專利名稱：一種能同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)工業(yè)自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種利用機(jī)器視覺及圖像處理方法來同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和表面清潔度的裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來，機(jī)器視覺和與之相關(guān)的后期圖像處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)界，尤其是用于各類生產(chǎn)線上的標(biāo)定、細(xì)節(jié)定位及缺陷檢測(cè)，目前已經(jīng)完善成一套完整的光學(xué)自動(dòng)化技術(shù)。平面鏡平整度及清潔度的檢測(cè)目前在國內(nèi)外尚無成熟的標(biāo)準(zhǔn)方法和設(shè)備。能夠快速、高精度地同時(shí)完成對(duì)平面鏡平整度以及清潔度的檢測(cè)，尤其是整面(大于一平方米)平面鏡的檢測(cè)，是用來評(píng)估平面鏡質(zhì)量的一個(gè)有效途徑，在工業(yè)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的第一目的在于結(jié)合機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)提出了 一種能夠同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的新型裝置。本發(fā)明的第二目的在于結(jié)合機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)提出了一種能夠同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的實(shí)現(xiàn)方法。第一方面，本發(fā)明提供一種能同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的裝置，所述裝置包括水平傳送平臺(tái)、線型光源和光學(xué)成像裝置。所述傳送平臺(tái)寬度大于平面鏡的寬度，并且長度大于平面鏡的長度，優(yōu)選為平面鏡長度的若干倍。傳送平臺(tái)要求嚴(yán)格水平，其傳送平面鏡的傳送速率與照相設(shè)備拍照的快門頻率保持同步。線型光源位于傳送平臺(tái)上方，距離傳送平臺(tái)上表面大約20至50厘米，其發(fā)出的線狀光通過平面鏡的鏡面反射后經(jīng)鏡頭被位于傳送平臺(tái)上方約20至100厘米處的照相設(shè)備接收。線型光源出光方向與平面鏡間夾角等于照相設(shè)備進(jìn)光方向與平面鏡間夾角，其角度可以為30度至60度，優(yōu)選40度至50度，更優(yōu)選45度。第二方面，本發(fā)明提供一種能同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的方法，所述方法包括以下步驟
a.傳送一面或多面待測(cè)平面鏡；
b.利用線型光源照射至少所述待測(cè)平面鏡的其一平面鏡；
c.光學(xué)成像裝置對(duì)該平面鏡進(jìn)行連續(xù)光學(xué)成像；
d.將該平面鏡的所述光學(xué)成像合成一二維圖片，并記錄該圖像的灰度直方e.將該灰度直方圖與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)樣品的灰度直方圖進(jìn)行比對(duì)，按照該測(cè)定的灰度直方圖中的灰度值評(píng)估其不清潔度及平整度。利用設(shè)置在待測(cè)平面鏡上方的照相設(shè)備拍攝經(jīng)所述平面鏡反射的光線，所述拍攝在所述平面鏡經(jīng)過所述線型光源照射之前開始，并且在所述平面鏡全部傳通過所述線型光源之后結(jié)束。
所述傳送平臺(tái)的傳送速率與照相設(shè)備拍照的快門頻率保持同步。若圖像像素灰度值大小為標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值的50%至95%，認(rèn)為此位置點(diǎn)的鏡面存在不清潔，其不清潔程度正比于此像素點(diǎn)灰度值與標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值之差
對(duì)于合成圖像中像素灰度值小于標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值50%的位置點(diǎn)，如果此類位置點(diǎn)相鄰聯(lián)通區(qū)域面積大于平米厘米量級(jí)，這片聯(lián)通區(qū)域則為不平整鏡面變形位置。


圖1為根據(jù)本發(fā)明利用光學(xué)來檢測(cè)平面鏡平整度及清潔度的裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，以下實(shí)施例只是為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，而不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。示圖1為根據(jù)本發(fā)明利用光學(xué)原理來檢測(cè)平面鏡平整度及清潔度的裝置示意圖。 附圖標(biāo)記1為平面鏡，2為線型光源，3為由線型光源發(fā)射的入射光線，4為入射光線經(jīng)平面鏡反射后的反射光線，5為傳送平臺(tái)，6為光學(xué)鏡頭，7為照相設(shè)備，8為傳送平臺(tái)的控制中心。平面鏡1可以為任何平面鏡，優(yōu)選為面積大于1平方米的平面鏡。傳送平臺(tái)5用來傳送平面鏡1，其具有一定的長度(例如，為待測(cè)平面鏡1的長度的數(shù)倍)，其寬度可以長于平面鏡的寬度。或者，其寬度可以大于平面鏡的長度。傳送平臺(tái)5可以是傳送輪傳送，也可以是傳送帶傳送，也可以是其它可以進(jìn)行傳送的傳送裝置。本發(fā)明傳送平臺(tái)5主要用于傳送待測(cè)平面鏡。傳送平臺(tái)5最好是水平放置， 能水平傳送待測(cè)平面鏡。線型光源2可以為LED連續(xù)光源，其光強(qiáng)保持時(shí)間穩(wěn)定，固定置于傳送平臺(tái)上方約 20至50厘米處，其長度方向平行于傳送輪的寬度方向，長度應(yīng)不小于平面鏡的寬度。光學(xué)鏡頭6可以為定焦鏡頭，置于照相設(shè)備前方。照相設(shè)備7 (如照相機(jī))可以為單個(gè)或多個(gè)，其與鏡頭一起置于距離傳送平臺(tái)上方約20至100厘米處。照相設(shè)備和鏡頭的入光方向與平面鏡法線之間夾角等于線型光源光線入射平面鏡方向與鏡面法線間的夾角， 以確保照相設(shè)備能接受到經(jīng)平面鏡產(chǎn)生鏡面反射的線型光源光線。控制中心8可以為一臺(tái)電腦或其他控制設(shè)備，用于接收照相設(shè)備所拍攝的一維圖像并將其合并后得到整個(gè)平面鏡反射光線的二維圖像。然后對(duì)圖像進(jìn)行灰度直方圖分析， 對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣品鏡的灰度直方圖，針對(duì)圖像中每點(diǎn)像素的灰度值，判斷其對(duì)應(yīng)鏡面位置點(diǎn)是否屬于不清潔點(diǎn)或不平整區(qū)域，并根據(jù)灰度值評(píng)估其不清潔程度。將照相設(shè)備拍照的一維圖像合并成二維圖像以及將其制成灰度直方圖都是現(xiàn)有技術(shù)，因此在此處不再贅述。再請(qǐng)參閱如圖1所示，光學(xué)檢測(cè)平面鏡清潔度及平整度裝置的基本原理為將平面鏡1放于傳送平臺(tái)5上，平面鏡隨傳送輪向前勻速傳送。例如，所述速度可以為約20cm/ s至約50cm/s，其根據(jù)需要來確定。線型光源2發(fā)射的平行光線3照射照射到平面鏡上，其光線經(jīng)平面鏡鏡面反射后產(chǎn)生反射光線4，經(jīng)由光學(xué)鏡頭6后被照相設(shè)備7接收。照相設(shè)備拍照的快門頻率與傳送平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制中心8運(yùn)送鏡子的傳送速率同步。照相設(shè)備拍照后的圖像由計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理后得到分析檢測(cè)結(jié)果。
利用上述裝置，可以依照如下步驟同時(shí)完成平面鏡平整度和清潔度的快速檢測(cè) 步驟a 利用水平傳送平臺(tái)傳送水平放置在傳送平臺(tái)上的一面或多面表面平整且潔凈
的平面鏡(其作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品)。傳送平面鏡時(shí)，平面鏡的寬度平行于傳送平臺(tái)的寬度方向。 作為替代方案，平面鏡的長度方向可以平行于傳送平臺(tái)的寬度方向。步驟b 利用線型光源照射平面鏡。線型光源照射光線的入射方向與經(jīng)傳送輪傳送的平面鏡法線之間的夾角在30度至60度之間，優(yōu)選40度至50度，更優(yōu)選45度。步驟c 利用照相設(shè)備進(jìn)行拍照，以捕獲線型光源經(jīng)平面鏡反射后的光線。照相設(shè)備前裝有光學(xué)鏡頭，鏡頭的對(duì)焦面位于平面鏡反射光源光線的鏡面位置上。照相設(shè)備的曝光時(shí)間及鏡頭的光圈大小根據(jù)光源光強(qiáng)調(diào)整，使得照相設(shè)備接受光線后成像圖像的灰度值大概在130左右。照相設(shè)備拍照的快門頻率與傳送平臺(tái)的傳送速率匹配，根據(jù)照相設(shè)備CXD 像素對(duì)應(yīng)實(shí)物的尺寸，確保照相設(shè)備連續(xù)拍照后的合成圖像像素尺寸與經(jīng)過傳送的鏡子尺寸相一致。用于整套系統(tǒng)成像的照相設(shè)備及鏡頭數(shù)量根據(jù)圖像分辨率要求以及鏡頭焦距和平面鏡寬度確定，在保證成像圖像分辨率前提下確保平面鏡整個(gè)寬度都能被照相設(shè)備成像。步驟d 在平面鏡傳送經(jīng)過光源照射前啟動(dòng)照相設(shè)備開始拍照，當(dāng)平面鏡整體全部傳送過光源照射后結(jié)束拍照，所述過程中照相設(shè)備拍攝的一維圖像經(jīng)電腦合并為一張二維像素圖片。步驟e 對(duì)合成的二維圖片進(jìn)行圖像處理，分析記錄圖像的灰度直方圖。利用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品對(duì)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定，使得照相設(shè)備對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣鏡面拍照合成圖像的灰度直方圖具有很小的方差值。完成校準(zhǔn)后，記錄標(biāo)準(zhǔn)樣平面鏡反射光線合成圖像的灰度均值。步驟f 對(duì)未知待測(cè)平面鏡樣品進(jìn)行檢測(cè)，完成步驟1-5。待測(cè)平面鏡厚度需與標(biāo)準(zhǔn)樣平面鏡厚度完全一致。在對(duì)照相設(shè)備拍攝的鏡面合成圖像進(jìn)行圖像處理中，若圖像像素灰度值大小為標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值的50%至95%，認(rèn)為此位置點(diǎn)的鏡面存在不清潔， 其不清潔程度正比于此像素點(diǎn)灰度值與標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值之差。對(duì)于合成圖像中像素灰度值小于標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值50%的位置點(diǎn)，如果此類位置點(diǎn)相鄰聯(lián)通區(qū)域面積大于平米厘米量級(jí)，這片聯(lián)通區(qū)域則為不平整鏡面變形位置。本發(fā)明適用于中輕度污染的平面鏡清潔度檢測(cè)，檢測(cè)清潔度分辨率較高，其分辨率為照相設(shè)備的分辨率。本發(fā)明對(duì)鏡面不平整度的檢測(cè)分辨率為1平米厘米。雖然為了說明的目的對(duì)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以做出多種改變。因此，本發(fā)明不限于此，而是權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種能同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的裝置，其特征在于，包括水平傳送平臺(tái)，用于傳送待檢測(cè)的平面鏡；線型光源，位于所述水平傳送平臺(tái)上方，用于照射所述平面鏡；光學(xué)成像裝置，位于所述水平傳送平臺(tái)上方，用于對(duì)所述平面鏡進(jìn)行連續(xù)光學(xué)成像；控制中心，連接光學(xué)成像裝置，用于對(duì)待測(cè)平面鏡的光學(xué)成像圖像與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比對(duì)，判斷其平整度和清潔度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光學(xué)成像裝置包括一個(gè)或多個(gè)照相設(shè)備和光學(xué)鏡頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述線型光源發(fā)出的光線通過所述平面鏡反射后經(jīng)鏡頭被所述照相設(shè)備接收。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述線型光源發(fā)出的光線方向與所述平面鏡之間的夾角等于所述照相設(shè)備接收光線的方向與所述平面鏡之間的夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述夾角為30度至60度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述夾角為40度至50度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5述的裝置，其特征在于所述夾角為45度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于線型光源位于所述傳送平臺(tái)上方20至50 厘米處。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述照相設(shè)備位于所述傳送平臺(tái)上方20厘米至100厘米處。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述水平傳送平臺(tái)的寬度大于所述平面鏡的寬度，長度大于所述平面鏡的長度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述水平傳送平臺(tái)的寬度大于所述平面鏡的長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳送平臺(tái)的傳送速率與照相設(shè)備拍照的快門頻率保持同步。
13.一種能同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的方法，其特征在于，包括以下步驟a.傳送一面或多面待測(cè)平面鏡；b.利用線型光源照射至少所述待測(cè)平面鏡的其一平面鏡；c.光學(xué)成像裝置對(duì)該平面鏡進(jìn)行連續(xù)光學(xué)成像；d.將該平面鏡的所述光學(xué)成像合成一二維圖片，并記錄該圖像的灰度直方圖；e.將該灰度直方圖與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)樣品的灰度直方圖進(jìn)行比對(duì)，按照該測(cè)定的灰度直方圖中的灰度值評(píng)估其不清潔度及平整度。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，利用設(shè)置在待測(cè)平面鏡上方的照相設(shè)備拍攝經(jīng)所述平面鏡反射的光線，所述拍攝在所述平面鏡經(jīng)過所述線型光源照射之前開始， 并且在所述平面鏡全部傳通過所述線型光源之后結(jié)束。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述傳送平臺(tái)的傳送速率與照相設(shè)備拍照的快門頻率保持同步。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，若圖像像素灰度值大小為標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值的50%至95%，認(rèn)為此位置點(diǎn)的鏡面存在不清潔，其不清潔程度正比于此像素點(diǎn)灰度值與標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值之差。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，對(duì)于合成圖像中像素灰度值小于標(biāo)準(zhǔn)平面鏡圖像灰度均值50%的位置點(diǎn)，如果此類位置點(diǎn)相鄰聯(lián)通區(qū)域面積大于平米厘米量級(jí)， 這片聯(lián)通區(qū)域則為不平整鏡面變形位置。
全文摘要
一種能同時(shí)檢測(cè)平面鏡平整度和清潔度的裝置，包括水平傳送平臺(tái)，用于傳送待檢測(cè)的平面鏡；線型光源，位于所述水平傳送平臺(tái)上方，用于照射所述平面鏡；光學(xué)成像裝置，位于所述水平傳送平臺(tái)上方，用于對(duì)所述平面鏡進(jìn)行連續(xù)光學(xué)成像;控制中心，連接光學(xué)成像裝置，用于對(duì)待測(cè)平面鏡的光學(xué)成像圖像與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比對(duì)，判斷其平整度和清潔度。隨著平面鏡的移動(dòng)，照相設(shè)備連續(xù)拍照，將照相設(shè)備拍攝的一維圖像合并后得到整個(gè)平面鏡反射光線的二維圖像。然后對(duì)圖像進(jìn)行灰度直方圖分析，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣品鏡的灰度直方圖，針對(duì)圖像中每點(diǎn)像素的灰度值，判斷其對(duì)應(yīng)鏡面位置點(diǎn)是否屬于不清潔點(diǎn)或不平整區(qū)域，并根據(jù)灰度值評(píng)估其不清潔程度。
文檔編號(hào)G01B11/30GK102419334SQ20111026920
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者宋洋, 徐能, 李心, 祝雪妹, 項(xiàng)翀, 黃文君 申請(qǐng)人:浙江中控太陽能技術(shù)有限公司