一种变压器铜箔表面及边缘缺陷在线视觉检测设备及方法与流程

本发明涉及铜箔检测，具体而言，涉及一种变压器铜箔表面及边缘缺陷在线视觉检测设备及方法。

背景技术：

1、铜箔是锂离子电池、印制电路板（pcb）等高精密电子元器件制造流程中不可或缺的导电基材。随着电子工业及新能源汽车产业的迅猛发展，生产工艺对铜箔表面及边缘的质量标准提出了极高要求。在铜箔分切、重卷及高速行进的生产线上，受机械传动辊磨损、外界粉尘污染以及工艺拉伸波动等物理因素干涉，极易在铜箔表面及两侧边缘产生各种瑕疵缺陷。常见的瑕疵缺陷包含表面的划痕、鼓包、坑洼、破损、沾胶以及边缘的细小毛刺与磕碰缺口等。

2、但是现有对铜箔表面的质量在线质检的过程中存在一些不足之处仍需要进行改进，第一，人工目视检测。在高速运动的铜箔生产线上，人工肉眼不仅检测效率低下，且极易疲劳导致漏检，更无法识别尺寸在0.5mm以下的微小瑕疵，难以适应工业流水线的质检需求。

3、第二，现有的机器视觉在线检测。现有的检测系统多采用单一相机和单一漫反射光源。然而，铜箔具有极高的金黄色金属镜面反射率。对于沾胶、氧化、孔洞等具有明显光谱吸收或漫反射系数差异的二维瑕疵，普通漫反射光照下即可清晰成像；但对于划痕、微小鼓包、表面凹坑等具有微米级深度或高度差异的三维瑕疵，其反射光角度偏折极小，在单一光照角度下几乎不产生明暗反差，极易被镜面反射的高光掩盖，导致严重漏检。

4、此外，铜箔两侧的边缘毛刺往往在0.05mm级别，要求系统具备极高的物理分辨率。但在实际滚动传送中，由于高速行进引起的幅宽晃动与张力波动，铜箔极易产生纵向和横向的机械抖动。传统的视觉采集方式在面对抖动时，极易造成图像的局部拉伸失真或失焦模糊。为解决表面及边缘缺陷的同时检测，现有做法是通过依次串联多组相机、布置多角度打光源及多套工位，这不仅导致检测设备布线复杂、硬件设备昂贵，而且整机体积庞大，无法安装于卷绕机、分切机等空间极其受限的旧式生产设备工位上，因此，提出一种变压器铜箔表面及边缘缺陷在线视觉检测设备及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前存在的背景技术提出的问题。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种变压器铜箔表面及边缘缺陷在线视觉检测设备，包括滚动走料传动机构、运动测速及位移反馈机构、多相机空间成像机构、电气同步控制模块以及工控上位机；

2、所述滚动走料传动机构包括放卷轴、过料张力控制辊、水平检测平台以及收卷轴，铜箔经放卷轴出料，绕过过料张力控制辊后水平穿过水平检测平台，最终由收卷轴完成收卷；

3、所述运动测速及位移反馈机构包括测速导辊与旋转编码器，所述测速导辊贴合设于水平检测平台入料口且与铜箔无打滑接触，所述旋转编码器与测速导辊轴端刚性同轴连接，用于采集铜箔实时位移脉冲信号；

4、所述多相机空间成像机构包括设于水平检测平台上方的正面缺陷拍摄组件、对称布置于水平检测平台两侧的双侧边缘拍摄组件；

5、所述电气同步控制模块包括分时曝光控制器与主控plc，所述分时曝光控制器分别连接旋转编码器、正面缺陷拍摄组件以及光源；所述工控上位机分别通信连接多相机空间成像机构与主控plc，完成图像分析、缺陷判定与整机联锁控制。

6、作为本发明优选的技术方案，所述正面缺陷拍摄组件包括垂直布设的大线扫相机，以及同心嵌套安装于大线扫相机视野区域的拱形光源、大型条形光源；

7、所述拱形光源提供高仰角漫反射光照，所述大型条形光源提供10°-20°低仰角掠反射光照，两路光源独立受控于分时曝光控制器交替启停。

8、作为本发明优选的技术方案，所述双侧边缘拍摄组件包括对称设置的左边缘小线扫相机、右边缘小线扫相机，两台边缘小线扫相机与铜箔水平面呈30°-45°倾角朝外布设；每台边缘小线扫相机上方均配套对应边缘条形光源，用于对铜箔边缘进行斜向掠射投影成像。

9、作为本发明优选的技术方案，所述旋转编码器输出端分为两路，一路正交脉冲信号接入分时曝光控制器，用于控制大线扫相机0.5mm行距同步曝光；另一路分频脉冲信号直接接入两台边缘小线扫相机，控制边缘相机以0.05mm固定物理间距等间隔采集图像。

10、作为本发明优选的技术方案，所述分时曝光控制器配置三路独立输出引脚，分别为相机触发输出引脚、第一光源驱动输出引脚、第二光源驱动输出引脚；

11、奇数行触发周期内，分时曝光控制器开启拱形光源、关闭大型条形光源；偶数行触发周期内，分时曝光控制器开启大型条形光源、关闭拱形光源，实现单相机分时双通道成像。

12、作为本发明优选的技术方案，所述工控上位机内置gpio卡，所述gpio卡电性连接主控plc输入端；所述主控plc输出端分别连接收卷电机安全急停接触器、声光报警指示灯，工控上位机可通过主控plc实现生产线急停与声光报警联动。

13、作为本发明优选的技术方案，设备整体集成于封闭式金属外罩内部，整机外形尺寸为长950mm,宽550mm,高550mm，适配长1000mm,宽600mm,高600mm以内的受限生产工位原位安装。

14、一种变压器铜箔表面及边缘缺陷在线视觉检测设备的检测方法，包括以下步骤：

15、s1：铜箔在滚动走料传动机构作用下平稳匀速通过水平检测平台，测速导辊跟随铜箔同步转动，旋转编码器实时输出与铜箔物理位移匹配的脉冲信号；

16、s2：分时曝光控制器依据编码器脉冲信号，控制大线扫相机奇偶行分时曝光，分别采集漫反射图像、掠反射图像，同时两台边缘小线扫相机以固定0.05mm位移间距持续采集铜箔边缘图像；

17、s3：工控上位机对采集图像进行重构、特征融合分析与边缘毛刺检测，完成铜箔表面二维缺陷、三维缺陷以及边缘微米级毛刺一体化检测；

18、s4：工控上位机依据缺陷判定结果，联动主控plc执行设备急停、声光报警动作，同时异步存储缺陷数据并支持一键导出质检报表。

19、作为本发明优选的技术方案，步骤s3具体包括：

20、s301：通过分时曝光图像解多路重构算法，将相机奇数行图像重构为漫反射图像，偶数行图像重构为掠反射图像；

21、s302：对两路图像进行空域配准对齐统计双通道图像张量，通过多通道注意力cnn深度网络完成缺陷特征融合，输出缺陷位置、缺陷类型以及预测置信度；

22、s303：采用canny算子结合空间灰度矩算法完成边缘亚像素轮廓提取，通过最小二乘法拟合铜箔基准边缘直线，计算边缘点法向偏差，判定边缘毛刺缺陷。

23、作为本发明优选的技术方案，步骤s4中缺陷判定与数据存储规则为：当表面缺陷置信度大于0.85或边缘毛刺偏差大于0.05mm时，判定铜箔质检不合格并触发联锁停机；后台独立线程异步存储缺陷图像、缺陷坐标与检测参数至数据库，规避图像传输与硬盘存储io冲突导致的丢帧问题。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果：

25、1.光学结构极简化与多维度反射成像：通过在正面嵌套的拱形光源和大型条形光源，并配合分时曝光控制器在奇偶行交替闪光，使单个大线扫相机能够在一次走料过程中，交替获取高仰角漫反射光照，突出脏污、破损等对比度瑕疵，和低斜角掠反射光照，突出凹坑、鼓包、划痕等高度几何瑕疵，实现了一机双用，大大节省了机械安装空间，降低了设备硬件成本。

26、2.高速防抖与精准等比例成像：旋转编码器与过料测速导辊同轴连接，直接提供与铜箔实际位移完全对应的硬触发脉冲。即使铜箔在高速传送时由于阻力发生速度波动，相机的曝光行距也与铜箔物理运动完全同步，消除了图像纵向拉伸和压缩失真，保证了检测精度的稳定性。

27、3.多通道融合注意力网络的高精度判别：算法端将分离重构出的均匀漫反射图像与斜向掠反射图像融合为双通道特征图，利用通道注意力机制，极大提高了系统对三维微小缺陷，如凹坑、小划痕，的提取能力，使漏检率控制在4%以下，误判率控制在10%以下。

28、4.超精细的边缘检测与亚像素级算法：边缘小相机倾斜35度安装，利用掠射投影极大地放大了微小边缘毛刺的几何反差，算法采用空间灰度矩定位边缘亚像素点，再采用最小二乘法进行直线拟合计算，能够精确检测0.05mm宽度的边缘瑕疵，并与整机plc形成联锁保护。