环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，包括遮光箱以及用于放置待测零件的传送平台，所述传送平台贯穿的穿过遮光箱，遮光箱内设有灯光模块、视觉检测模块以及控制模块；灯光模块包括一个以上的光源；视觉检测模块包括图像采集装置、偏光镜头、检测软件以及处理器；控制模块包括单片机、继电器以及电机，继电器连接光源，电机连接偏光镜头。本发明专利技术实现了环状精密零件表面微型缺陷的自动检测，分类与缺陷深度的估计，有效减少零件自身纹理和微小划痕对缺陷检测的不利影响；提高了检测效率，降低了精密零件的不良率，降低了工作强度。

Visual Inspection System for Surface Micro-Defects of Ring Precision Parts and Its Inspection Method

The invention provides a visual inspection system for micro-defects on the surface of ring-shaped precision parts, including a light-shielding box and a transmission platform for placing the parts to be tested. The transmission platform penetrates through the light-shielding box. The light-shielding box is equipped with a light module, a visual inspection module and a control module; the light module includes more than one light source; and the visual inspection module includes an image acquisition device. The control module includes single chip computer, relay and motor, relay connects light source, motor connects polarizing lens. The invention realizes automatic detection, classification and defect depth estimation of micro-defects on the surface of ring precision parts, effectively reduces the adverse effects of Parts'texture and micro-scratches on defect detection, improves detection efficiency, reduces the defect rate of precision parts and reduces work intensity.

【技术实现步骤摘要】
环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统及其检测方法
本专利技术涉及零件检测
，特别是环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统及其检测方法。
技术介绍
在工业生产中，精密金属零件的加工已经基本实现全面的自动化机械生产。但是，在零件加工过程中，受加工设备或者环境等因素的影响，会出现各种缺陷如裂纹、起皮、拉线、划痕、凹坑、凸起、斑点、腐蚀等。为了减少零件出厂时的不良率，需要对零件进行检测，传统方法是雇佣质检人员进行人工检测。此方法往往浪费大量人力、物力和财力，但易出现漏检等情况。目前，表面缺陷视觉检测主要依靠图像模型对比和图像滤波器等方法。但是，受光源、相机和拍摄环境等因素影响，往往产生图像模型不精确和图像对比度差等问题，难以从图像中精确筛选出缺陷特征，从而在表面缺陷检测时存在漏检、误检等问题。针对图像低对比度的问题，可以在多光照的条件下，利用图像融合技术检测低对比度的表面缺陷。该技术利用的纹理和高度图像，进行缺陷特征筛选。然而，精密零件表面的微小缺陷如深度较浅的划痕等极易被视为零件自身纹理和微小划痕(深度小于0.5mm)的影响，且多种缺陷如斑点等高度很难凸显，难以保证检测精度和效率。现有的检测技术针对精密零件表面的多种微小缺陷，难以准确识别和分类，无法满足通用性和鲁棒性实际需求。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是如何检测环状精密零件的多种表面微型缺陷并进行缺陷深度估计。针对现有技术的不足，提供环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统及其检测方法。本专利技术提供了一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，包括遮光箱以及用于放置待测零件的传送平台，所述传送平台贯穿的穿过遮光箱，遮光箱内设有灯光模块、视觉检测模块以及控制模块；灯光模块包括一个以上的光源；视觉检测模块包括图像采集装置、偏光镜头、检测软件以及处理器；控制模块包括单片机、继电器以及电机，继电器连接光源，电机连接偏光镜头。本专利技术中，单片机连接控制继电器以及电机，单片机通过控制继电器从而控制光源。本专利技术中，所述偏光镜头连接滑轮，滑轮连接到电机，单片机通过电机控制滑轮。本专利技术中，一个以上的光源包括位于遮光箱内传送平台上方的顶部光源、位于遮光箱内传送平台下方的底部光源以及位于遮光箱内传送平台四周的中部光源。本专利技术中，所述中部光源包括四条LED灯带，四条LED灯带分别设置在传送平台以上20cm处的遮光箱内壁。本专利技术中，所述顶部光源设置在偏光镜头上部3cm处，底部光源设置在传送平台下部3cm处。本专利技术中，所述遮光箱为铝制遮光箱，铝制遮光箱内壁覆盖黑绒布。本专利技术中，所述传送平台为白色亚克力匀光板，顶面为磨砂面，底面为透明面。本专利技术还公开了一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统的检测方法，包括如下步骤：步骤1：单片机通过继电器打开顶部光源，关闭中部光源和底部光源，图像采集装置先采集顶部光源下空置的传送平台的图像，记为I_TR0；单片机通过继电器关闭顶部光源和底部光源，打开中部光源，图像采集装置再采集中部光源下空置的传送平台的四周方向的图像，分别记为I_ER0，I_WR0，I_SR0，I_NR0；单片机通过继电器关闭顶部光源和中部光源，打开底部光源，图像采集装置再采集底部光源下空置传送平台的图像，记为I_BR0；将上述采集到的图像I_TR0、I_ER0，I_WR0，I_SR0，I_NR0和I_BR0分别转换成单通道浮点亮度图，对应记为I_T0，I_E0，I_W0，I_S0，I_N0和I_B0；步骤2：将待检零件放置在传送平台上；单片机通过继电器打开顶部光源，关闭中部光源和底部光源，图像采集装置先采集顶部光源下待检零件放置在传送平台上的图像，记为I_TR1；单片机通过继电器关闭顶部光源和底部光源，打开中部光源，图像采集装置再采集中部光源下待检零件放置在传送平台上的四周方向的图像，分别记为I_ER1、I_WR1、I_SR1和I_NR1；单片机通过继电器关闭顶部光源和中部光源，打开底部光源，图像采集装置再采集底部光源下待检零件放置在传送平台上的图像，记为I_BR1；将上述采集到的图像I_TR1、I_ER1、I_WR1、I_SR1、I_NR1和I_BR1分别转换成单通道浮点亮度图，对应记为I_T1，I_E1，I_W1，I_S1，I_N1，和I_B1；单片机通过继电器打开顶部光源、中部光源以及底部光源，图像采集装置采集原始环状精密零件图像，并转换成单通道浮点亮度图，记为I_A1；步骤3：单片机通过电机控制滑轮，使得偏光镜头移动至图像采集装置下，重复步骤1的操作，分别采集顶部光源、中部光源以及底部光源下原始环状精密零件图像，分别记为I_TR2，I_ER2，I_WR2，I_SR2，I_NR2，和I_BR2，并转换成单通道浮点亮度图，分别记为I_T2，I_E2，I_W2，I_S2，I_N2，和I_B2；再采集顶部光源、中部光源以及底部光源全部打开下的原始环状精密零件图像，并转换成单通道浮点亮度图，记为I_A2；步骤4：分别计算滤光前的顶部图像I_T0与中部四幅图像I_E0，I_W0，I_S0，I_N0的差小于零的所有像素的平均值的绝对值，分别记为I_avgE，I_avgW，I_avgS，和I_avgN；再分别计算东南西北四个方向的补偿信息，即I_compE＝I_T0-I_E0+I_avgE，I_compW＝I_T0-I_W0+I_avgW，I_compS＝I_T0-I_S0+I_avgS，I_compN＝I_T0-I_N0+I_avgN；步骤5：使用夹角δ和步骤4中的补偿信息，利用软件分别对图像I_E1，I_W1，I_S1，I_N1进行修正，得到修正后的图像，即I_adjE1＝I_E1+δ×I_compE-I_T1，I_adjW1＝I_W1+δ×I_compW-I_T1，I_adjS1＝I_S1+δ×I_compS-I_T1，I_adjN1＝I_N1+δ×I_compN-I_T1；根据夹角δ和步骤4中的补偿信息，分别对图像I_E2，I_W2，I_S2，I_N2进行修正，得到修正后的图像I_adjE2，I_adjW2，I_adjS2，I_adjN2；步骤6：创建两个新的三通道图像I_NW和I_SE，将I_adjW1作为I_NW的R通道，I_adjN1作为I_NW的G通道，并将NW的色阶调整为0至0.5；将I_adjE1作为I_SE的R通道，I_adjS1作为I_SE的G通道，并将I_SE的色阶调整为0.5至1.0；混合I_NW和I_SE获得法向图N_T1＝2×I_NW×I_SE；对应计算滤波后图像的法向图N_T2；法向信息是归一化向量，根据R和G通道的值进一步计算B通道的信息；以R通道的值是r，G通道的值是g，B通道的值被定义为：步骤7：对图像N_T1和N_T2去除边缘、亮度调整和对比度调整后，记为图像normal1和图像normal2；最终的法向图由图像normal1和图像normal2混合，命名为图像Normal，其中Normal＝0.5×(normal1+normal2)；根据原始环状精密零件图像与预设基准之间的定位关系，对法向图进行归一化，将环状精密零件图像需要检测的部分展开成矩形；步骤8：环状精密零件图像的缺陷检测分成训练阶段和测试阶段；步骤8-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，包括遮光箱(1)以及用于放置待测零件的传送平台(2)，所述传送平台(2)贯穿的穿过遮光箱(1)，遮光箱(1)内设有灯光模块、视觉检测模块以及控制模块；灯光模块包括一个以上的光源；视觉检测模块包括图像采集装置、偏光镜头、检测软件以及处理器；控制模块包括单片机、继电器以及电机，继电器连接光源，电机连接偏光镜头。

【技术特征摘要】
1.一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，包括遮光箱(1)以及用于放置待测零件的传送平台(2)，所述传送平台(2)贯穿的穿过遮光箱(1)，遮光箱(1)内设有灯光模块、视觉检测模块以及控制模块；灯光模块包括一个以上的光源；视觉检测模块包括图像采集装置、偏光镜头、检测软件以及处理器；控制模块包括单片机、继电器以及电机，继电器连接光源，电机连接偏光镜头。2.根据权利要求1所述的一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，单片机连接控制继电器以及电机，单片机通过控制继电器从而控制光源。3.根据权利要求1所述的一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，所述偏光镜头连接滑轮，滑轮连接到电机，单片机通过电机控制滑轮。4.根据权利要求1所述的一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，所述光源包括位于遮光箱内传送平台上方的顶部光源(4a)、位于遮光箱内传送平台下方的底部光源(4c)以及位于遮光箱内传送平台四周的中部光源(4b)。5.根据权利要求4所述的一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，中部光源(4b)包括四条LED灯带，四条LED灯带分别设置在传送平台(2)以上20cm处的遮光箱四周的内壁。6.根据权利要求5所述的一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，顶部光源(4a)设置在偏光镜头(6)上部3cm处，底部光源(4c)设置在传送平台(2)下部3cm处，使得光线与零件表面之间的夹角δ为45度。7.根据权利要求1所述的一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，所述遮光箱(1)为铝制遮光箱，长和宽均为110cm，高75cm，铝制遮光箱内壁覆盖黑绒布。8.根据权利要求1所述的一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统，其特征在于，所述传送平台(2)为白色亚克力匀光板，顶面为磨砂面，底面为透明面。9.一种环状精密零件表面微型缺陷的视觉检测系统的检测方法，包括如下步骤：步骤1：单片机通过继电器打开顶部光源，关闭中部光源和底部光源，图像采集装置(5)先采集顶部光源下空置的传送平台(2)的图像，记为I_TR0；单片机通过继电器关闭顶部光源和底部光源，打开中部光源，图像采集装置(5)再采集中部光源下空置的传送平台(2)的四周方向的图像，分别记为I_ER0，I_WR0，I_SR0，I_NR0；单片机通过继电器关闭顶部光源和中部光源，打开底部光源，图像采集装置(5)再采集底部光源下空置传送平台(2)的图像，记为I_BR0；将上述采集到的图像I_TR0、I_ER0，I_WR0，I_SR0，I_NR0和I_BR0分别转换成单通道浮点亮度图，对应记为I_T0，I_E0，I_W0，I_S0，I_N0和I_B0；步骤2：将待检零件放置在传送平台(2)上；单片机通过继电器打开顶部光源，关闭中部光源和底部光源，图像采集装置(5)先采集顶部光源下待检零件放置在传送平台(2)上的图像，记为I_TR1；单片机通过继电器关闭顶部光源和底部光源，打开中部光源，图像采集装置(5)再采集中部光源下待检零件放置在传送平台(2)上的四周方向的图像，分别记为I_ER1、I_WR1、I_SR1和I_NR1；单片机通过继电器关闭顶部光源和中部光源，打开底部光源，图像采集装置(5)再采集底部光源下待检零件放置在传送平台(2)上的图像，记为I_BR1；将上述采集到的图像I_TR1、I_ER1、I_WR1、I_SR1、I_NR1和I_BR1分别转换成单通道浮点亮度图，对应记为I_T1，I_E1，I_W1，I_S1，I_N1，和I_B1；单片机通过继电器打开顶部光源、中部光源以及底部光源，图像采集装置(5)采集原始环状精密零件图像，并转换成单通道浮点亮度图，记为I_A1；步骤3：单片机通过电机控制滑轮，使得偏光镜头(6)移动至图像采集装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭延文，张杨，张慧明，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32