專利名稱：基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，模擬帶鋼直線運(yùn)動，通過相機(jī)和光源配合試驗(yàn)獲取帶鋼缺陷最佳圖像。本發(fā)明還涉及利用該帶鋼表面缺陷測試平臺進(jìn)行帶鋼表面缺陷檢測的方法。
背景技術(shù)：
機(jī)器視覺(Machine Vision)是一項(xiàng)迅速發(fā)展的新技術(shù)。在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中，視覺檢測往往是不可缺少的環(huán)節(jié)，而機(jī)器視覺系統(tǒng)可以取代人工視覺，用于檢測、識別的各種場合，特別是高速、大批量、連續(xù)自動化生產(chǎn)中的質(zhì)量檢查、對象辨識和尺寸測量等人工難以完成的工作。與人工視覺相比較，機(jī)器視覺的最大優(yōu)點(diǎn)是精確、快速、可靠?；跈C(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷檢測系統(tǒng)一般采用CCD(電荷藕合器)或CMOS(互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體)圖像傳感器攝取被檢測對象的圖像并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再用計(jì)算機(jī)對圖像數(shù)字信號進(jìn)行圖像處理，從而得到所需要的各種目標(biāo)圖像特征值，并由此實(shí)現(xiàn)模式識別、缺陷分類等功能。
近年來，國內(nèi)外鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)對帶鋼表面缺陷在線檢測系統(tǒng)的需求日益突出，但是不同的企業(yè)及不同的生產(chǎn)線由于工藝等因素的原因，對不同的帶鋼表面缺陷關(guān)心的類別及程度不盡相同。其次，由于光源和工業(yè)攝像機(jī)的類型以及配合拍攝角度、光照角度和強(qiáng)度等原因，缺陷在圖像中反映的形狀、顏色、明顯度等都不同，甚至很多缺陷只有在特定的環(huán)境下才能在圖像中顯現(xiàn)。另外，由于帶鋼生產(chǎn)的連續(xù)性等原因?qū)е聨т摫砻嫒毕菰诰€檢測系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)、缺陷樣本取樣、系統(tǒng)調(diào)試等都非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，它可真實(shí)地模擬帶鋼生產(chǎn)線的運(yùn)動，為在線測試提供依據(jù)，節(jié)約項(xiàng)目開發(fā)的費(fèi)用，提高項(xiàng)目開發(fā)的效率；為此，本發(fā)明還要提供一種利用該平臺檢測帶鋼表面缺陷的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，包括帶鋼模擬運(yùn)動平臺、直線運(yùn)動控制裝置、相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置；所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺包括一臺架，該臺架的上端面設(shè)有直線導(dǎo)軌，在該導(dǎo)軌上運(yùn)動的滑座，設(shè)置在滑座上的電磁陣列吸附裝置；所述直線運(yùn)動控制裝置包括變頻伺服控制系統(tǒng)，由該變頻伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動的滾珠絲杠絲母，所述滾珠絲杠絲母驅(qū)動所述滑座作勻速及加速運(yùn)動；所述相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置包括一可沿所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺作相對縱向運(yùn)動的支架，該支架的上部設(shè)置的相機(jī)調(diào)節(jié)支架和光源調(diào)節(jié)支架。
利用上述平臺進(jìn)行帶鋼表面缺陷檢測的方法包括如下步驟步驟1、收集帶鋼生產(chǎn)單位的帶有缺陷的帶鋼樣本；步驟2、對帶鋼樣本表面進(jìn)行清潔化處理及規(guī)格化處理；步驟3、利用帶鋼模擬運(yùn)動平臺吸附帶鋼樣本，設(shè)定該平臺的運(yùn)動速度及加速度；步驟4、調(diào)節(jié)相機(jī)及光源的入射和發(fā)射角度，啟動運(yùn)動控制開關(guān)，觸發(fā)相機(jī)拍攝；步驟5、根據(jù)獲取的缺陷圖像，重復(fù)步驟4；步驟6、如果圖像不符合要求，更換不同的相機(jī)和光源類型，循環(huán)步驟4-5，直到帶鋼缺陷形態(tài)在圖像中最佳顯示。
本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，通過控制帶鋼模擬運(yùn)動平臺水平勻速或者加速運(yùn)動，模擬帶鋼生產(chǎn)中的帶鋼運(yùn)動。相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置調(diào)整相機(jī)和光源的入射和反射角度，利用高速線陣工業(yè)攝像機(jī)相機(jī)和光源有效地獲取帶鋼缺陷運(yùn)動圖像，并以最佳效果凸現(xiàn)缺陷形狀。該測試平臺能有效地模擬帶鋼生產(chǎn)狀態(tài)，提供試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)裝置，并能根據(jù)光學(xué)原理選擇不同的光源(線光源、面光源、LED光源，光纖光源等)和工業(yè)攝像機(jī)(CCD攝像機(jī)、CMOS攝像機(jī)、線陣攝像機(jī)、面陣攝像機(jī)等)配合試驗(yàn)。對帶鋼表面在線缺陷檢測系統(tǒng)的硬件選型、方案設(shè)計(jì)、缺陷樣本取樣及試驗(yàn)調(diào)試等提供一個高效的模擬試驗(yàn)環(huán)境，有效地解決了帶鋼表面缺陷檢測項(xiàng)目由于生產(chǎn)、環(huán)境等原因，調(diào)試、取樣試驗(yàn)等環(huán)節(jié)困難的問題，從而節(jié)約了大量的項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間和人力，減少了項(xiàng)目實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，提高了項(xiàng)目開發(fā)效率。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1是本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺的立體圖；圖2是本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺的結(jié)構(gòu)圖；圖3是圖2中的相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3中的相機(jī)調(diào)節(jié)支架結(jié)構(gòu)圖；
圖5是圖3中的光源調(diào)節(jié)支架結(jié)構(gòu)圖；圖6是光源調(diào)節(jié)座結(jié)構(gòu)圖；圖7是相機(jī)調(diào)節(jié)座結(jié)構(gòu)圖；圖8是光源及相機(jī)角度調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺由帶鋼模擬運(yùn)動平臺11、直線運(yùn)動控制裝置12、相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置13三部分組成。所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺11有效吸附帶有缺陷的帶鋼樣本能平穩(wěn)地進(jìn)行直線運(yùn)動；所述直線運(yùn)動控制裝置12控制所述平臺11模擬帶鋼生產(chǎn)線作勻速及加速運(yùn)動；所述相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置13實(shí)現(xiàn)高速線陣工業(yè)攝像機(jī)相機(jī)和光源多角度調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)采集帶鋼缺陷樣本運(yùn)動圖像。
本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺11包括一臺架3，該臺架3的上端面設(shè)有直線導(dǎo)軌2，滑座6與導(dǎo)軌3相配合，沿該導(dǎo)軌2作直線運(yùn)動。在滑座6上設(shè)有電磁陣列吸附裝置，能有效保證帶鋼樣本在水平面上的平整和穩(wěn)定，同時(shí)也利于更換不同的帶鋼實(shí)物樣本。
所述直線運(yùn)動控制裝置12包括變頻伺服控制系統(tǒng)，該變頻伺服控制系統(tǒng)由交流變頻伺服電機(jī)9和安裝在所述臺架3上的電氣控制柜10內(nèi)的變頻器組成。交流變頻伺服電機(jī)9驅(qū)動滾珠絲杠絲母7，所述滾珠絲杠絲母7驅(qū)動所述滑座6作勻速或加速運(yùn)動。
所述相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置13包括一可沿所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺作相對縱向運(yùn)動的支架，該支架的上部設(shè)有相機(jī)調(diào)節(jié)支架4和光源調(diào)節(jié)支架5。
在所述臺架3的兩側(cè)各設(shè)有一個緩沖器1，該緩沖器1的作用是保護(hù)所述滑座6在高速運(yùn)動時(shí)與其他部件發(fā)生碰撞，對設(shè)備造成損壞。
本發(fā)明中帶鋼模擬運(yùn)動平臺11采用標(biāo)準(zhǔn)直線導(dǎo)軌作為滑動軌道，其材料為高硬度合金鋼，具有運(yùn)動直線精度高、摩擦小、剛性大、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低等特點(diǎn)，可以極大地降低所述運(yùn)動平臺11在高速移動時(shí)產(chǎn)生的振動、噪聲。該帶鋼模擬運(yùn)動平臺11結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，并且可以自潤滑。直線導(dǎo)軌規(guī)格型號BRH30BL3000，制造商ABBA，預(yù)壓Z0(零間隙)，精度等級N級(普通級)，長度3m。
另外，帶鋼的固定通過所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺11上的電磁陣列吸附裝置固定。所述電磁陣列吸附裝置為多陣列電磁吸盤，即電磁吸盤采用多陣列形式均勻分布在滑座6的箱體內(nèi)部。這樣，一方面能增大吸附帶鋼樣本的面積，另一方面可以保證鋼板受力均勻，防止變形；同時(shí)，保障帶鋼樣本在運(yùn)動時(shí)表面平直，不會移動。
由于電磁吸盤需隨滑座6一起運(yùn)動，需采用滑線架向電磁吸盤提供電源。而且電磁吸盤與交流變頻伺服電機(jī)9實(shí)現(xiàn)互鎖，即電磁吸盤通電吸附帶鋼樣本后才能啟動交流變頻伺服電機(jī)9，以保證設(shè)備及人員的安全。反之只有在交流變頻伺服電機(jī)9停止后電磁吸盤才能失電。
所述直線運(yùn)動控制裝置12通過采用滾珠絲杠絲母7及變頻伺服控制系統(tǒng)，能精確控制平臺運(yùn)動速度及加速度，能最真實(shí)地模擬帶鋼生產(chǎn)過程中的運(yùn)動狀態(tài)。同時(shí)為了方便試驗(yàn)?zāi)苡扇斯ぴO(shè)定參數(shù)，并具有按照固定模式重復(fù)運(yùn)動等功能。
采用滾珠絲杠副傳動方式具有傳動效率高、無爬行、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、傳動精度高等特點(diǎn)；而且現(xiàn)在滾珠絲杠副已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可降低制造成本。
由于滑座6的運(yùn)動線速度最高需要達(dá)到1m/s，而本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺的長度為3m，加速行程只有1米，加速時(shí)間只有0.5秒?？紤]到啟動加速時(shí)間和減速停止時(shí)間，以及整個帶鋼模擬運(yùn)動平臺包括帶鋼樣本在內(nèi)運(yùn)動時(shí)將產(chǎn)生較大的運(yùn)動慣性，將本發(fā)明基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺長度定為3米。這樣，加速行程約1.5m，根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式，其加速時(shí)間也只有約1.5秒。
由所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺11的最高線速度計(jì)算出滾珠絲杠副的導(dǎo)程應(yīng)為32mm，通過滾珠絲杠副強(qiáng)度的計(jì)算，選用滾珠絲杠直徑為32mm。滾珠絲杠副規(guī)格型號SFE3232-3，制造商ABBA，導(dǎo)程32mm，珠徑4.762mm，公稱直徑32mm，精度等級C3級，預(yù)壓等級P2級，剛性40kgf/um，長度約2.5m。
所述變頻伺服控制系統(tǒng)采用交流變頻伺服電機(jī)9和變頻器，具有高響應(yīng)性、高精度定位，高水平自動調(diào)諧，能輕易實(shí)現(xiàn)增益設(shè)置，其采用自適應(yīng)控制，能有效降低振動。要達(dá)到滑座6的運(yùn)動線速度最高1m/s，對應(yīng)交流變頻伺服電機(jī)9的轉(zhuǎn)速需要1875r.p.m，采用交流變頻伺服電機(jī)9控制可以方便實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，以滿足滑座4的運(yùn)動線速度從0.1m/s-1m/s可調(diào)要求。
交流變頻伺服電機(jī)9采用日本三菱公司的產(chǎn)品，其技術(shù)參數(shù)如下規(guī)格型號HC-MFS73，額定功率0.75KW，額定轉(zhuǎn)速3000r.p.m，額定轉(zhuǎn)矩2.4N.m，最大轉(zhuǎn)矩7.2N.m，結(jié)構(gòu)型式全封閉、自冷卻(IP55)。
變頻器技術(shù)參數(shù)如下規(guī)格型號MR-J2S-70A，控制方式正弦波PWM控制，電流控制方式，動態(tài)制動內(nèi)置，速度頻率響應(yīng)550Hz或以上。
所述相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置13的結(jié)構(gòu)如圖3所示，該裝置和所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺11無接觸，能有效減少帶鋼模擬運(yùn)動平臺11運(yùn)動過程中由于振動對相機(jī)和光源的影響，同時(shí)該裝置可隨沿著帶鋼模擬運(yùn)動平臺11作相對縱向移動，移動相機(jī)調(diào)節(jié)支架5、光源調(diào)節(jié)支架4可以任意選擇拍攝位置。另外相機(jī)、光源調(diào)節(jié)支架5、4提供多種類型相機(jī)及光源安裝座19，方便更換不同種類的相機(jī)和光源，并通過光源及相機(jī)角度調(diào)節(jié)裝置，能實(shí)現(xiàn)高度方向、寬度方向、縱向角度高精度調(diào)節(jié)的要求。使攝像機(jī)和光源能多種角度拍攝以獲得最佳缺陷樣本圖像。該相機(jī)、光源調(diào)節(jié)支架5、4保證三自由度可連續(xù)調(diào)整，縱向位置可調(diào)精度0.5mm，入射角度可調(diào)精度0.2度；平行角度校準(zhǔn)調(diào)節(jié)精度0.2度。
所述相機(jī)、光源調(diào)節(jié)支架5、4的結(jié)構(gòu)相同(參見圖4、5所示)。它包括一橫向滑軌18，該橫向滑軌18穿設(shè)在一架體的上端，方向調(diào)節(jié)輪17與橫向滑軌18相連(結(jié)合圖8所示)。相機(jī)及光源安裝座19與橫向滑軌18滑動相連，即該相機(jī)及光源安裝座19可在滑軌18上橫向移動。該相機(jī)及光源安裝座19上設(shè)有橫向鎖定螺釘20，當(dāng)相機(jī)及光源安裝座19位置固定后，通過橫向鎖定螺釘20鎖緊定位，有效控制相機(jī)和光源對帶鋼樣本拍攝的區(qū)域。
相機(jī)22和光源21固定在相機(jī)及光源安裝座19上(結(jié)合圖6、7所示)，轉(zhuǎn)動方向調(diào)節(jié)輪17可轉(zhuǎn)動橫向滑軌18，進(jìn)而調(diào)節(jié)相機(jī)22和光源21的角度。角度調(diào)節(jié)完成后可通過鎖緊螺釘縮緊定位。
所述相機(jī)、光源調(diào)節(jié)支架5、4可相對相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置13的支架進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。在一個具體實(shí)施例中，相機(jī)、光源調(diào)節(jié)支架5、4套設(shè)在相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置13的支架中，并用鎖緊螺釘鎖緊定位。需要調(diào)節(jié)高度時(shí)，可使相機(jī)、光源調(diào)節(jié)支架5、4相對相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置13的支架移動，高度調(diào)節(jié)完后鎖緊螺釘鎖緊定位，根據(jù)需要調(diào)節(jié)相機(jī)調(diào)節(jié)支架5和光源調(diào)節(jié)支架4的相對高度。
本發(fā)明帶鋼表面缺陷檢測的方法，包括如下步驟步驟1、收集帶鋼生產(chǎn)單位的帶有缺陷的帶鋼樣本；步驟2、對帶鋼樣本表面進(jìn)行清潔化處理及規(guī)格化處理；步驟3、利用帶鋼模擬運(yùn)動平臺吸附帶鋼樣本，設(shè)定該平臺的運(yùn)動速度及加速度；步驟4、調(diào)節(jié)相機(jī)及光源的入射和發(fā)射角度，啟動運(yùn)動控制開關(guān)，觸發(fā)相機(jī)拍攝；步驟5、根據(jù)獲取的缺陷圖像，重復(fù)步驟4；步驟6、如果圖像不符合要求，更換不同的相機(jī)和光源類型，循環(huán)步驟4-5，直到帶鋼缺陷形態(tài)在圖像中最佳顯示。
所述的規(guī)格化處理是將帶鋼樣本處理成大體上為A4紙張的規(guī)格。
權(quán)利要求
1.一種基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，其特征在于包括帶鋼模擬運(yùn)動平臺、直線運(yùn)動控制裝置、相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置；所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺包括一臺架，該臺架的上端面設(shè)有直線導(dǎo)軌，在該導(dǎo)軌上運(yùn)動的滑座，設(shè)置在滑座上的電磁陣列吸附裝置；所述直線運(yùn)動控制裝置包括變頻伺服控制系統(tǒng)，由該變頻伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動的滾珠絲杠絲母，所述滾珠絲杠絲母驅(qū)動所述滑座作勻速及加速運(yùn)動；所述相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置包括一可沿所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺作相對縱向運(yùn)動的支架，該支架的上部設(shè)置的相機(jī)調(diào)節(jié)支架和光源調(diào)節(jié)支架。
2.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，其特征在于所述相機(jī)調(diào)節(jié)支架和光源調(diào)節(jié)支架設(shè)有可使多種類型相機(jī)及光源安裝座。
3.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，其特征在于所述電磁陣列吸附裝置為多陣列電磁吸盤，該電磁吸盤采用多陣列形式均勻分布在滑座的箱體內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求3所述的基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，其特征在于所述電磁吸盤與變頻伺服控制系統(tǒng)的交流變頻伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)互鎖，電磁吸盤通電吸附帶鋼樣本后才能啟動交流變頻伺服電機(jī)；交流變頻伺服電機(jī)停止后電磁吸盤才能失電。
5.一種利用如權(quán)利要求1所述的帶鋼表面缺陷測試平臺進(jìn)行帶鋼表面缺陷檢測的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、收集帶鋼生產(chǎn)單位的帶有缺陷的帶鋼樣本；步驟2、對帶鋼樣本表面進(jìn)行清潔化處理及規(guī)格化處理；步驟3、利用帶鋼模擬運(yùn)動平臺吸附帶鋼樣本，設(shè)定該平臺的運(yùn)動速度及加速度；步驟4、調(diào)節(jié)相機(jī)及光源的入射和發(fā)射角度，啟動運(yùn)動控制開關(guān)，觸發(fā)相機(jī)拍攝；步驟5、根據(jù)獲取的缺陷圖像，重復(fù)步驟4；步驟6、如果圖像不符合要求，更換不同的相機(jī)和光源類型，循環(huán)步驟4-5，直到帶鋼缺陷形態(tài)在圖像中最佳顯示。
6.如權(quán)利要求5所述的帶鋼表面缺陷檢測的方法，其特征在于，步驟2所述的規(guī)格化處理是將帶鋼樣本處理成大體上為A4紙張的規(guī)格。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的帶鋼表面缺陷測試平臺，包括帶鋼模擬運(yùn)動平臺，其由一臺架，該臺架的上端面設(shè)置的直線導(dǎo)軌，在該導(dǎo)軌上運(yùn)動的滑座，設(shè)置在滑座上的電磁陣列吸附裝置組成；直線運(yùn)動控制裝置，其包括變頻伺服控制系統(tǒng)，由該變頻伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動的滾珠絲杠絲母，所述滾珠絲杠絲母驅(qū)動所述滑座作勻速及加速運(yùn)動；相機(jī)和光源調(diào)節(jié)裝置，其包括一可沿所述帶鋼模擬運(yùn)動平臺作相對縱向運(yùn)動的支架，該支架的上部設(shè)置的相機(jī)調(diào)節(jié)支架和光源調(diào)節(jié)支架。本發(fā)明可最大限度地模擬帶鋼生產(chǎn)線的運(yùn)動，為在線測試提供依據(jù)，節(jié)約項(xiàng)目開發(fā)的費(fèi)用，提高項(xiàng)目開發(fā)的效率。
文檔編號G01N21/89GK1945294SQ200610117168
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者萬國紅, 盛君龍 申請人:上海寶信軟件股份有限公司