專利名稱：一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于鋼化玻璃絕緣子的缺陷檢測裝置和檢測方法，尤其是對于氣泡缺陷的檢測方法和裝置。
背景技術(shù)：
絕緣子是架空輸電線路的重要組成部分，是電力系統(tǒng)中使用量最大的器件，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，制造成本也相對較低，但重要性絕不亞于其他設(shè)備。鋼化玻璃絕緣子在制造過程中，由于許多因素，如配方、原料制取、設(shè)備工具的狀況、玻璃件的熱處理等問題，玻璃件有時會產(chǎn)生氣泡、裂紋、結(jié)石、毛糙、破損、變形等缺陷，這些缺陷必須嚴格控制、檢測和篩選，以保證鋼化玻璃絕緣子成品的質(zhì)量，提高玻璃絕緣子在電力系統(tǒng)運行的可靠性。最原始的檢測和篩選方法就是通過人眼來一個一個的目測檢測絕緣子有無氣泡等缺陷，這種方式效率太低，而且工人在長時間檢測工作之后誤檢就會大大增加。近幾年，電腦視覺檢測技術(shù)發(fā)展迅速，在醫(yī)藥、農(nóng)作物缺陷檢測領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。電腦視覺檢測技術(shù)具有其它檢測技術(shù)不具備的優(yōu)勢，首先，它不依賴于檢測者的經(jīng)驗和關(guān)注點，能夠提高檢測效率，并最終提高廠家生產(chǎn)利潤。其次，電腦視覺檢測技術(shù)可以用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，實現(xiàn)實時、可靠的缺陷產(chǎn)品檢測及分離，利于大規(guī)模的生產(chǎn)檢測。但是，由于缺陷部分圖像難以從背景圖像中分割出來，致使用電腦進行自動視覺檢測較為困難。因此，圖像分割是鋼化玻璃絕緣子質(zhì)量檢測中的技術(shù)關(guān)鍵。邊緣檢測是近些年來應(yīng)用廣泛的圖像分割方法，邊緣是指其周圍像素灰度變化不連續(xù)的那些像素的集合，它是背景圖像與缺陷圖像分離的重要依據(jù)。但鋼化玻璃絕緣子是復(fù)雜的帶有多層凹槽的圓盤形玻璃件，相機拍攝到的圖片包含大量的圓環(huán)形背景光帶條紋信息，利用傳統(tǒng)的邊緣檢測或自適應(yīng)閾值分割的方法往往難以將存在缺陷從背景中有效的分離出來，從而無法進行鋼化玻璃絕緣子的質(zhì)量檢測與控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種實現(xiàn)鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測的裝置。本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠有效的將缺陷與背景光帶從圖像中分離開來的鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法。本發(fā)明根據(jù)絕緣子圖像呈現(xiàn)出規(guī)律排列的同心圓弧光帶，從傳統(tǒng)的逐行圖像掃描的方法變?yōu)橥膱A弧圖像掃描，并提出了后差分方法，抑制背景光帶圖像并突出缺陷部分圖像，實現(xiàn)圖像分割，最后識別出哪些是背景光帶圖像哪些是缺陷圖像。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測裝置，包括光學成像系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中:所述光學成像系統(tǒng)包括透明托盤、光源，光源固定在旋轉(zhuǎn)控制臺下方；所述圖像采集系統(tǒng)包括工業(yè)相機，工業(yè)相機連接電腦；
所述旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)包括步進電機、旋轉(zhuǎn)控制臺、PLC、電腦；PLC和步進電機連接，由電腦通過PLC發(fā)出信號控制步進電機的啟動和停止；步進電機和旋轉(zhuǎn)控制臺的旋轉(zhuǎn)軸相連接，步進電機轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)控制臺上的透明托盤轉(zhuǎn)動；電腦控制工業(yè)相機對鋼化玻璃絕緣子拍照；電腦讀入工業(yè)相機拍攝的順時針旋轉(zhuǎn)中的待檢測絕緣子圖像后采用以下方法進行處理:I) FFT變換將圖像從空間域轉(zhuǎn)化到頻率域,再利用Butterworth低通濾波對圖像平滑去噪處理，最后FFT反變換；2)邊緣提取，對圖像施加Canny算子以獲得玻璃絕緣子的邊緣圖像；3)計算同心光環(huán)帶圓心坐標，根據(jù)邊緣提取得到的光環(huán)帶邊緣，計算絕緣子中心坐標位置；4)極坐標變換，根據(jù)光環(huán)帶圓心坐標將原始圖像中各環(huán)帶像素點由直角坐標轉(zhuǎn)換為極坐標，即轉(zhuǎn)換成極坐標圖像；5)建立數(shù)據(jù)庫檢索對照表，在極坐標下，建立圖像中各個像素點的數(shù)據(jù)庫檢索對照表，使圖像的像素點在笛卡爾坐標系下和在極坐標系下的坐標表示建立一一對應(yīng)關(guān)系；6)對極坐標圖像進行基于數(shù)據(jù)庫的同心弧掃描，利用光帶背景與缺陷部位的像素變化有明顯差別的特點，抑制光帶背景條紋；7)在絕緣子的順時針旋轉(zhuǎn)過程中，用拍到的最新一幀圖像減去前一幀圖像進行后差分運算，得到后差分后的圖像，進一步抑制背景光帶條紋，同時若在光帶上存在缺陷，則后差分的作用將在缺陷后帶邊上產(chǎn)生空洞，空洞把缺陷從光帶上分割出來，這將極大地有利于下一步的圖像分割；8)圖像分割，在經(jīng)過光帶背景抑制的后差分圖像中，利用自適應(yīng)閾值法實現(xiàn)圖像分割；9)缺陷判斷識別，采用支持向量機智能識別方法，判斷分割出的圖像是否存在缺陷。工業(yè)相機通過支架垂直固定在鋼化玻璃絕緣子上方，采集絕緣子圖像。所述的光源為LED白光源,透明托盤米用透明有機玻璃托盤。所述的光源采用上寬下窄的倒壩形結(jié)構(gòu)。一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法，包括下述步驟:I)利用相機將待檢測的絕緣子圖像讀入電腦；2) FFT變換將圖像從空間域轉(zhuǎn)化到頻率域,再利用Butterworth低通濾波對圖像平滑去噪處理，最后FFT反變換；3)邊緣提取，對圖像施加Canny算子以獲得絕緣子圖像邊緣圖像；4)計算同心光環(huán)帶圓心坐標，根據(jù)邊緣提取得到的光環(huán)帶邊緣，計算絕緣子中心坐標位置；5)極坐標變換，根據(jù)光環(huán)帶圓心坐標將原始圖像中各環(huán)帶像素點由直角坐標轉(zhuǎn)換為極坐標，即轉(zhuǎn)換成極坐標圖像；6)建立數(shù)據(jù)庫檢索對照表，在極坐標下，建立圖像中各個像素點的數(shù)據(jù)庫檢索對照表，使圖像的像素點在笛卡爾坐標系下和在極坐標系下的坐標表示建立一一對應(yīng)關(guān)系；
7)對極坐標圖像進行基于數(shù)據(jù)庫的同心弧掃描，利用光帶背景與缺陷部位的像素變化有明顯差別的特點，抑制光帶背景條紋；8)在絕緣子的順時針旋轉(zhuǎn)過程中，用拍到的最新一幀圖像減去前一幀圖像進行后差分運算，得到差分后的圖像，進一步抑制背景光帶條紋，同時若在光帶上存在缺陷，則后差分的作用將在缺陷后帶邊上產(chǎn)生空洞，把缺陷從光帶上分割出來，有利于下一步的圖像分割；9)圖像分割，在經(jīng)過光帶背景抑制的后差分圖像中，利用自適應(yīng)閾值法進行圖像分割；10)缺陷判斷識別，采用支持向量機智能識別方法，判斷分割出的圖像是否存在缺陷。其中步驟4)為:經(jīng)過邊緣檢測的圖像只呈現(xiàn)出光折射環(huán)帶的邊緣，這些邊緣是以絕緣子中心為圓心，以不同的長度為半徑的一組同心圓弧；找到半徑最大的圓弧，設(shè)圓弧中每一個像素點的橫、縱坐標分別為Xi和Yi,設(shè)圓心坐標(A，B),半徑R，圓公式為:(X1-A)MY1-B)2=! 2利用最小二乘原理根據(jù)以下矩陣變換求得圓心的坐標:
權(quán)利要求
1.一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測裝置，其特征在于:包括光學成像系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，其中: 所述光學成像系統(tǒng)包括透明托盤(2)、光源(3)，光源(3)固定在旋轉(zhuǎn)控制臺(6)下方； 所述圖像采集系統(tǒng)包括工業(yè)相機(5)，工業(yè)相機連接電腦(8)； 所述旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)包括步進電機(4)、旋轉(zhuǎn)控制臺(6)、PLC(7)、電腦(8) ；PLC(7)和步進電機⑷連接，由電腦⑶通過PLC(7)發(fā)出信號控制步進電機⑷的啟動和停止；步進電機(4)和旋轉(zhuǎn)控制臺(6)的旋轉(zhuǎn)軸相連接,步進電機(4)轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)控制臺(6)上的透明托盤⑵轉(zhuǎn)動；電腦⑶控制工業(yè)相機(5)對鋼化玻璃絕緣子拍照； 電腦讀入工業(yè)相機拍攝的順時針旋轉(zhuǎn)中的待檢測絕緣子圖像后采用以下方法進行處理: 1)FFT變換將圖像從空間域轉(zhuǎn)化到頻率域,再利用Butterworth低通濾波對圖像平滑去噪處理，最后FFT反變換； 2)邊緣提取，對圖像施加Canny算子以獲得玻璃絕緣子的邊緣圖像； 3)計算同心光環(huán)帶的圓心坐標，根據(jù)邊緣提取得到的光環(huán)帶邊緣，計算絕緣子中心坐標位置； 4)極坐標變換，根據(jù)光環(huán)帶圓心坐標將原始圖像中各環(huán)帶像素點由直角坐標轉(zhuǎn)換為極坐標，即轉(zhuǎn)換成極坐標圖像； 5)建立數(shù)據(jù)庫檢索對照表，在極坐標下，建立圖像中各個像素點的數(shù)據(jù)庫檢索對照表，使圖像的像素點在笛卡爾坐標系下和在極坐標系下的坐標表示建立一一對應(yīng)關(guān)系； 6)對極坐標圖像進行基于數(shù)據(jù)`庫的同心圓弧掃描，利用光帶背景與缺陷部位的像素變化有明顯差別的特點，抑制光帶背景條紋； 7)在絕緣子的順時針旋轉(zhuǎn)過程中，用拍到的最新一幀圖像減去前一幀圖像進行后差分運算，得到后差分后的圖像，進一步抑制背景光帶條紋，同時若在光帶上存在缺陷，則后差分的作用將在缺陷后帶邊上產(chǎn)生空洞，空洞把缺陷從光帶上分割出來，利于下一步的圖像分割； 8)圖像分割，在經(jīng)過光帶背景抑制的后差分圖像中，利用自適應(yīng)閾值法進行圖像分割; 9)缺陷判斷識別，采用支持向量機的智能識別方法，判斷分割后的圖像是否存在缺陷。
2.如權(quán)利要求1所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測裝置，其特征在于:工業(yè)相機(5)通過支架垂直固定在鋼化玻璃絕緣子(I)上方，采集絕緣子圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測裝置，其特征在于:所述的光源(3)為LED光源，透明托盤(2)采用透明圓形有機玻璃托盤。
4.如權(quán)利要求1所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測裝置，其特征在于:所述的光源(3)采用上寬下窄的倒壩形結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測裝置，其特征在于:其中步驟5)為: (1)以步驟3)中計算出的坐標為圓心，圖像中半徑相同的像素點構(gòu)成一段弧，且圖像中所有的像素點構(gòu)成一組同心??； (2)將圖像的像素點在笛卡爾坐標系下和在極坐標系下的坐標表示建立一一對應(yīng)關(guān)系，并建立像素位置信息的數(shù)據(jù)庫檢索對照表。
6.如權(quán)利要求5所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測裝置，其特征在于:其中步驟6)為: (1)對圖像進行同心圓弧掃描，并按照同心圓弧半徑由小增大的順序依次掃描； (2)在掃描一個弧時，若圓弧中所有像素點的灰度值基本一致而沒有發(fā)生劇烈變化，則認為此段圓弧不包含缺陷信息，進而將此段圓弧的所有像素點灰度值化為O ;若圓弧中像素灰度值發(fā)生明顯跳變，則認為此段圓弧包含缺陷信息，進而保留此段圓弧所有像素信息不變。
7.一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法，其特征在于，包括下述步驟: 1)利用相機將待檢測的絕緣子圖像讀入電腦； 2)FFT變換將圖像從空間域轉(zhuǎn)化到頻率域,再利用Butterworth低通濾波對圖像平滑去噪處理，最后FFT反變換； 3)邊緣提取，對圖像施加Canny算子以獲得玻璃絕緣子的邊緣圖像； 4)計算同心光環(huán)帶的圓心坐標，根據(jù)邊緣提取得到的光環(huán)帶邊緣，計算絕緣子中心坐標位置； 5)極坐標變換，根據(jù)光環(huán)帶圓心坐標將原始圖像中各環(huán)帶像素點由直角坐標轉(zhuǎn)換為極坐標，即轉(zhuǎn)換成極坐標圖像； 6)建立數(shù)據(jù)庫檢索對照表，在極坐標下，建立圖像中各個像素點的數(shù)據(jù)庫檢索對照表，使圖像的像素點在笛卡爾坐標系下和在極坐標系下的坐標表示建立一一對應(yīng)關(guān)系； 7)對極坐標圖像進行基于數(shù)據(jù)庫的同心圓弧掃描，利用光帶背景與缺陷部位的像素變化有明顯差別的特點，抑制光帶背景條紋； 8)在絕緣子的順時針旋轉(zhuǎn)過程中，用拍到的最新一幀圖像減去前一幀圖像進行后差分運算，得到后差分后的圖像，進一步抑制背景光帶條紋，同時若在光帶上存在缺陷，則后差分的作用將在缺陷后帶邊上產(chǎn)生空洞，空洞把缺陷從光帶上分割出來，利于下一步的圖像分割； 9)圖像分割，在經(jīng)過光帶背景抑制的后差分圖像中，利用自適應(yīng)閾值法進行圖像分割; 10)缺陷判斷識別，采用支持向量機的智能識別方法，判斷分割后的圖像是否存在缺陷。
8.如權(quán)利要求7所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法，其特征在于:其中步驟4)為: 經(jīng)過邊緣檢測的圖像只呈現(xiàn)出光折射環(huán)帶的邊緣，這些邊緣是以絕緣子中心為圓心，以不同的長度為半徑的一組同心圓??；找到半徑最大的圓弧，設(shè)圓弧中每一個像素點的橫、縱坐標分別為Xi和Yi,設(shè)圓心坐標(A，B),半徑R，圓公式為:(X1-A)MY1-B)2=! 2利用最小二乘原理根據(jù)以下矩陣變換求得圓心的坐標:
9.如權(quán)利要求8所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法，其特征在于:其中步驟6)為: (1)以步驟4)中計算出的坐標為圓心，圖像中半徑相同的像素點構(gòu)成一段弧，且圖像中所有的像素點構(gòu)成一組同心?。? (2)將圖像的像素點在笛卡爾坐標系下和在極坐標系下的坐標表示建立一一對應(yīng)關(guān)系，并最終建立像素位置信息的檢索對照表。
10.如權(quán)利要求9所述的一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法，其特征在于:其中步驟7)為: (1)對圖像進行同心圓弧掃描，并按照同心圓弧半徑由小增大的順序依次掃描； (2)在掃描一個圓弧時，若圓弧中所有像素點的灰度值基本一致而沒有發(fā)生劇烈變化，則認為此段圓弧不包含缺陷信息，進而將此段圓弧的所有像素點灰度值化為O ;若圓弧中像素灰度值發(fā)生明顯跳變，則認為此段圓弧包含缺陷信息，進而保留此段圓弧所有像素信息不變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法與裝置。本發(fā)明所提供的鋼化玻璃絕緣子缺陷檢測方法突破了圖像處理中逐行掃描的傳統(tǒng)方式，針對鋼化玻璃絕緣子成像特點，采用同心圓掃描的方法，抑制了大量無關(guān)背景，只留下缺陷部分的圖像，利于后面進行圖像分割；該方法是一種準確有效的缺陷檢測方法。
文檔編號G01N21/88GK103149215SQ201310061850
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者吳洪潭, 葉含笑 申請人:中國計量學院