基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，包括通訊設置模塊、相機設置模塊、對焦調節模塊、電氣控制模塊、狀態顯示模塊、圖像顯示模塊、數據統計模塊和故障檢測模塊。本發明基于機器視覺技術實現了鋁型材表面缺陷的實時無損檢測，與現有的人工檢測相比，提高了自動化程度，減輕了勞動強度，能更快速、準確對缺陷進行定位，大大減少人力投入，具有檢測速度快和檢測精度高的優點，該系統結構簡單，易于維護，實用性強。
【專利說明】基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及表面缺陷檢測領域，特別涉及一種基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統。
【背景技術】
[0002]近幾年來，隨著我國大規模的基建投資和工業化進程的快速推進，鋁型材全行業的產量和消費量迅猛增長，而我國也一躍成為世界上最大的鋁型材生產基地和消費市場。中國鋁型材約有300種合金、1500個品種，是世界上產品品種最豐富的國家之一。雖然我國技術與裝備已進入國際先進行列，但廣大中小企業的技術與裝備多還停留在20世紀90年代水平，由此形成了我國鋁型材加工工業大而不強、小而不精的現狀。
[0003]表面質量是鋁型材質量的一項重要指標，在加工過程中，由于原材料、設備和工藝等原因，導致鋁型材表面會出現各種不同類型的缺陷，隨著科學技術的不斷發展，對鋁型材表面質量的要求越來越高。在市場的激烈競爭條件下，其質量不僅代表企業的形象，而且還是贏得市場的首要條件。如何有效檢測鋁型材表面缺陷的同時加快檢測速度是當前鋁型材缺陷實時檢測技術的一個很重要的課題。當前的質量檢測工作全部由人工完成，檢測工人通過用肉眼觀察鋁型材表面來進行缺陷查找，并對存在缺陷的鋁材進行手工標記和分揀，但人工檢測存在很多不足，容易受檢測人員經驗、情緒、勞累強度等主觀因素影響，檢測速度慢且很難檢測到小的缺陷。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的在于克服現有檢測技術的不足，提出一種基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統。
[0005]本發明為實現上述目的所采用的技術方案是:一種基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，包括
[0006]通訊設置模塊，用于設置與上位機通訊的各個相機的I？地址、仙？監聽端口號、10？監聽端口號和上位機的瓜監聽端口號、扣？監聽端口號，使上位機與各個相機通訊連接；
[0007]相機設置模塊，用于設置各個相機采用的邊緣檢測算法和相機參數；
[0008]對焦調節模塊，用于調節各個相機的對焦情況，以使相機采集到清晰圖像；
[0009]電氣控制模塊，用于控制電機的啟動，以帶動鋁型材勻速運動；并根據光電開關檢測到的鋁型材運動位置信息控制光源的開關狀態以及電機何時停止；在電機出現異常時，控制電機狀態的復位；
[0010]狀態顯示模塊，用于實時顯示缺陷檢測結果；
[0011]數據統計模塊，記錄每種鋁型材的型號，當檢測某根鋁型材的某幀時，根據缺陷信息統計當前根鋁型材的缺陷數量，各個缺陷的類別，當檢測完當前根鋁型材時，統計這種鋁型材的缺陷數量、各種缺陷的數量、缺陷鋁材數目以及缺陷率；
[0012]故障檢測模塊，用以檢測整個系統的運行狀態，包括傳送帶故障、光電傳感器故障、鋁材卡住、照明故障和異物遮擋鏡頭/光源，如果出現其中一種故障則發出報警提示。
[0013]上位機通過UDP協議向指定IP地址和端口號的某相機發送控制命令，用于實現相機參數的設置，控制相機進行圖像采集、處理；相機執行完相應命令后通過UDP協議向上位機指定端口發送應答信息，將設置結果、圖像處理結果反饋給上位機。
[0014]上位機通過TCP協議向指定IP地址和端口號的某相機發起連接請求，成功建立TCP連接后，相機通過TCP協議將圖片結構體及圖像數據信息發送到上位機指定端口。
[0015]所述邊緣檢測算法,包括canny算法、sobel算法、prewitt算法和Iaplace算法；用戶根據實際情況，針對檢測速度和效率要求靈活多樣的選擇。
[0016]所述相機參數包括相機ID、檢測范圍、快門時間、是否上傳圖像、顯示原圖或二值圖以及算法參數。
[0017]所述狀態顯示模塊顯示的內容包括設備狀態、數據采集單元狀態、電機運行狀態、光電開關狀態、光源狀態和相機狀態；所述設備狀態和數據采集單元狀態包含正常和故障兩種狀態；所述電機運行狀態是指電機的運行與停止；所述光電開關狀態是指光電開關是否檢測到鋁型材；所述光源狀態是指光源的開或關；所述相機狀態是指相機是否與上位機正常通訊。
[0018]所述圖像顯示模塊，通過四個不同位置的相機分別檢測一根鋁型材的四個面，采用四方格分別顯示四個相機采集的四幅圖像。
[0019]本發明具有以下優點及有益效果:
[0020]1.本發明實現了鋁型材表面缺陷的實時無損檢測，將機器視覺技術應用到鋁型材表面缺陷檢測中，與現有人工檢測方法相比，提高了自動化程度，減輕了勞動強度，能更快速、準確的定位缺陷部位，該系統結構簡單，易于維護，實用性強。
[0021]2.利用機器視覺技術對鋁型材產品表面缺陷進行檢測，可針對客戶的不同要求對產品的缺陷進行等級分類，實現定量的缺陷檢測，并能保證質量檢測結果的穩定性和可靠性。
[0022]3.該系統可將檢測結果、缺陷圖像保存，方便生產技術人員隨時查看特定時間段內的產品缺陷率、缺陷種類分布、缺陷圖片等資料，并可根據這些統計資料追溯產品質量問題產生的原因，從根本上杜絕或減少缺陷品的產生，同時也可指導技術人員改進生產工藝，提聞整體廣品質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為缺陷檢測系統框圖；
[0024]圖2為UDP協議流程圖；
[0025]圖3為檢測過程流程圖；
[0026]圖4為檢測算法流程圖；
[0027]圖5為TCP協議流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
[0029]本發明基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，包括通訊設置模塊、相機設置模塊、對焦調節模塊、電氣控制模塊、狀態顯示模塊、圖像顯示模塊、數據統計模塊和故障檢測模塊。如圖1所示。
[0030]所述通訊設置模塊用以設置與上位機通訊的各個相機的IP地址、UDP監聽端口號和TCP監聽端口號，上位機的UDP監聽端口號和TCP監聽端口號，為上位機和相機之間的通訊提供保障；UDP協議:上位機通過UDP協議向指定IP地址和端口號的某相機發送控制命令，用于實現相機參數的設置，控制相機進行圖像采集、處理，相機執行完相應命令后通過UDP協議向上位機指定端口發送應答信息，將設置結果，圖像處理結果反饋給上位機；TCP協議:上位機通過TCP協議向指定IP地址和端口號的某相機發起連接請求，成功建立TCP連接后，相機通過TCP協議將圖片結構體及圖像數據信息發送到上位機指定端口。
[0031]所述相機設置模塊包括選擇各個相機采用的邊緣檢測算法以及設置各個相機的參數；算法選擇是指用戶可以根據實際情況，針對檢測速度和效率要求靈活多樣的選擇邊緣檢測算法，包括canny算法、sobel算法、prewitt算法和Iaplace算法；參數設置包括相機ID、檢測范圍、快門時間、是否上傳圖像、顯示原圖或二值圖以及一些算法參數。
[0032]所述對焦調節模塊是指根據對焦評價算法調節各個相機的對焦情況，以便相機采集到清晰圖像；鋁型材表面圖像的清晰程度直接影響缺陷檢測的準確率，采用對焦評價算法實現對相機對焦情況實時評價，能得到最清晰的圖像，提高檢測準確率。
[0033]所述電氣控制模塊包括控制電機的啟動與停止以及電氣狀態的復位，保證鋁型材的勻速運動。當電機啟動時，帶動鋁型材運動，同時根據光電開關檢測到的鋁型材運動位置信息控制光源的開關狀態以及電機何時停止。
[0034]所述狀態顯示模塊包括設備狀態、數據采集單元狀態、電機運行狀態、光電開關狀態、光源狀態和相機狀態的顯示，設備狀態和數據采集單元狀態包含正常和故障兩種狀態，電機運行狀態是指電機的運行與停止，光電開關狀態是指光電開關是否檢測到鋁型材，光源狀態是指光源的開或關，相機狀態是指相機是否與上位機正常通訊。
[0035]所述圖像顯示模塊用以實時顯示缺陷檢測結果，可以采用四方格顯示四個相機分別采集的四幅圖像，也可以根據實際要求對單個圖像進行放大顯示。采用四個不同位置的相機分別檢測一根鋁型材的四個面，同一時間采集到的圖像并不是鋁型材的同一位置，對四個面的圖像做綜合匹配后，采用進度條的形式顯示每根鋁型材的每幀缺陷狀態。
[0036]所述數據統計模塊是指根據相機發送的每幀圖像缺陷信息統計每根鋁型材的缺陷數量、各個缺陷的類別、每種鋁型材的缺陷數量、各種缺陷的數量、缺陷鋁材數目以及缺陷率等信息，方便生產技術人員隨時查看產品缺陷率、缺陷種類分布資料。數據統計模塊首先要記錄每種鋁型材的型號，當檢測某根鋁型材的某幀時，根據缺陷信息統計當前根鋁型材的缺陷數量，各個缺陷的類別，當檢測完當前根鋁型材時，統計這種鋁型材的缺陷數量、各種缺陷的數量、缺陷鋁材數目以及缺陷率。
[0037]所述故障檢測模塊用以檢測整個系統的運行狀態，包括傳送帶故障、光電傳感器故障、鋁材卡住、照明故障和異物遮擋鏡頭或光源，如果出現其中一種故障則報警。
[0038]本發明的系統工作流程為:首先要對通訊設置模塊、相機設置模塊、對焦調節模塊進行相應的操作。通訊設置模塊設置與上位機相連相機的IP地址、監聽端口號，上位機的UDP監聽端口號和TCP監聽端口號，例如四臺相機的ip地址分別為192.168.1.65-192.168.1.68，相機 UDP 監聽端口為 8010、TCP 監聽端口為 8000，上位機的UDP監聽端口分別為8010-8013、TCP監聽端口為8000 ;為上位機和各相機之間的通信提供保障。
[0039]如圖2所示為UDP協議流程圖，首先在上位機和相機端分別創建UDP類型socket并綁定到指定地址，在相機端用listen函數讓socket處于監聽到來的連接請求的狀態，當相機端收到上位機發送的命令包后，分析是何種命令，如參數設置、圖像采集等，執行相應的命令，之后發送應答包，將設置結果，圖像處理結果反饋給上位機。
[0040]相機設置模塊包括選擇各個相機采用的算法以及設置各個相機的參數，算法選擇是指用戶可以根據實際情況，針對檢測速度和效率要求靈活多樣的選擇邊緣檢測算法，包括canny算法、sobel算法、prewitt算法和Iaplace算法；參數設置包括相機ID、檢測范圍、快門時間、是否上傳圖像、顯示原圖或二值圖以及對應的一些算法參數例如canny閾值、hough閾值、分區幀數、分區距離、缺陷大小閾值等。然后采用對焦調節模塊根據對焦評價算法調節各個相機的對焦情況，以便得到清晰圖像，為接下來的缺陷檢測工作做好準備。
[0041]圖3為檢測過程流程圖，首先判斷是否檢測新型號，如果檢測的不是新型號，需查詢數據庫當日是否檢測過該型號，如當日檢測過該型號，流水序號按上次最后一根標號加I計算，如當日未檢測過該型號，流水序號從O開始；如果檢測的是新型號，更改當前檢測型號，流水序號從O開始，型材命名規則:類型-八位年月日-流水序號。然后電氣控制模塊控制電機運行，狀態顯示模塊包括設備狀態、數據采集單元狀態、電機運行狀態、光電開關狀態、光源狀態和相機狀態的顯示，實時顯示各單元的運行狀態。
[0042]當光電開關狀態達到要求時上位機向相機發送檢測命令，等待相機回饋檢測結果，相機接收到檢測命令后，進行如下操作，如圖4所示:
[0043]I)當收到命令為分區命令時，采集10幀鋁型材表面圖片進行區域劃分，同時對圖像進行區域定位，截取待檢測鋁型材所在圖像區域。
[0044]2)當收到命令為缺陷檢測命令時，采集鋁型材表面圖片，并根據分區結果，對不同的區域用不同的缺陷檢測方法檢測。
[0045]當上位機收到相機回饋的檢測結果時，判斷是否有缺陷，如果有缺陷，則要求相機上傳當前幀缺陷圖像，如圖5所示為TCP協議流程圖，首先在上位機和相機端分別創建TCP類型socket并綁定到指定地址,在相機端用listen函數讓socket處于監聽到來的連接請求的狀態，上位機通過TCP協議向指定IP地址和端口號的某相機發起連接請求，成功建立TCP連接后，相機通過TCP協議將圖片結構體及圖像數據信息發送到上位機指定端口，發送完成后相機等待下次連接請求。上位機收到圖像后在圖像顯示模塊顯示并命名保存，之后數據統計模塊保存當前幀缺陷數量和種類，同時綜合四個面的圖像做綜合匹配，采用進度條的形式顯示每根鋁型材的每幀缺陷狀態；依次檢測后面各幀，直到檢測的為單根鋁型材的最后一幀，此時更新當前根鋁型材包含的缺陷數量和各個缺陷的類別以及當前型號所有鋁型材的缺陷數量、各種缺陷的數目、缺陷鋁材數目以及缺陷率等，等待下一根鋁型材進入。整個運行過程中故障檢測模塊用以檢測整個系統的運行狀態，包括傳送帶故障、光電傳感器故障、鋁材卡住、照明故障和異物遮擋鏡頭或光源，如果出現其中一種故障則報警。
【權利要求】
1.一種基于機器視覺的招型材表面缺陷實時檢測系統，其特征在于，包括 通訊設置模塊，用于設置與上位機通訊的各個相機的IP地址、UDP監聽端口號、TCP監聽端口號和上位機的UDP監聽端口號、TCP監聽端口號，使上位機與各個相機通訊連接； 相機設置模塊，用于設置各個相機采用的邊緣檢測算法和相機參數； 對焦調節模塊，用于調節各個相機的對焦情況，以使相機采集到清晰圖像； 電氣控制模塊，用于控制電機的啟動，以帶動鋁型材勻速運動；并根據光電開關檢測到的鋁型材運動位置信息控制光源的開關狀態以及電機何時停止；在電機出現異常時，控制電機狀態的復位； 狀態顯示模塊，用于實時顯示缺陷檢測結果； 數據統計模塊，記錄每種鋁型材的型號，當檢測某根鋁型材的某幀時，根據缺陷信息統計當前根鋁型材的缺陷數量，各個缺陷的類別，當檢測完當前根鋁型材時，統計這種鋁型材的缺陷數量、各種缺陷的數量、缺陷鋁材數目以及缺陷率； 故障檢測模塊，用以檢測整個系統的運行狀態，包括傳送帶故障、光電傳感器故障、鋁材卡住、照明故障和異物遮擋鏡頭/光源，如果出現其中一種故障則發出報警提示。
2.根據權利要求1所述的基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，其特征在于，上位機通過UDP協議向指定IP地址和端口號的某相機發送控制命令，用于實現相機參數的設置，控制相機進行圖像采集、處理；相機執行完相應命令后通過UDP協議向上位機指定端口發送應答信息，將設置結果、圖像處理結果反饋給上位機。
3.根據權利要求1所述的基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，其特征在于，上位機通過TCP協議向指定IP地址和端口號的某相機發起連接請求，成功建立TCP連接后，相機通過TCP協議將圖片結構體及圖像數據信息發送到上位機指定端口。
4.根據權利要求1所述的基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，其特征在于，所述邊緣檢測算法，包括canny算法、sobel算法、prewitt算法和Iaplace算法；用戶根據實際情況，針對檢測速度和效率要求靈活多樣的選擇。
5.根據權利要求1所述的基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，其特征在于，所述相機參數包括相機ID、檢測范圍、快門時間、是否上傳圖像、顯示原圖或二值圖以及算法參數。
6.根據權利要求1所述的基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，其特征在于，所述狀態顯示模塊顯示的內容包括設備狀態、數據采集單元狀態、電機運行狀態、光電開關狀態、光源狀態和相機狀態；所述設備狀態和數據采集單元狀態包含正常和故障兩種狀態；所述電機運行狀態是指電機的運行與停止；所述光電開關狀態是指光電開關是否檢測到鋁型材；所述光源狀態是指光源的開或關；所述相機狀態是指相機是否與上位機正常通訊。
7.根據權利要求1所述的基于機器視覺的鋁型材表面缺陷實時檢測系統，其特征在于，所述圖像顯示模塊，通過四個不同位置的相機分別檢測一根鋁型材的四個面，采用四方格分別顯示四個相機采集的四幅圖像。
【文檔編號】G01N21/88GK104458749SQ201310443002
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】潘福成, 張宜弛, 周曉鋒, 吳陽, 史海波 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所