帶鋼表面缺陷檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種帶鋼表面缺陷檢測方法及裝置，包括以下步驟：在帶鋼或厚板的待檢測面設(shè)置平面鏡，平面鏡與待檢測面呈一定角度，使待檢測面在平面鏡中成像。計算待檢測面的成像距離。根據(jù)成像距離設(shè)置攝像機。利用照明光源對平面鏡照明，使平面鏡滿足明場、暗場成像條件。利用攝像機拍攝平面鏡中帶鋼的待檢測面的圖像。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，克服了在狹小空間對表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)的影響，充分利用帶鋼上、下表面空間，避免了惡劣環(huán)境對下表面檢測相機的影響，提升了帶鋼各個表面的檢測效果。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器視覺檢測裝置與方法，更具體地說，涉及一種帶鋼表面缺陷檢測 裝置及方法。 帶鋼表面缺陷檢測裝置及方法

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，基于機器視覺的表面檢測系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在各個行業(yè)。作為帶鋼表面缺 陷檢測方法之一的機器視覺檢測系統(tǒng)具有不可替代的作用。帶鋼表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)成像部 分，由光源和圖像傳感器以一定的角度直接構(gòu)成，即應(yīng)用圖像傳感器直接對當(dāng)前帶鋼的上 下表面進行掃描，拍攝帶鋼圖像。對于帶鋼下表面圖像信息的獲取通常采用從下往上直接 拍攝的角度方式進行圖像的獲取。此外，對于厚板類產(chǎn)品的側(cè)面缺陷的檢測也是十分必要 的。但是由于生產(chǎn)線空間限制，往往側(cè)表面缺陷的檢測無法實施。
[0003] 采用傳統(tǒng)的從下往上直接拍攝的角度對于下表面檢測環(huán)境來說，檢測工位需要提 供足夠的空間來安裝包括圖像傳感器和光源在內(nèi)的硬件結(jié)構(gòu)，但往往機組建成較早，下表 面垂直方向的空間十分狹小，很難滿足下表面檢測系統(tǒng)安裝空間的最低要求。而對于下表 面空間在帶鋼運動方向的水平空間相對垂直方向的空間來說比較寬裕，因此，可以充分利 用下表面帶鋼運動方向的水平空間進行表面檢測系統(tǒng)的搭建。采用傳統(tǒng)的從下往上直接拍 攝的角度，由于檢測工位環(huán)境惡劣，很難保證帶鋼下表面的環(huán)境清潔，帶鋼上方及周邊環(huán)境 的灰塵、異物、水汽很容易直接污染下表面相機鏡頭，并且鏡頭的清潔工作相對困難，直接 影響了拍攝效果?；谏鲜隹陀^原因的限制，導(dǎo)致帶鋼下表面檢測系統(tǒng)的搭建及檢測的難 度均大幅提升，有的甚至無法安裝和檢測。
[0004] 對于厚板類產(chǎn)品的側(cè)面缺陷的檢測更是由于空間的限制無法進行全面的實時檢 測。
[0005] "基于面陣CCD圖像傳感器的便攜式光電自準(zhǔn)直儀及工作方法"專利(專利號： CN102175186A)描述了一種基于面陣(XD圖像傳感器的便攜式光電自準(zhǔn)直儀及工作方法， "帶圖像處理系統(tǒng)的輪廓測量投影儀"專利（專利號：CN1936497)描述了一種帶圖像處理系 統(tǒng)的輪廓測量投影儀及方法。這些專利均未涉及視覺檢測系統(tǒng)的被測對象在惡劣鋼鐵生產(chǎn) 環(huán)境情況下的成像技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的旨在提供一種帶鋼表面缺陷檢測裝置及方法，來解決現(xiàn)有技術(shù)中存 在的各種不足。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，提供一種帶鋼表面缺陷檢測裝置，包括平面鏡、照明光源、攝像機。其 中，在帶鋼的待檢測面設(shè)置平面鏡，平面鏡與待檢測面呈一定角度，使待檢測面在平面鏡中 成像。照明光源對平面鏡照明，使平面鏡滿足明場、暗場成像條件。攝像機拍攝平面鏡中帶 鋼的待檢測面的圖像。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還包括光源照度傳感器，設(shè)置于平面鏡的表面，光源照度 傳感器檢測平面鏡表面的光照度。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，平面鏡表面設(shè)置4個光源照度傳感器，呈十字形排列。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，照明光源角度可調(diào)，根據(jù)光源照度傳感器的反饋調(diào)節(jié)光 照角度和大小。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還包括自動清潔吹掃裝置，設(shè)置于平面鏡的表面，用以清 除平面鏡表面的灰塵、異物。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，平面鏡與待檢測下表面成45度，攝像機的光軸與待檢測 下表面平行設(shè)置，并且與平面鏡成45度。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，平面鏡與待檢測面平行設(shè)置，攝像機設(shè)置于帶鋼一側(cè)，并 且其光軸與平面鏡垂直設(shè)置。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種帶鋼表面缺陷檢測方法，包括以下步驟：在帶 鋼的待檢測面設(shè)置平面鏡，平面鏡與待檢測面呈一定角度，使待檢測面在平面鏡中成像。計 算待檢測面的成像距離。根據(jù)成像距離設(shè)置攝像機。利用照明光源對平面鏡照明，使平面 鏡滿足明場、暗場成像條件。利用攝像機拍攝平面鏡中帶鋼的待檢測面的像。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，步驟4的具體操作過程為：在平面鏡的表面設(shè)置光源照 度傳感器，檢測平面鏡表面的光照度，照明光源根據(jù)光源照度傳感器的反饋調(diào)節(jié)光照度的 大小和方向。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，檢測和調(diào)節(jié)光照度的方法為：根據(jù)攝像機拍照灰度與已 設(shè)定參考值對比。確定中心照度。對比中心照度與邊部照度。根據(jù)對比結(jié)果決定是否調(diào)節(jié) 邊部照度。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，將平面鏡與待檢測下表面設(shè)置成45度，將攝像機的光軸 與待檢測下表面平行設(shè)置，并且與平面鏡成45度。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一實施例，將平面鏡與待檢測面平行設(shè)置，將攝像機設(shè)置于帶鋼一 偵牝并且其光軸與平面鏡垂直。
[0019] 采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，克服了在狹小空間對表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)的影響，充分 利用帶鋼上、下表面空間，避免了惡劣環(huán)境對下表面檢測相機的影響，提升了帶鋼各個表面 的檢測效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 在本發(fā)明中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中：
[0021] 圖1是本發(fā)明帶鋼下表面成像檢測示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明帶鋼側(cè)表面成像檢測示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明平面鏡成像示意圖；
[0024] 圖4是平面鏡面與照度傳感器安裝示意圖；
[0025] 圖5是非上表面類缺陷成像流程圖。

【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0027] 本文提出一種基于機器視覺檢測方法的用于檢測帶鋼下表面及厚板類側(cè)面缺陷 的成像方法及裝置。如圖1，圖2所示：1-1，1-2均為被檢測對象帶鋼或厚板（1-1為檢測下 表面，1-2為檢測側(cè)表面)、2-1，2-2均為調(diào)節(jié)角度的LED照明光源、3-1，3-2, 3-3均為C⑶攝 像機(或者是CCD相機)、4-1，4_2均為用于反射檢測表面的反射鏡，4-3為用于側(cè)表面檢測 光源照明和相機成像的反射鏡。5-1，5-2, 5-3, 5-4均為用于檢測光源照度的光源傳感器，安 裝于反射鏡面表面，檢測位置的四周。
[0028] 具體來說，在帶鋼1-1的待檢測面設(shè)置平面鏡4-1或4-2 (或者叫反射鏡)，平面鏡 4-1或4-2與待檢測面呈一定角度，使待檢測面在平面鏡4-1或4-2中成像。照明光源2-1 用于照明，且光源照度傳感器5-1 (或者5-2,5-3,5-4)用于檢測鏡面成像的光源照度是否 滿足成像要求。攝像機3-1或3-2 (或者是C⑶相機)拍攝平面鏡4-1或4-2中帶鋼1-1的 待檢測下表面的圖像。
[0029] 其中，圖1為對下表面成像的成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置圖，圖2為對厚板類檢測對象側(cè)表 面缺陷的成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置圖，圖3為反射成像示意圖，圖4為反射鏡面與照度傳感器安裝 示意圖，圖5為非上表面類缺陷成像流程圖
[0030] 其檢測原理采用平面鏡成像原理，如圖3所示：
[0031] 麗為反射鏡，a為缺陷點,a'為其成的虛像,0為相機鏡頭（凸透鏡),F為透鏡的焦 平面，b'為a的反射光線即a的虛像a'在相機里成的像。根據(jù)平面鏡成像特點，a'虛像成 像與a成像等大對稱，因此對于實際圖像處理和帶鋼實際位置對應(yīng)都均無差異，而采用平 面鏡成像方法可以大大減小成像空間。
[0032] 對于被測對象其側(cè)表面缺陷檢測的成像與照明原理與上述原理同理，如圖2所示 也采用反射鏡原理，光源通過反射鏡進行照明，CCD攝像機通過同一鏡面反射至水平方向上 進行側(cè)表面缺陷的成像。
[0033] 檢測方法：
[0034] ( 1)下表面成像檢測方法：
[0035] 如圖1所示，在帶鋼下表面安裝一塊成45°的反射鏡4-1，用于實時反射下表面形 貌信息，CCD攝像機3-1可以根據(jù)反射鏡4-1實時采集下表面形貌信息，同時為了滿足不同 成像方式的需求，對于光源2-1安裝可調(diào)角度裝置以滿足明場，暗場成像的需求。反射鏡面 上安裝有四個光源照度傳感器，如圖4所示，用于檢測鏡面成像的光源照度是否滿足成像 要求。
[0036] 通常相同分辨率情況下，采用堅直方向直接對被測物體表面進行圖像采集需要的 堅直方向上的成像距離為Η即，如圖3所示，采用反射鏡進行圖像采集在堅直方向 上僅需h距離，由此可以大大減小成像空間。對于下表面空間不同，充分利用下表面空間， 根據(jù)計算如圖3所示，可根據(jù)h距離的實際情況確定h距離和h 2距離。即如圖1所示反 射鏡4-1可調(diào)節(jié)至4-2位置，同時相機由3-1位置調(diào)節(jié)至3-2位置。
[0037] 對于反射鏡面帶有自動清潔吹掃裝置，可及時清除鏡面上的灰塵異物，保證鏡面 表面的清潔，從而保證相機獲得最佳的圖像質(zhì)量。
[0038] (2)側(cè)表面成像檢測方法：
[0039] 如圖2所示，在厚板側(cè)表面堅直方向上安裝一塊與水平面垂直的反射鏡4-3,用于 反射光源2-2發(fā)出的照明光源，CCD攝像機3-3可以借助反射光并根據(jù)反射鏡4-3實時采 集側(cè)表面形貌信息。同時為了滿足不同成像方式的需求，對于光源2-2安裝可調(diào)角度裝置 以滿足明場，暗場成像的需求。同樣反射鏡4-3配置四點光源照度傳感器用于檢測光源照 度是否滿足成像需求，如圖4所示。
[0040] 對于反射鏡帶有自動清潔吹掃裝置，可及時清除鏡面上的灰塵異物，保證鏡面表 面的清潔，從而保證相機獲得最佳的圖像質(zhì)量。
[0041] 光源照度自動檢測流程的各個步驟如圖5所示：
[0042] 步驟S1 :系統(tǒng)根據(jù)即將檢測的對象提供檢測材料類別，即提供檢測對象側(cè)表面/ 下表面材料類別，這些類別已存于數(shù)據(jù)庫中，對應(yīng)有個參考的光源照度值。
[0043] 步驟S2 :光源照度控制器根據(jù)參考值進行電流調(diào)節(jié)。
[0044] 步驟S3 :進行相機的拍照，所得圖像灰度與數(shù)據(jù)庫中已設(shè)定的參考值進行對比， 如果不滿足要求，繼續(xù)自動調(diào)節(jié)，如果滿足要求，獲得反射鏡四點照度值，堅直方向，和水平 方向，分別求取平均值。
[0045] 步驟S4 :對比兩數(shù)據(jù)。
[0046] 步驟S5 :若差值超過20%，轉(zhuǎn)步驟S6,否則轉(zhuǎn)步驟S7。
[0047] 步驟S6 :進行邊部LED照明模塊電流調(diào)節(jié)。
[0048] 步驟S7 :進行相機的拍照，所得圖像灰度與數(shù)據(jù)庫中已設(shè)定的參考值進行對比， 如果不滿足要求，繼續(xù)自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)步驟S4,否則轉(zhuǎn)步驟S8。
[0049] 步驟S8 :如果滿足要求，即可進行側(cè)表面或下表面圖像的采集。
[0050] 下面通過2個實施例來說明上述方案。
[0051] 實施例1
[0052] 如圖3所示，根據(jù)事先計算好的成像距離H，并根據(jù)現(xiàn)場下表面空間實際條件，計 算出下表面垂直方向距離h，同時計算出水平方向距離hfH-hi。根據(jù)此距離布置帶鋼下表 面1-1的反射鏡4-1及其(XD攝像機3-1的位置，如圖1所示。根據(jù)事先實驗方案的確定 光源的照明方式（明場照明還是暗場照明），確定光源2-1照明角度。
[0053] 首先，根據(jù)圖5流程進行光源照度自動調(diào)節(jié)，然后C⑶相機3-1將通過成像反射鏡 4-1獲取帶鋼信息。帶鋼表面形態(tài)是經(jīng)過4-1成像反射鏡反射后得到的帶鋼表面形貌。同 時，2-1光源配有角度調(diào)節(jié)機構(gòu)可以隨時調(diào)節(jié)光源的角度，保證照明方式的匹配。CCD相機 3-1采集圖像的質(zhì)量也可以及時反應(yīng)反射鏡面表面清潔程度，一旦采集圖像不符合要求，可 以及時清除鏡面上的灰塵、水汽、異物等，保證反射鏡面表面的清潔。
[0054] 本實例將成像位置進行了轉(zhuǎn)換，從而有效克服帶鋼生產(chǎn)現(xiàn)場各種惡劣環(huán)境對帶鋼 表面質(zhì)量檢測的成像系統(tǒng)所帶來的不利影響，降低了現(xiàn)場實施帶鋼表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)的難 度。
[0055] 實施例2
[0056] 如圖2所示，首先根據(jù)圖像采集位置及其現(xiàn)場實際厚板側(cè)邊空間位置確定光源照 明位置，來布置光源2-2的位置，及光源反射鏡4-3的位置。根據(jù)預(yù)設(shè)分辨率計算成像距離， 布置C⑶相機3-3位置。
[0057] 根據(jù)圖5流程進行光源照度自動調(diào)節(jié)，然后C⑶相機3-3將通過成像反射鏡4-3 獲取帶鋼信息。同時，光源2-2通過反射鏡4-3對缺陷表面照明，配有的角度調(diào)節(jié)機構(gòu)可以 隨時調(diào)節(jié)光源的角度，保證照明方式的匹配。CCD相機3-3采集圖像的質(zhì)量也可以及時反應(yīng) 反射鏡面表面清潔程度，一旦采集圖像不符合要求，可以及時清除鏡面上的灰塵、水汽、異 物等，保證反射鏡面表面的清潔。
[0058] 本實例將成像位置進行了轉(zhuǎn)換，從而有效克服生產(chǎn)現(xiàn)場空間限制對側(cè)表面檢測的 困難，提供了一種易操作的實施方式，進一步提高了鋼產(chǎn)品的質(zhì)量判斷。
[0059] 本【技術(shù)領(lǐng)域】中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的說明書僅是本發(fā)明眾多實施例 中的一種或幾種實施方式，而并非用對本發(fā)明的限定。任何對于以上所述實施例的均等變 化、變型以及等同替代等技術(shù)方案，只要符合本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍，都將落在本發(fā)明的權(quán) 利要求書所保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種帶鋼表面缺陷檢測裝置，包括平面鏡、照明光源、攝像機，其特征在于： 在帶鋼的待檢測面設(shè)置所述平面鏡，所述平面鏡與所述待檢測面呈一定角度，使所述 待檢測面在所述平面鏡中成像； 所述照明光源對所述平面鏡照明，使所述平面鏡滿足明場、暗場成像條件； 所述攝像機拍攝所述平面鏡中帶鋼的待檢測面的像。
2. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼表面缺陷檢測裝置，其特征在于還包括光源照度傳感器， 設(shè)置于所述平面鏡的表面，所述光源照度傳感器檢測所述平面鏡表面的光照度。
3. 如權(quán)利要求2所述的帶鋼表面缺陷檢測裝置，其特征在于，所述平面鏡表面設(shè)置4個 所述光源照度傳感器，呈十字形排列。
4. 如權(quán)利要求2所述的帶鋼表面缺陷檢測裝置，其特征在于所述照明光源角度可調(diào)， 根據(jù)所述光源照度傳感器的反饋調(diào)節(jié)光照角度和大小。
5. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼表面缺陷檢測裝置，其特征在于還包括自動清潔吹掃裝 置，設(shè)置于所述平面鏡的表面，用以清除所述平面鏡表面的灰塵、異物。
6. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼表面缺陷檢測裝置，其特征在于，所述平面鏡與所述待檢 測下表面成45度，所述攝像機的光軸與所述待檢測下表面平行設(shè)置，并且與所述平面鏡成 45度。
7. 如權(quán)利要求1所述的帶鋼表面缺陷檢測裝置，其特征在于，所述平面鏡與所述待檢 測面平行設(shè)置，所述攝像機設(shè)置于所述帶鋼一側(cè)，并且其光軸與所述平面鏡垂直設(shè)置。
8. -種帶鋼表面缺陷檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，在帶鋼的待檢測面設(shè)置平面鏡，所述平面鏡與所述待檢測面呈一定角度，使所 述待檢測面在所述平面鏡中成像； 步驟2,計算所述待檢測面的成像距離； 步驟3,根據(jù)成像距離設(shè)置攝像機； 步驟4,利用照明光源對所述平面鏡照明，使所述平面鏡滿足明場、暗場成像條件； 步驟5，利用攝像機拍攝所述平面鏡中帶鋼的待檢測面的像。
9. 如權(quán)利要求8所述的帶鋼表面缺陷檢測方法，其特征在于，所述步驟4的具體操作過 程為：在所述平面鏡的表面設(shè)置光源照度傳感器，檢測所述平面鏡表面的光照度，照明光源 根據(jù)光源照度傳感器的反饋調(diào)節(jié)光照度的大小和方向。
10. 如權(quán)利要求9所述的帶鋼表面缺陷檢測方法，其特征在于，檢測和調(diào)節(jié)光照度的方 法為： 步驟4. 1，根據(jù)攝像機拍照灰度與已設(shè)定參考值對比； 步驟4. 2,確定中心照度； 步驟4. 3,對比中心照度與邊部照度； 步驟4. 4,根據(jù)對比結(jié)果決定是否調(diào)節(jié)邊部照度。
11. 如權(quán)利要求8所述的帶鋼表面缺陷檢測方法，其特征在于，將所述平面鏡與所述待 檢測下表面設(shè)置成45度，將所述攝像機的光軸與所述待檢測下表面平行設(shè)置，并且與所述 平面鏡成45度。
12. 如權(quán)利要求8所述的帶鋼表面缺陷檢測方法，其特征在于，將所述平面鏡與所述待 檢測面平行設(shè)置，將所述攝像機設(shè)置于所述帶鋼一側(cè)，并且其光軸與所述平面鏡垂直。
【文檔編號】G01N21/89GK104101603SQ201310127783
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】梁爽, 何永輝, 彭鐵根, 石桂芬, 楊水山, 宗德祥 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司