一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于微钻视觉质量检测技术领域，公开了一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法。该方法同时采用具有内锥镜面环形局部成像装置、图像采集及处理单元和数字化运动单元的装置；首先拍摄获取端刃清晰的图像，如果端刃判断合格，则继续拍摄得到多张侧刃图像，并将侧刃图像进行展开、提取图像清晰带，进而进行拼接得到最终的清晰完整的侧刃图像。本发明专利技术还提供了使用该方法的微钻视觉检测系统。本发明专利技术在一次运动进程中，实现在无需转换相机拍摄视角的情况下即可得到清晰、完整、全面的侧刃图像，克服当前微钻检测技术成本高、具有检测死角、检测质量不稳定等问题，大大提高微钻的检测效率和和精度，满足批量化生产与检测需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法及装置
本专利技术属于微钻视觉质量检测
，更具体地，涉及一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法及装置。
技术介绍
微型钻针(简称微钻)主要应用于牙科治疗和印刷电路板加工，微钻的直径一般小于2mm。随着生活水平的提高，人们对口腔健康问题日益关注，微钻的质量直接影响牙科治疗效果。牙科微钻的质量检测技术成为微钻生产行业的难点问题；同时，随着印刷板电路集成度不断增加，加工电路板小孔的微钻直径不断减小，对微钻的质量检测难度不断提高。传统的微钻检测，全凭人眼观察、或者通过光学放大后进行人工检测，不仅检测人员劳动强度大，而且检测的效率低下。人工检测容易很因视觉疲劳而产生误判，因此无法满足日益增长的产业需求。现有技术中已经提供了一些微钻质量检测方案。例如，CN20091031011公开了一种微钻机器检测系统及其方法。该装置采用两台相机组件以及四工位旋转平台，端刃相机组件检测微钻的端刃，侧刃相机组件通过四工位旋转平台，获取微钻外圆柱面不同角度位置图像，然后通过图像匹配技术得到微钻完整的侧刃图像。此方法采用两台相机组件，以及配置四工位旋转分度平台，不仅大大增加了检测成本和复杂程度；同时在侧面采用大视角拍摄，然后进行基于图像拼接的技术进行四个象限图像的拼接，其工步复杂，效率低下，不适应批量化生产的效率要求。此外，CN201510236170公开了一种基于光纤图像传输的圆柱面表面微痕缺陷的检测系统。该装置在环形检测器一周布置聚焦棒透镜，透镜利用传像光纤将图像传到CCD上。该方法采用多组聚焦棒透镜取像，由于棒状透镜布置在微钻公切线周围，微钻的半径很小，造成在侧刃成像中存在成像及检测死角，且微钻的端刃无法同时检测，因此，该方法对检测精度有较大影响。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法及装置，其通过数字化运动单元的设备精确控制待检微钻的运动，从而实现在微钻一次穿过中空圆锥体结构成像装置的运动进程中，获取清晰的端刃图像和多张连续的侧刃图像，并通过将侧刃图像像素进行提取进而进行相应的展开、图像清晰带处理以及无缝拼接等机理有机结合，进而实现在无需转换相机拍摄视角的情况下即可得到清晰、完整、全面的侧刃图像，进而克服当前微钻检测技术成本高、工步繁琐、具有检测死角、检测质量不稳定等问题，大大提高微钻的检测效率和和精度，满足批量化生产与检测需求。为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法，其特征在于，该方法采用了包括内锥镜面环形局部成像装置、图像采集及处理单元和数字化运动单元的设备，其中，所述内锥镜面环形局部成像装置整体呈倒置的中空圆锥体结构，且该锥顶处开设有小孔，以便作为检测对象的微钻能够在所述数字化运动单元所配备的伺服驱动和升降平台的驱动和带动下穿过所述内锥镜面环形局部成像装置，并被所述图像采集及处理单元所配备的远心镜头和CCD相机进行拍照，进而该图像采集及处理单元用于采集所述待检微钻的图像并对所述图像进行处理；其中，该检测方法包括如下步骤：S1:将待检微钻置于所述升降平台上，通过伺服驱动控制升降平台的位置，到位待检微钻的位置A，从而使得待检微钻的端刃可以得到清晰的端刃成像；S2:通过图像采集及处理单元分析判断该端刃是否合格，如果不合格则停止检测，否则检测待检微钻的侧刃；S3:通过伺服驱动控制升降平台使得待检微钻继续上升一个相机景深高度h，到位待检微钻的位置B，内锥镜面环形局部成像装置及图像采集及处理单元对侧刃进行拍摄，从而获得一张清晰的环形侧刃成像；S4:重复步骤S3，使得待检微钻继续每次上升一个相机景深高度，依次到达待检微钻的位置C、D，直至待检微钻的侧刃检测完毕，内锥镜面环形局部成像装置及图像采集及处理单元对应每次对侧刃进行拍摄，从而获得多张连续清晰的环形侧刃成像；S5:对步骤S3和S4获得的清晰的环形侧刃成像展开为像素为M×N的类矩形，然后提取该类矩形的图像清晰带，然后进行拼接，获得无缝拼接的侧刃图像，从而无需转换拍摄视角的情况下，通过一次运动进程即可得到完整的侧刃图像；S6:对所述步骤S5得到的侧刃图像进行质量检测，并与阈值进行对比判定待检微钻是否合格。进一步的，步骤S1中，所述位置A正好置于内锥镜面环形局部成像装置锥体的顶点。进一步的，步骤S5中，将所述环形侧刃成像展开为类矩形包括如下步骤：S531：从所述环形侧刃成像中轴线最外层A点向两侧扫描，并将像素取出，复制到新建内存中，得到直线AA’；S532：继续向环形中心移动一个像素，重复步骤S531，直至得到直线B’B’，进而完成将段的环形侧刃成像展开成类矩形；S533：重复以上步骤，进而依次获得和段的环形侧刃成像展开成类矩形。进一步的，步骤S5中，所述提取图像清晰带包括如下步骤：S541：将所述像素为M×N的类矩形进行灰度化后，分为个大小为n×n像素的子图像，然后分别对每个子图像用清晰度评价函数进行清晰度评价；S542：采用图像g(x,y)的标准差SD作为所述类矩形的图像清晰度评价值Φ，图像清晰度评价值Φ计算公式为：其中，g(i,j)为图像在点(i,j)处的灰度值，Φ为图像的清晰度评价值，μ为平均灰度值，表示为S543：根据所述类矩形图像的清晰度评价值Φ判定图像是否清晰，当图像很清晰时，像素间的灰度级差异较大，所述类矩形图像的清晰度评价值Φ较大；当图像变模糊时，像素间的灰度级差异较小，所述类矩形图像的清晰度评价值Φ较小。进一步的，步骤S5中，所述类矩形的图像清晰带拼接采用渐入渐出的过渡式无缝拼接，并以此实现图像的无缝拼接，其中，该过渡式无缝拼接包括如下步骤：S551：设匹配点在第一幅待拼接图像和第二幅待拼接图像中对应点的行数分别为L1和L2，列数分别为C1和C2，则第一幅待拼接图像和第二幅待拼接图像的灰度满足如下关系：其中，f(i,j)为拼接后新图像的灰度，f1(i,j)为第一幅待拼接图像的灰度,f2(i,j)为第二幅待拼接图像的灰度，i，j为拼接图像的列数和行数，α为由1到0变化的渐变系数；S552：将图像f1(i,j)中小于L1行和图像f2(i,j)中大于L2行的图像像素剪去,然后对其他图像像素按步骤S551中的对应关系进行拼接。按照本专利技术的另一个方面，提供一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测系统，其特征在于，包括内锥镜面环形局部成像装置、图像采集及处理单元和数字化运动单元；其中，所述内锥镜面环形局部成像装置整体呈倒置的中空圆锥体结构，并且它的内表面镀有反射金属膜，其锥顶处开设有小孔，以便于作为检测对象的微钻能够进入所述内锥镜面环形局部成像装置内从而实现对该待测微钻进行扫描式全景拍摄；所述图像采集及处理单元包括成像装置、图像采集卡及处理器，其中，该成像装置一端与所述内锥镜面环形局部成像装置光路相连，另一端与所述图像采集卡及处理器通信连接，以将采集到的图像输送至所述处理器中进行图像处理；所述数字化运动单元包括伺服驱动和升降平台，所述伺服驱动一端与所述处理器通信连接，另一端与所述升降平台连接，用于根据所述图像处理结果驱动所述升降平台运动，从而实现在不转换拍摄视角的情况下，通过执行一次运动进程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法，其特征在于，该方法采用了包括内锥镜面环形局部成像装置(2)、图像采集及处理单元和数字化运动单元的设备，其中，所述内锥镜面环形局部成像装置(2)整体呈倒置的中空圆锥体结构，且该锥顶处开设有小孔，以便作为检测对象的微钻(1)能够在所述数字化运动单元所配备的伺服驱动(6)和升降平台(7)的带动下穿过所述内锥镜面环形局部成像装置(2)，并被所述图像采集及处理单元所配备的远心镜头(31)和CCD相机(32)进行拍照，并对所述采集的图像进行处理；其中，该检测方法包括如下步骤：S1:将待检微钻(1)置于所述升降平台(7)上，通过伺服驱动(6)控制升降平台(7)的位置，到位待检微钻(1)的位置A，从而使得待检微钻(1)的端刃(11)可以得到清晰的端刃成像；S2:通过图像采集及处理单元分析判断该端刃(11)是否合格，如果不合格则停止检测，否则检测待检微钻(1)的侧刃(12)；S3:通过伺服驱动(6)控制升降平台(7)使得待检微钻(1)继续上升一个相机景深高度h，到位待检微钻(1)的位置B，内锥镜面环形局部成像装置(2)及图像采集及处理单元对侧刃(12)进行拍摄，从而获得一张清晰的环形侧刃成像(321)；S4:重复步骤S3，使得待检微钻(1)继续每次上升一个相机景深高度，依次到达待检微钻(1)的位置C、D，直至待检微钻(1)的侧刃(12)检测完毕，内锥镜面环形局部成像装置(2)及图像采集及处理单元对应每次对侧刃(12)进行拍摄，从而获得多张连续清晰的环形侧刃成像(321)；S5:对步骤S3和S4获得的清晰的环形侧刃成像(321)展开为像素为M×N的类矩形，然后提取该类矩形的图像清晰带，然后进行拼接，获得无缝拼接的侧刃图像，从而无需转换拍摄视角的情况下，通过一次运动进程即可得到完整的侧刃图像；S6:对所述步骤S5得到的侧刃图像进行质量检测，并与阈值进行对比判定待检微钻(1)是否合格。...

【技术特征摘要】
1.一种基于内锥镜面扫描全景成像的微钻视觉检测方法，其特征在于，该方法采用了包括内锥镜面环形局部成像装置(2)、图像采集及处理单元和数字化运动单元的设备，其中，所述内锥镜面环形局部成像装置(2)整体呈倒置的中空圆锥体结构，且该锥顶处开设有小孔，以便作为检测对象的微钻(1)能够在所述数字化运动单元所配备的伺服驱动(6)和升降平台(7)的带动下穿过所述内锥镜面环形局部成像装置(2)，并被所述图像采集及处理单元所配备的远心镜头(31)和CCD相机(32)进行拍照，并对所述采集的图像进行处理；其中，该检测方法包括如下步骤：S1:将待检微钻(1)置于所述升降平台(7)上，通过伺服驱动(6)控制升降平台(7)的位置，到位待检微钻(1)的位置A，从而使得待检微钻(1)的端刃(11)可以得到清晰的端刃成像；S2:通过图像采集及处理单元分析判断该端刃(11)是否合格，如果不合格则停止检测，否则检测待检微钻(1)的侧刃(12)；S3:通过伺服驱动(6)控制升降平台(7)使得待检微钻(1)继续上升一个相机景深高度h，到位待检微钻(1)的位置B，内锥镜面环形局部成像装置(2)及图像采集及处理单元对侧刃(12)进行拍摄，从而获得一张清晰的环形侧刃成像(321)；S4:重复步骤S3，使得待检微钻(1)继续每次上升一个相机景深高度，依次到达待检微钻(1)的位置C、D，直至待检微钻(1)的侧刃(12)检测完毕，内锥镜面环形局部成像装置(2)及图像采集及处理单元对应每次对侧刃(12)进行拍摄，从而获得多张连续清晰的环形侧刃成像(321)；S5:对步骤S3和S4获得的清晰的环形侧刃成像(321)展开为像素为M×N的类矩形，然后提取该类矩形的图像清晰带，然后进行拼接，获得无缝拼接的侧刃图像，从而无需转换拍摄视角的情况下，通过一次运动进程即可得到完整的侧刃图像；S6:对所述步骤S5得到的侧刃图像进行质量检测，并与阈值进行对比判定待检微钻(1)是否合格。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述位置A正好置于内锥镜面环形局部成像装置(2)锥体的顶点。3.根据权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，步骤S5中，将所述环形侧刃成像(321)展开为类矩形包括如下步骤：S531：从所述环形侧刃成像(321)中轴线最外层A点向两侧扫描，并将像素取出，复制到新建内存中，得到直线AA’；S532：继续向环形中心移动一个像素，重复步骤S531，直至得到直线B’B’，进而完成将段的环形侧刃成像展开成类矩形；S533：重复以上步骤，进而依次获得和段的环形侧刃成像展开成类矩形。4.根据权利要求1-3任一项所述的检测方法，其特征在于，步骤S5中，所述提取图像清晰带包括如下步骤：S541：将所述像素为M×N的类矩形进行灰度化后，分为个大小为n×n像素的子图像，然后分别对每个子图像用清晰度评价函数进行清晰度评价；S542：采用图像g(x,y)的标准差SD作为所述类矩形的图像清晰度评价值Φ，图像清晰度评价...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平江，曹普信，张锴，余凌波，黄成，陈子和，张顺林，黄龙贤，宁雪燕，
申请(专利权)人：华中科技大学，泉州华中科技大学智能制造研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42