类镜面物体的缺陷检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种类镜面物体的缺陷检测装置及其检测方法，包括光学检测系统，工控机，触发控制器，运动控制器，三轴伺服模组，所述工控机与运动控制器连通，所述三轴伺服模组在所述工控机和运动控制器的作用下可驱动所述光学检测系统扫描被检测物体，所述触发控制器可分别与所述三轴伺服模组和所述光学检测系统连通，所述光学检测系统与所述工控机连通，所述光学检测系统用于采集、分析类镜面物体的表面数据，包括线阵相机、LED条纹光源、若干个漫反射光源、Y向测距与色差检测组件和X向测距组件，该类镜面物体的缺陷检测装置及其检测方法，采集效率高、成像质量高、系统结构紧凑、成本低。本低。本低。

【技术实现步骤摘要】
类镜面物体的缺陷检测装置及其检测方法

：
[0001]本专利技术涉及缺陷检测和机器视觉
，尤其涉及一种类镜面物体的缺陷检测装置及其检测方法。

技术介绍
：
[0002]随着材料科学技术的快速发展，镜面和类镜面材料在各类产品表面得到广泛的应用，如汽车车身、手机外壳、工业轴承滚子等。
[0003]传统的人工目视检查，因检测效率低、检测标准不够客观，并且容易受人工分心、疲劳等主观因素的影响，越来越难以满足工艺过程的测量和检测要求。各行业对类镜面缺陷检测装置的需求日益增强，这种自动化装置不仅可以严格地管控产品质量，还能及时对产品缺陷进行工艺溯源，为工艺品质改善提供数据支持。
[0004]类镜面物体的缺陷种类繁多，不同的生产厂家对缺陷的定义存在差异。从缺陷的光学成像形式可以归类为：色差类缺陷、脏污类缺陷、纹理类缺陷、划伤碰伤类缺陷、凹凸类缺陷。单一的2D成像方式和检测方法难以应对所有类型的缺陷，同时对所有缺陷进行检测，往往需要2D成像方式和3D成像方式相互结合。3D成像方式中激光三角法和条纹投影，是对高度的重建。基于条纹投影原理的三维重建设备，主要应用于漫反射物体。激光三角法可以应用于类镜面物体的高度测量，但是难以检测微米级别的缺陷。3D成像方式中，光度立体法和条纹反射(相位测量偏折术)是对梯度的重建。基于朗伯光照模型的光度立体法对漫反射表面的梯度重建精度较高，但很难直接应用于镜面物体。相位测量偏折术对镜面物体的梯度重建精度很高，在原理上可以到达亚微米级别。单目式相位测量偏折术使用格雷码或三频外插等解包裹方法，需要额外采集较多的图片，硬件的执行效率低。双目式相位测量偏折术，引入第二个相机解决矢高不确定问题，软件中计算和存储效率低。

技术实现思路
：
[0005]针对上述问题，为检测镜面和类镜面所有类型的缺陷，在保证微米级的检测精度的前提下，兼顾检测效率、系统成本和结构紧凑等因素，本专利技术提出了一种采集效率高、成像质量高、系统结构紧凑、成本低的类镜面物体的缺陷检测装置及其检测方法。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种类镜面物体的缺陷检测装置，包括光学检测系统、工控机、触发控制器、运动控制器和三轴伺服模组，所述工控机与所述运动控制器连通，所述三轴伺服模组在所述工控机和运动控制器的作用下可驱动所述光学检测系统扫描被检测物体，所述触发控制器可分别与所述三轴伺服模组和所述光学检测系统连通，所述光学检测系统与所述工控机连通。
[0007]所述光学检测系统用于采集、分析类镜面物体的表面数据，包括线阵相机、LED条纹光源、若干个漫反射光源、Y向测距与色差检测组件和X向测距组件。
[0008]所述线阵相机与所述LED条纹光源组成相位测量偏折术系统，用于计算光泽度、包裹相位、梯度图、曲率图等，所述线阵相机与所述LED条纹光源关于被检测物体表面法线对
称。
[0009]作为优选，所述线阵相机与所述LED条纹光源夹角为10
°
～60
°
。
[0010]所述线阵相机与所述漫反射光源组成光度立体法系统，用于计算反照率、表面法向量，并辅助偏折术的解包裹，所述漫反射光源在被检测物体表面法线四周均匀分布。
[0011]作为优选，所述漫反射光源与被检测物体表面法线夹角为60
°
～80
°
。
[0012]进一步的，所述漫反射光源包括散热风扇、导热材料、贴片LED、聚光棒和扩散膜，所述贴片LED的光线倾斜射出光源表面，角度为40
°
～50
°
。
[0013]作为优选，所述漫反射光源有4个，根据实际情况，也可以设计更多或者更少的漫反射光源，但至少为3个。
[0014]所述Y向测距与色差检测组件包括两个Y向线激光、色差检测光源和Y向面阵相机。
[0015]Y向测距与色差检测组件中，两个Y向线激光和Y向面阵相机组成激光三角法测距系统，用于辅助偏折术的解包裹，两个所述Y向线激光与所述线阵相机共面，且分布在所述线阵相机两侧，所述Y向面阵相机与所述Y向线激光分别设置在被检测物体表面法线的两侧。
[0016]作为优选，所述Y向面阵相机与被检测物体表面法线的夹角为40
°
～60
°
。
[0017]Y向测距与色差检测组件中，所述Y向面阵相机与所述色差检测光源关于被检测物体表面法线对称，用于检测色差。
[0018]所述X向测距组件包括一个X向线激光和一个X向面阵相机，共同组成激光三角法测距系统，用于引导所述三轴伺服模组运动，使光学检测系统适应检测表面在Z方向的高度变化和RY方向的旋转变化。所述X向线激光与坐标系YOZ面垂直，所述X向面阵相机与所述X向线激光分别设置在被检测物体表面法线的两侧。
[0019]作为优选，所述X向面阵相机与被检测物体表面法线的夹角为40
°
～60
°
。
[0020]该装置的主要工作原理为，工控机与运动控制器通讯使三轴伺服模组在X方向移动，运动控制器与触发控制器通讯，触发控制器与光学检测系统中的相机和光源通讯，光学检测系统中的相机将图像信息传输至工控机。
[0021]本专利技术还包括一种类镜面物体的缺陷检测方法，采用上述类镜面物体的缺陷检测装置，包括如下步骤：
[0022]1)所述工控机与运动控制器通讯使所述三轴伺服模组在X方向移动，所述三轴伺服模组在移动过程中，每隔一段距离向所述触发控制器发出一个频率为1KHz的位置信号，对该位置信号进行计数并编号为[1，2，3
…
]，所述触发控制器接收到信号后，分别控制所述光学检测系统中的各个元器件；
[0023]2)所述触发控制器向所述LED条纹光源发出8个频率为20KHz的触发脉冲，通过设置所述LED条纹光源内部LED灯珠亮度，使所述LED条纹光源高速频闪出横、竖各4幅正弦相移条纹图像，同时，所述触发控制器向所述线阵相机发出8个频率为20KHz的触发脉冲，使所述线阵相机在所述LED条纹光源点亮的时间内，采集4幅偏折术横向相移图像和4幅偏折术竖向相移图像，共8行图像；
[0024]3)所述触发控制器向所述漫反射光源依次发出频率为20KHz的触发脉冲，使所述漫反射光源依次点亮，同时，所述触发控制器向所述线阵相机依次发出4个频率为20KHz的触发脉冲，使所述线阵相机在所述漫反射光源依次点亮的时间内，依次采集4行光度立体法
对应图像；
[0025]4)所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)完成一个位置的采图，共12行图像，随后等待所述三轴伺服模组的下一个位置信号和所述触发控制器的触发脉冲；
[0026]5)在编号为1的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器向所述Y向测距与色差检测组件中的两个Y向线激光发出频率为125Hz的触发脉冲使Y向线激光点亮，同时，所述触发控制器对Y向测距与所述色差检测组件中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：包括光学检测系统、工控机、触发控制器、运动控制器和三轴伺服模组，所述工控机与所述运动控制器连通，所述三轴伺服模组在所述工控机和运动控制器的作用下可驱动所述光学检测系统扫描被检测物体，所述触发控制器可分别与所述三轴伺服模组和所述光学检测系统连通，所述光学检测系统与所述工控机连通，所述光学检测系统用于采集、分析类镜面物体的表面数据，包括线阵相机、LED条纹光源、若干个漫反射光源、Y向测距与色差检测组件和X向测距组件，所述线阵相机与所述LED条纹光源关于被检测物体表面法线对称，所述漫反射光源在被检测物体表面法线四周均匀分布，所述Y向测距与色差检测组件包括两个Y向线激光、色差检测光源和Y向面阵相机，两个所述Y向线激光与所述线阵相机共面，且分布在所述线阵相机两侧，所述Y向面阵相机与所述Y向线激光分别设置在被检测物体表面法线的两侧，所述Y向面阵相机与所述色差检测光源关于被检测物体表面法线对称，所述X向测距组件包括X向线激光和X向面阵相机，所述X向线激光与坐标系YOZ面垂直，所述X向面阵相机与所述X向线激光分别设置在被检测物体表面法线的两侧。2.根据权利要求1所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：所述线阵相机与所述LED条纹光源夹角为10
°
～60
°
，所述漫反射光源与被检测物体表面法线夹角为60
°
～80
°
，所述Y向面阵相机与被检测物体表面法线的夹角为40
°
～60
°
，所述X向面阵相机与被检测物体表面法线的夹角为40
°
～60
°
。3.根据权利要求1所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：所述漫反射光源包括散热风扇、导热材料、贴片LED、聚光棒和扩散膜，所述贴片LED的光线倾斜射出光源表面，角度为40
°
～50
°
。4.根据权利要求1所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：所述漫反射光源有4个。5.一种类镜面物体的缺陷检测方法，采用如权利要求1
‑
4所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于，包括如下步骤：1)所述工控机与所述运动控制器通讯，使所述三轴伺服模组在X方向移动，所述三轴伺服模组在移动过程中，每隔一段距离向所述触发控制器发出一个频率为1KHz的位置信号，对该位置信号进行计数并编号为[1，2，3
…
]，所述触发控制器接收到信号后，分别控制所述光学检测系统中的各个元器件；2)所述触发控制器向所述LED条纹光源发出8个频率为20KHz的触发脉冲，通过设置所述LED条纹光源内部LED灯珠亮度，使所述LED条纹光源高速频闪出横、竖各4幅正弦相移条纹图像，同时，所述触发控制器向所述线阵相机发出8个频率为20KHz的触发脉冲，使所述线阵相机在所述LED条纹光源点亮的时间内，采集4幅偏折术横向相移图像和4幅偏折术竖向相移图像，共8行图像；3)所述触发控制器向所述漫反射光源依次发出频率为20KHz的触发脉冲，使所述漫反射光源依次点亮，同时，所述触发控制器向所述线阵相机依次发出4个频率为20KHz的触发脉冲，使所述线阵相机在所述漫反射光源依次点亮的时间内，依次采集4行光度立体法对应图像；4)所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)完成一个位置的采图，共12行图像，随后等待所
述三轴伺服模组的下一个位置信号和所述触发控制器的触发脉冲；5)在编号为1的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器向所述Y向测距与色差检测组件中的两个Y向线激光发出频率为125Hz的触发脉冲使Y向线激光点亮，同时，所述触发控制器对Y向测距与所述色差检测组件中的Y向面阵相机发出频率为250Hz的触发脉冲，使所述Y向面阵相机在所述Y向线激光点亮的时间内采集Y向激光三角法对应图像；6)在编号为2的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器对所述Y向测距与色差检测组件中的色差检测光源发出频率为125Hz的触发脉冲使所述色差检测光源点亮，同时，所述触发控制器对所述Y向测距与色差检测组件中的Y向面阵相机发出频率为250Hz的触发脉冲，使所述Y向面阵相机采集RGB彩色图像；7)在编号为3的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器向所述X向线激光发出频率为1Hz的触发脉冲，使所述X向线激光点亮，同时，所述触发控制器向所述X向面阵相机发出频率为1Hz的触发脉冲，使所述X向面阵相机采...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹文，罗华东，周永，吴昊，季松林，
申请(专利权)人：江苏骠马智能工业设计研究有限公司，
类型：发明
国别省市：