專利名稱：一種能同時檢測平面鏡平整度和清潔度的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及光學工業自動化檢測設備領域，具體而言，涉及一種利用機器視覺及圖像處理方法來同時檢測平面鏡平整度和表面清潔度的裝置及方法。
背景技術：
近年來，機器視覺和與之相關的后期圖像處理技術被廣泛應用于工業界，尤其是用于各類生產線上的標定、細節定位及缺陷檢測，目前已經完善成一套完整的光學自動化技術。平面鏡平整度及清潔度的檢測目前在國內外尚無成熟的標準方法和設備。能夠快速、高精度地同時完成對平面鏡平整度以及清潔度的檢測，尤其是整面(大于一平方米)平面鏡的檢測，是用來評估平面鏡質量的一個有效途徑，在工業中具有較高的應用價值。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明的第一目的在于結合機器視覺和圖像處理技術提出了 一種能夠同時檢測平面鏡平整度和清潔度的新型裝置。本發明的第二目的在于結合機器視覺和圖像處理技術提出了一種能夠同時檢測平面鏡平整度和清潔度的實現方法。第一方面，本發明提供一種能同時檢測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、線型光源和光學成像裝置。所述傳送平臺寬度大于平面鏡的寬度，并且長度大于平面鏡的長度，優選為平面鏡長度的若干倍。傳送平臺要求嚴格水平，其傳送平面鏡的傳送速率與照相設備拍照的快門頻率保持同步。線型光源位于傳送平臺上方，距離傳送平臺上表面大約20至50厘米，其發出的線狀光通過平面鏡的鏡面反射后經鏡頭被位于傳送平臺上方約20至100厘米處的照相設備接收。線型光源出光方向與平面鏡間夾角等于照相設備進光方向與平面鏡間夾角，其角度可以為30度至60度，優選40度至50度，更優選45度。第二方面，本發明提供一種能同時檢測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平面鏡；
b.利用線型光源照射至少所述待測平面鏡的其一平面鏡；
c.光學成像裝置對該平面鏡進行連續光學成像；
d.將該平面鏡的所述光學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先設定的標準樣品的灰度直方圖進行比對，按照該測定的灰度直方圖中的灰度值評估其不清潔度及平整度。利用設置在待測平面鏡上方的照相設備拍攝經所述平面鏡反射的光線，所述拍攝在所述平面鏡經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束。
所述傳送平臺的傳送速率與照相設備拍照的快門頻率保持同步。若圖像像素灰度值大小為標準平面鏡圖像灰度均值的50%至95%，認為此位置點的鏡面存在不清潔，其不清潔程度正比于此像素點灰度值與標準平面鏡圖像灰度均值之差
對于合成圖像中像素灰度值小于標準平面鏡圖像灰度均值50%的位置點，如果此類位置點相鄰聯通區域面積大于平米厘米量級，這片聯通區域則為不平整鏡面變形位置。
圖1為根據本發明利用光學來檢測平面鏡平整度及清潔度的裝置示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例和附圖對本發明進行詳細的描述。應當理解，以下實施例只是為了對本發明進行舉例說明，而不限制本發明的保護范圍。示圖1為根據本發明利用光學原理來檢測平面鏡平整度及清潔度的裝置示意圖。 附圖標記1為平面鏡，2為線型光源，3為由線型光源發射的入射光線，4為入射光線經平面鏡反射后的反射光線，5為傳送平臺，6為光學鏡頭，7為照相設備，8為傳送平臺的控制中心。平面鏡1可以為任何平面鏡，優選為面積大于1平方米的平面鏡。傳送平臺5用來傳送平面鏡1，其具有一定的長度(例如，為待測平面鏡1的長度的數倍)，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行傳送的傳送裝置。本發明傳送平臺5主要用于傳送待測平面鏡。傳送平臺5最好是水平放置， 能水平傳送待測平面鏡。線型光源2可以為LED連續光源，其光強保持時間穩定，固定置于傳送平臺上方約 20至50厘米處，其長度方向平行于傳送輪的寬度方向，長度應不小于平面鏡的寬度。光學鏡頭6可以為定焦鏡頭，置于照相設備前方。照相設備7 (如照相機)可以為單個或多個，其與鏡頭一起置于距離傳送平臺上方約20至100厘米處。照相設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， 以確保照相設備能接受到經平面鏡產生鏡面反射的線型光源光線。控制中心8可以為一臺電腦或其他控制設備，用于接收照相設備所拍攝的一維圖像并將其合并后得到整個平面鏡反射光線的二維圖像。然后對圖像進行灰度直方圖分析， 對比標準樣品鏡的灰度直方圖，針對圖像中每點像素的灰度值，判斷其對應鏡面位置點是否屬于不清潔點或不平整區域，并根據灰度值評估其不清潔程度。將照相設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有技術，因此在此處不再贅述。再請參閱如圖1所示，光學檢測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，其根據需要來確定。線型光源2發射的平行光線3照射照射到平面鏡上，其光線經平面鏡鏡面反射后產生反射光線4，經由光學鏡頭6后被照相設備7接收。照相設備拍照的快門頻率與傳送平臺運動控制中心8運送鏡子的傳送速率同步。照相設備拍照后的圖像由計算機進行圖像處理后得到分析檢測結果。
利用上述裝置，可以依照如下步驟同時完成平面鏡平整度和清潔度的快速檢測 步驟a 利用水平傳送平臺傳送水平放置在傳送平臺上的一面或多面表面平整且潔凈
的平面鏡(其作為標準對照品)。傳送平面鏡時，平面鏡的寬度平行于傳送平臺的寬度方向。 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，優選40度至50度，更優選45度。步驟c 利用照相設備進行拍照，以捕獲線型光源經平面鏡反射后的光線。照相設備前裝有光學鏡頭，鏡頭的對焦面位于平面鏡反射光源光線的鏡面位置上。照相設備的曝光時間及鏡頭的光圈大小根據光源光強調整，使得照相設備接受光線后成像圖像的灰度值大概在130左右。照相設備拍照的快門頻率與傳送平臺的傳送速率匹配，根據照相設備CXD 像素對應實物的尺寸，確保照相設備連續拍照后的合成圖像像素尺寸與經過傳送的鏡子尺寸相一致。用于整套系統成像的照相設備及鏡頭數量根據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寬度都能被照相設備成像。步驟d 在平面鏡傳送經過光源照射前啟動照相設備開始拍照，當平面鏡整體全部傳送過光源照射后結束拍照，所述過程中照相設備拍攝的一維圖像經電腦合并為一張二維像素圖片。步驟e 對合成的二維圖片進行圖像處理，分析記錄圖像的灰度直方圖。利用標準對照品對檢測設備進行校準標定，使得照相設備對標準樣鏡面拍照合成圖像的灰度直方圖具有很小的方差值。完成校準后，記錄標準樣平面鏡反射光線合成圖像的灰度均值。步驟f 對未知待測平面鏡樣品進行檢測，完成步驟1-5。待測平面鏡厚度需與標準樣平面鏡厚度完全一致。在對照相設備拍攝的鏡面合成圖像進行圖像處理中，若圖像像素灰度值大小為標準平面鏡圖像灰度均值的50%至95%，認為此位置點的鏡面存在不清潔， 其不清潔程度正比于此像素點灰度值與標準平面鏡圖像灰度均值之差。對于合成圖像中像素灰度值小于標準平面鏡圖像灰度均值50%的位置點，如果此類位置點相鄰聯通區域面積大于平米厘米量級，這片聯通區域則為不平整鏡面變形位置。本發明適用于中輕度污染的平面鏡清潔度檢測，檢測清潔度分辨率較高，其分辨率為照相設備的分辨率。本發明對鏡面不平整度的檢測分辨率為1平米厘米。雖然為了說明的目的對優選實施例進行了詳細描述，但在不脫離本發明范圍和精神的情況下，可以做出多種改變。因此，本發明不限于此，而是權利要求所限定的范圍。
權利要求
1.一種能同時檢測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，用于傳送待檢測的平面鏡；線型光源，位于所述水平傳送平臺上方，用于照射所述平面鏡；光學成像裝置，位于所述水平傳送平臺上方，用于對所述平面鏡進行連續光學成像；控制中心，連接光學成像裝置，用于對待測平面鏡的光學成像圖像與預設的標準樣品進行比對，判斷其平整度和清潔度。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光學成像裝置包括一個或多個照相設備和光學鏡頭。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述線型光源發出的光線通過所述平面鏡反射后經鏡頭被所述照相設備接收。
4.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述線型光源發出的光線方向與所述平面鏡之間的夾角等于所述照相設備接收光線的方向與所述平面鏡之間的夾角。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述夾角為30度至60度。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于所述夾角為40度至50度。
7.根據權利要求5述的裝置，其特征在于所述夾角為45度。
8.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于線型光源位于所述傳送平臺上方20至50 厘米處。
9.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于所述照相設備位于所述傳送平臺上方20厘米至100厘米處。
10.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述水平傳送平臺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.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述水平傳送平臺的寬度大于所述平面鏡的長度。
12.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述傳送平臺的傳送速率與照相設備拍照的快門頻率保持同步。
13.一種能同時檢測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平面鏡；b.利用線型光源照射至少所述待測平面鏡的其一平面鏡；c.光學成像裝置對該平面鏡進行連續光學成像；d.將該平面鏡的所述光學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先設定的標準樣品的灰度直方圖進行比對，按照該測定的灰度直方圖中的灰度值評估其不清潔度及平整度。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，利用設置在待測平面鏡上方的照相設備拍攝經所述平面鏡反射的光線，所述拍攝在所述平面鏡經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束。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述傳送平臺的傳送速率與照相設備拍照的快門頻率保持同步。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于，若圖像像素灰度值大小為標準平面鏡圖像灰度均值的50%至95%，認為此位置點的鏡面存在不清潔，其不清潔程度正比于此像素點灰度值與標準平面鏡圖像灰度均值之差。
17.如權利要求13所述的方法，其特征在于，對于合成圖像中像素灰度值小于標準平面鏡圖像灰度均值50%的位置點，如果此類位置點相鄰聯通區域面積大于平米厘米量級， 這片聯通區域則為不平整鏡面變形位置。
全文摘要
一種能同時檢測平面鏡平整度和清潔度的裝置，包括水平傳送平臺，用于傳送待檢測的平面鏡；線型光源，位于所述水平傳送平臺上方，用于照射所述平面鏡；光學成像裝置，位于所述水平傳送平臺上方，用于對所述平面鏡進行連續光學成像;控制中心，連接光學成像裝置，用于對待測平面鏡的光學成像圖像與預設的標準樣品進行比對，判斷其平整度和清潔度。隨著平面鏡的移動，照相設備連續拍照，將照相設備拍攝的一維圖像合并后得到整個平面鏡反射光線的二維圖像。然后對圖像進行灰度直方圖分析，對比標準樣品鏡的灰度直方圖，針對圖像中每點像素的灰度值，判斷其對應鏡面位置點是否屬于不清潔點或不平整區域，并根據灰度值評估其不清潔程度。
文檔編號G01B11/30GK102419334SQ20111026920
公開日2012年4月18日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者宋洋, 徐能, 李心, 祝雪妹, 項翀, 黃文君 申請人:浙江中控太陽能技術有限公司