采集部分拍摄扫描状态的待检测晶体，包括如下步骤： S2.1 将第一激光光源（9）和第二激光光源（10）移动到轨道的起始位置，打开第一激光光源（9）和第二CCD相机（2），第一激光光源（9）在Z向轨道（14）自上而下移动，对待检测晶体的水平横截面进行匀速扫描，第一激光光源（9）所发出的激光光线平行于XOY平面，第二CCD相机（2）拍摄待检测晶体的扫描状态的图像； S2.2 关闭第二CCD相机（2），将第一激光光源（9）的旋转底座旋转90°，打开第一CCD相机（1），第一激光光源（9）通过第一数控移动台（5）在X向轨道（12）上以水平方向匀速移动，对待检测晶体平行于YOZ平面的竖直横截面进行匀速扫描，第一激光光源（9）所发出的激光光线平行于YOZ平面，第一CCD相机（1）拍摄待检测晶体的扫描状态的图像； S2.3 关闭第一CCD相机（1）和第一激光光源（9），打开第二激光光源（10）和第三CCD相机（3），第二激光光源（10）通过第二数控移动台（6）在Y向轨道（13）上以水平方向匀速移动，对待检测晶体平行于XOZ平面的竖直横截面进行匀速扫描，第二激光光源（10）所发出的激光光线平行于XOZ平面，第三CCD相机（3）拍摄待检测晶体的扫描状态的图像； S3. 将步骤S2中采集的待检测晶体的图像进行中值滤波处理；滤波后采用分段线性变换函数对图像进行增强，然后对图像使用阈值分割法进行分割处理，将图像中的气泡群轮廓分割出来； S4. 对预处理后的图像进行分析，根据步骤S3中完成图像处理的图像计算气泡群的大小：记录气泡群开始出现时的帧数、气泡群消失时的帧数、气泡群截面的最大轴长以及气泡群从开始出现直到消失的坐标信息，通过激光光源的移动速率和三个CCD相机帧率，计算出待检测晶体内部气泡群的各向尺寸，相机帧率的计算公式（1）如下：（1）其中Fr表示CCD相机帧率，单位为fps，F代表帧数，帧数是通过对所获得的图像进行处理分析后得到的数值，t是时间，单位是秒；结合公式（1）得到待检测晶体的内部的气泡群的X向、Y向和Z向的尺寸，即： S i = V ×ti（i = X, Y, Z）（2）其中Si是待测晶体内部气泡群在i向的尺寸，单位为毫米，V是光源的移动速率，单位为mm/s，ti是光源移动的时间，单位为秒，i =X, Y, Z表示X向、Y向和Z向三个相互垂直的方向；根据气泡群从开始到消失整个过程的坐标、气泡群截面的最大轴长以及气泡群的尺寸信息，准确得出气泡群的具体位置以及大小。 5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的晶体气泡检测方法，其特征在于：所述阈值分割法使用极小值点阈值法确定阈值。 6.根据权利要求4所述的基于机器视觉的晶体气泡检测方法，其特征在于：所述第一数控移动台（5）和第二数控移动台（6）移动通过PID控制器控制。
所属类别：	发明专利