基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统的制作方法

本发明涉及机器视觉检测与有色金属连铸生产设备，具体为基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统。

背景技术：

1、连铸铜材表面缺陷在线检测是保障产品质量和生产稳定性的常用技术手段，通常利用工业相机配合照明装置采集铜材表面图像，并基于机器视觉对裂纹、夹渣、气孔等缺陷进行识别，具有非接触、检测速度快和便于连续化布置的特点；

2、随着连铸生产线向高速化和在线化方向发展，现有表面缺陷检测方式在面对高温、高反射率铜材时，容易受到热辐射、镜面反射以及现场环境光波动的共同干扰，导致采集图像出现眩光、局部过曝、通道偏移和清晰度下降等问题；同时，传统系统多采用固定照射角度、固定曝光参数或简单图像补偿方式，难以在不同温度和不同区域反射状态下持续获得稳定图像，从而限制了后续缺陷识别的准确性和在线检测的可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，配置为抑制现有检测方式在面对高温、高反射率铜材时受到的热辐射、镜面反射以及现场环境光波动的干扰，减少眩光、局部过曝、通道偏移和清晰度下降现象，且能在不同温度和不同区域反射状态下持续获得稳定图像，从而提高后续缺陷识别的准确性和在线检测的可靠性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、偏振光照明模块，环绕连铸铜材设置，包括可控开闭的偏振光源，用于调节偏振光的照射角度和偏振光照强度；

4、温度采集模块，用于采集铜材表面温度；图像采集模块，包括工业相机及设置在其前端的偏振镜，用于偏振光源开启时采集含红蓝通道的铜材表面图像，并在关闭期间采集环境光图像；

5、环境光补偿模块，基于环境光图像对铜材表面图像进行灰度补偿；

6、白平衡调节模块，根据表面温度对灰度补偿后的铜材表面图像进行红蓝通道增益补偿，得到通道增益补偿后的铜材表面图像；

7、曝光调节模块，根据表面温度换算的铜材热辐射及偏振光照明模块当前的偏振光照强度，调节工业相机的曝光时间；

8、成像质量检测模块，配置为根据通道增益补偿后的铜材表面图像计算眩光比例和清晰度评价值，若眩光比例大于预设眩光阈值则触发偏振光照明模块调节照射角度，若眩光比例不大于预设眩光阈值则保持当前照射角度；若清晰度评价值低于预设清晰度阈值则触发曝光调节模块调节曝光时间，若清晰度评价值不低于预设清晰度阈值则保持当前曝光时间；

9、图像输出模块，用于输出眩光比例和清晰度评价值符合对应预设阈值的通道增益补偿后的铜材表面图像；缺陷检测模块，基于输出的增益补偿后的铜材表面图像进行缺陷识别。

10、优选的，偏振光源设置为多个并呈环形布置，偏振光照明模块还包括由步进电机驱动的角度调节机构；

11、偏振光源包括发光二极管光源和线偏振滤光片，线偏振滤光片的偏振方向与偏振镜的偏振方向形成预设夹角；

12、角度调节机构用于分别改变对应偏振光源的入射方向，使偏振光的入射方向与铜材表面法线形成预设范围内的夹角；温度采集模块包括与工业相机设置在同侧的光谱测温装置，用于采集铜材表面辐射光谱并换算为表面温度；

13、环境光补偿模块在工业相机相邻两帧采集之间的关闭期间内，通过图像采集模块采集环境光图像，并基于环境光图像的平均灰度值对铜材表面图像进行灰度补偿。

14、优选的，成像质量检测模块根据各偏振光源照射区域内的局部眩光比例，分别触发角度调节机构调节对应偏振光源的照射角度；

15、局部眩光比例根据对应照射区域内灰度值大于相机位深对应的预设过曝阈值的过曝像素数与对应照射区域内铜材表面的像素总数的比值确定；

16、当局部眩光比例大于预设眩光阈值时，触发角度调节机构以预设步长调节对应偏振光源的照射角度，直至局部眩光比例不大于预设眩光阈值；当局部眩光比例不大于预设眩光阈值时，保持当前照射角度。

17、优选的，白平衡调节模块内预存分别对应红通道增益和蓝通道增益的温度补偿参数、初始红通道增益和初始蓝通道增益；

18、将表面温度与预设基准温度的差值分别与对应通道的温度补偿参数相乘，并叠加至初始红通道增益和初始蓝通道增益，以确定当前的红通道增益和蓝通道增益。

19、优选的，曝光调节模块内预存发射率补偿参数和传感器光子容量；根据表面温度和发射率补偿参数确定铜材表面发射率；

20、将铜材表面发射率对应的热辐射强度与偏振光照明模块当前的偏振光照强度相加得到传感器入射光能量，并将传感器光子容量除以工业相机的光电转换效率与传感器入射光能量的乘积，以确定曝光时间。

21、优选的，偏振光照明模块设有多个亮度档位；当计算确定的曝光时间低于工业相机允许的最小曝光时间且偏振光照明模块未处于最低亮度档位时，曝光调节模块触发偏振光照明模块降低亮度档位并重新确定曝光时间；

22、当计算确定的曝光时间不低于最小曝光时间或偏振光照明模块已处于最低亮度档位时，直接采用当前确定的曝光时间。

23、优选的，成像质量检测模块根据增益补偿后的铜材表面图像的梯度方差计算清晰度评价值；

24、当连续多帧增益补偿后的铜材表面图像的清晰度评价值均低于预设清晰度阈值时，触发角度调节机构重新执行照射角度的调节，并触发曝光调节模块重新执行曝光时间的调节；否则，继续执行当前的缺陷检测流程。

25、本发明的有益效果：

26、1、本发明偏振光照明模块围绕连铸铜材设置，图像采集模块在偏振光源开启时采集铜材表面图像、在相邻两帧之间的关闭期间内采集环境光图像，环境光补偿模块基于环境光图像的平均灰度值对铜材表面图像进行灰度补偿，白平衡调节模块再根据表面温度对灰度补偿后的图像进行红蓝通道增益补偿，成像质量检测模块进一步结合眩光比例和清晰度评价值进行判定，仅输出满足条件的增益补偿后图像供缺陷检测模块识别；该方案尤其适用于高温、高反射率连铸铜材表面在线检测，具有能够同时抑制现场环境光波动、热辐射通道偏移和镜面反射眩光干扰，从而提高缺陷识别稳定性和在线检测可靠性的优点；

27、2、本发明偏振光源采用多个呈环形布置的结构，并由角度调节机构分别改变对应偏振光源的入射方向，成像质量检测模块按照各偏振光源照射区域分别计算局部眩光比例，当对应区域超过预设眩光阈值时，仅触发对应偏振光源以预设步长进行跨周期异步调节，未超标区域保持当前角度不变；该方案尤其适用于铜材表面曲率变化和局部起伏并存的在线检测情景，具有能够避免整幅图像统一调节带来的无效扰动，及时修正局部反光区域并减少流水线时序堵塞的优点。

1.基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述偏振光源为呈环形布置的多个，所述偏振光照明模块还包括由步进电机驱动的角度调节机构；

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述成像质量检测模块根据各偏振光源照射区域内的局部眩光比例，分别触发所述角度调节机构调节对应偏振光源的照射角度；

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述白平衡调节模块内预存有分别对应红通道增益和蓝通道增益的温度补偿参数、初始红通道增益和初始蓝通道增益；

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述曝光调节模块内预存有发射率补偿参数和传感器光子容量；

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述偏振光照明模块设有多个亮度档位；

7.根据权利要求2所述的基于机器视觉的连铸铜材表面缺陷检测系统，其特征在于，所述成像质量检测模块配置为根据增益补偿后的铜材表面图像的梯度方差计算所述清晰度评价值；