瓷砖表面缺陷检测视觉系统及检测方法与流程

1.本发明属于瓷砖表面缺陷的检测方法及设备的技术领域，特别是涉及瓷砖表面缺陷检测视觉系统及检测方法。


背景技术：

2.中国是陶瓷产品生产第一大国，伴随者制造业高质量水平提升，当前陶瓷产品生产线已基本完成自动化改造，但现有的技术解决方案存在以下几方面问题，制约着现有设备的产能及利用率提升：1.现有流水线均采用人工目视检测方法，检测精度及检测要求一致性均无法满足工厂质量提升的要求，导致终端客户投诉较多；2.陶瓷制造厂就业环境相对较差，劳动强度较大，人员流动及招工问题成为产能扩充的瓶颈，陶瓷生产企业急需对现有质量检验工位进行自动化改造；3.受限于瓷砖背景复杂度、砖型多样的原因，当前技术手段算法复杂度较高，实际应用的效果较差，暂不能达成厂家的检验要求。
3.另外，也存在一部分流水线上采用其他的视觉检测通方法，但是这些视觉检测方式均采用一组单一工业相机，采取相机正拍的方式获取到待测物的完整图像，然后通过图像处理单元对采集到的图像进行色差类的分析，对缺陷区域进行预选，结合二次过滤（采取形状或其他模型）对预选区域进行二次确认，这种方式仅能实现比较明显的缺陷检出，由于瓷砖的背景纹理多样，受限于数码喷印的随机性（喷头喷印偏差超过
±
1mm），但本身检测要求需要检出的缺陷尺寸在0.3mm左右，所以不管从精度还是稳定度方面均难实现稳定的缺陷检出，且此种方法的算法复杂度较高，在处理时间和稳定度方面均与现有需求不匹配，当前暂未有可实施的瓷砖表面缺陷检测系统。


技术实现要素：

4.技术方案：为了解决上述存在的技术问题，以及现有的仅能实现图像的采集成像，对于算法的依赖极高，且瓷砖背景图案多种、缺陷种类繁多，很难实现稳定的缺陷检出等的技术问题，本发明提供的瓷砖表面缺陷检测视觉系统，具体为：包括输运机组件、触发光电开关、图像采集单元、图像处理单元、计米轮触发组件；所述输运机组件为为不间断地传送待检测的瓷砖的结构组件；所述触发光电开关固定安装在输运机组件一侧，与图像采集单元电性连接；所述图像采集单元包括至少两组独立的图像采集组件，每组图像采集组件均独立地电性连接计米轮触发组件和图像处理单元；所述计米轮触发组件固定安装在输运机组件一侧。
5.作为改进，图像采集单元包括第一图像采集组件、第二图像采集组件；其中第一图像采集组件，用于拍摄及获取检测面的平面、色差缺陷信息图像；所述第二图像采集组件，用于拍摄及获取检测面的凹凸缺陷和尺寸缺陷信息图像。本发明中采用多角度相机拍摄结合的方式，针对平面色差类缺陷采用高角度实现，针对表面凹凸的缺陷采用低角度实现，有效降低算法实现的难度，和系统检测稳定性。
6.作为改进，第一图像采集组件，固定安装在输运机组件输送平面的正上方；第二图
像采集组件拍摄时与待检测的瓷砖表面夹角为1
°‑
65
°
。本发明中通过设置第二图像采集组件为低角度相机，且设置角度在1
°‑
65
°
之间，实现相机暗场/明场拍摄效果，达到通过成像方式滤除背景的方式，增强缺陷对比度，从而降低背景对检测系统的干扰，增强系统对不同背景的适用范围。
7.作为改进，还包括上位机、标记和提醒组件；其中图像采集单元采集图像传送至图像处理单元；图像处理单元将图像处理，处理获得信息包括检测瓷砖面的平面、色差、凹凸缺陷和尺寸缺陷信息，将处理获得信息传送至上位机中；上位机进行缺陷信息标记显示以及将信息输出至标记和提醒组件；标记和提醒组件发出标记、提醒信号。
8.作为改进，所述第一图像采集组件和第二图像采集组件均独立地设置一组相机组，光源采用独立或共用的方式，通过相机组进行采集检测瓷砖的图像。
9.作为改进，图像处理单元包括图像提取单元、边缘提取单元、缺陷分类器、缺陷检测结果存储单元、分级比对及结果存储单元；其中，图像提取单元将图像采集单元获得的图像进行数据提取，传送至边缘提取单元进行图像边缘提取；边缘提取单元将提取后的数据信息，包括检测瓷砖面的平面、色差、凹凸缺陷和尺寸缺陷数据信息，再传送至缺陷分类器内；缺陷分类器，将各组缺陷数据信息包括形状、尺寸、色差、凹凸，进行比对分类，按照结果要求的类别输出至缺陷检测结果存储单元；缺陷检测结果存储单元，对分类的缺陷数据进行汇总及存储，再输出至分级比对及结果存储单元；分级比对及结果存储单元，对缺陷信息数据进行分级判断、分级结果存储，将分级结果输出。
10.同时还提供了采用上述系统进行检测的方法，具体的步骤为：（一）待检测瓷砖传送及检测触发：将待检测的瓷砖通过输运机组件进行不间断的传送与运输，当瓷砖运送到触发光电开关时，触发光电开关发出触发信号至图像采集单元，开始采集图片，图像采集组件开始接收计米轮触发组件的脉冲触发信号，对待测的瓷砖进行拍摄，通过预设的拍摄行数设定值限制或触发光电开关的结束信号对拍摄进行终止，其中图像采集单元包括至少两组独立的图像采集组件，独立地进行工作；（二）图片采集及成像处理：每组图像采集组件拍摄图片后，将采集的图片传送至图像处理单元，图像提取单元对采集的图片进行数据提取，传送至边缘提取单元，边缘提取单元进行图片边缘提取，获得数据信息，再将数据信息传送至缺陷分类器内；缺陷分类器，将得到各组缺陷的数据信息，数据信息包括形状、尺寸、凹凸、色差，和预设的缺陷信息进行比对，分类，按照结果要求的类别输出至缺陷检测结果存储单元；缺陷检测结果存储单元，对分类的缺陷数据进行汇总及存储，再输出至分级比对及结果存储单元；分级比对及结果存储单元，对缺陷信息数据进行分级判断、分级结果存储，将分级结果输出；（三）质量分级及后期处理：确定的缺陷信息数据，以及对疑似点进行二次过滤，从2组不同角度获取到的照片进行交叉分析，剔除误判点，输出汇总检测结果，将结果传送至上位机中，上位机通过分级判断和检测结果，结合预设的检测标准，对已测瓷砖进行等级划分，等级包括优等、合格、不良、废品，判断完成后将结果显示在上位机检出界面，另外将分级的等级信息发送给标记和提醒组件，从而实现自动化瓷砖表面质量分级。
11.本发明对针对待测样品的多角度图像分析，对缺陷的分类及误判剔除进行修正，改善因单一图片进行阈值调整后造成的漏检、误检效果。
12.作为改进，图像采集单元包括第一图像采集组件、第二图像采集组件；其中第一图像采集组件，用于拍摄及获取检测面的平面、色差缺陷信息图像；所述第二图像采集组件，用于拍摄及获取检测面的凹凸缺陷和尺寸缺陷信息图像。
13.作为改进，第二图像采集组件拍摄时与待检测的瓷砖表面夹角为1
°‑
65
°
，通过成像方式滤除背景的方式，实现拍摄暗场和/或明场的成像方式。
14.作为改进，缺陷信息包括凹凸缺陷、尺寸大小缺陷、色差缺陷、平整度。
15.有益效果：本发明提出的装置与现有的常规相比，克服了以下现有的技术问题，做出了如下的改进：（1）针对现有的常规成像系统，仅能实现图像的采集成像，对于算法的依赖极高，且瓷砖背景图案多种、缺陷种类繁多，很难实现稳定的缺陷检出的问题；本发明将缺陷分为2大类型，针对缺陷的特征（平面/凹凸、色彩等）采用不同的成像方式，针对凹凸缺陷采用相机低角度拍摄方式（相机与工件表面夹角＜65
°
），调节光源角度，通过成像的方式滤掉背景纹理，使瓷砖本身的背景纹理呈现统一暗黑色，凹凸的缺陷成像为较量的反光斑点，这样大大的提高了缺陷与背景的对比度，降低算法的要求，且结果检出稳定。
16.（2）由于瓷砖的边角通常会做磨边倒角处理，常规的拍摄方式在瓷砖的边缘位置存在过曝现象，这样会淹没掉瓷砖边角上的小崩边或表层崩边、崩角，现有的拍摄方式由于不用考虑到色彩成像，除缺陷特征为高亮外，瓷砖本身均为暗场的效果，棱角分明，还可使用此图像进行尺寸测量、边直度、边缘或死角的崩碰等缺陷测量。
17.（3）单角度相机为增强缺陷对比度，常常需要将光源调至较低的角度，这样的结果会牺牲掉一部分正面图像的色彩还原度，对于背景复杂的瓷砖产品来讲，会影响到平面色彩类的缺陷检出稳定度，此发明针对缺陷的拍摄采集进行分类，正拍相机将主要针对色彩还原度的方式进行优化，可以呈现较高的背景色彩还原度，这样既降低了算法的难度，又增强了缺陷检出的稳定性。
18.（4）由于瓷砖的背景纹理较为多样复杂，单一组的图像检测存在较大的干扰和误判，对于工业的落地应用存在一定的困难，此方案结合2组不同角度的相机对待测物分别进行拍摄，在缺陷分类和误判方面可增加不同维度的参考信息，从而易于在算法上剔除误判。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图。
20.图2为本发明检测方法的原理示意图。
21.图中：输运机组件1、计米轮触发组件2、瓷砖3、触发光电开关4、第一光源5、第二光源6、第一图像采集组件7、第二图像采集组件8、图像处理单元9、上位机10、标记和提醒组件11。
具体实施方式
22.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
23.本发明采用多组成像方式对待测物进行不同角度的缺陷检测，不但降低了算法的
复杂度，而且由于低角度相机的凹凸成像优势，增强了系统检测的稳定性，且凹凸缺陷不再需要做大量背景匹配或ai模型训练工作，极大的缩短了项目的实施周期，且适用于复杂背景纹理的缺陷检测。
24.作为本发明的具体实施方式，采用了两组拍摄组件，拍摄组件可选择的包括相机组合光源，其中一组相机组为低角度相机，扩充了现有技术方案检测的检测范围，如崩边角检测、尺寸检测、边直度检测等，为产线设备的布置提供了更多灵活性。
25.采用对待测样品的多角度图像分析，对缺陷的分类及误判剔除进行修正，改善因单一图片进行阈值调整后造成的漏检、误检效果。
26.实施例1待检测的瓷砖3通过输运机组件1进行运输，当瓷砖3运行到触发光电开关4后，通过光电触发信号分别触发第一图像采集组件7的相机组二和第二图像采集组件8的相机组一开始拍摄，成像系统开始接收计米轮触发组件2的脉冲触发信号，对待测的瓷砖3进行拍摄，通过预设的拍摄行数限制或触发光电开关4的结束信号对拍摄进行终止，图像处理单分别对获取到的相机一和相机二的图片进行处理。
27.第一图像采集组件7和第二图像采集组件8还分别独立的包括第一光源5、第二光源6，用来进行光线补偿，获得高质量的拍摄图片。
28.相机组一针对色差类平面缺陷进行算法分析：通过图像提取
→
图像边缘提取
→
平面、色差类缺陷识别
→
通过分类器进行分类，完成后将结果：缺陷种类、大小、数量发送至图像处理单元9的上位机10中暂存。
29.相机组二针对凹凸类缺陷进行算法分析：通过图像提取
→
图像边缘提取
→
凹凸类缺陷识别、尺寸测量、边直度测量等
→
通过分类器进行分类，完成后将结果：缺陷种类、大小、数量发送至图像处理单元9的上位机10中暂存。
30.图像处理单元9中的上位机10收到2组相机的结果后进行综合分析，针对疑似点进行图像交叉分析，剔除误判点，输出汇总检测结果：xx缺陷、大小xx等信息，给上位机10进行分级判断，上位机10通过检测结果，结合厂家的检测标准，对已测瓷砖进行分级（优等、合格、不良、废品等），判断完成后将结果显示在上位机检出界面，另外将分级的等级信息发送给标记和提醒组件11，从而实现自动化瓷砖表面质量分级。
31.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。