[发明专利]类镜面物体的缺陷检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：包括光学检测系统、工控机、触发控制器、运动控制器和三轴伺服模组，所述工控机与所述运动控制器连通，所述三轴伺服模组在所述工控机和运动控制器的作用下可驱动所述光学检测系统扫描被检测物体，所述触发控制器可分别与所述三轴伺服模组和所述光学检测系统连通，所述光学检测系统与所述工控机连通，

所述光学检测系统用于采集、分析类镜面物体的表面数据，包括线阵相机、LED条纹光源、若干个漫反射光源、Y向测距与色差检测组件和X向测距组件，所述线阵相机与所述LED条纹光源关于被检测物体表面法线对称，所述漫反射光源在被检测物体表面法线四周均匀分布，所述Y向测距与色差检测组件包括两个Y向线激光、色差检测光源和Y向面阵相机，两个所述Y向线激光与所述线阵相机共面，且分布在所述线阵相机两侧，所述Y向面阵相机与所述Y向线激光分别设置在被检测物体表面法线的两侧，所述Y向面阵相机与所述色差检测光源关于被检测物体表面法线对称，所述X向测距组件包括X向线激光和X向面阵相机，所述X向线激光与坐标系YOZ面垂直，所述X向面阵相机与所述X向线激光分别设置在被检测物体表面法线的两侧。

2.根据权利要求1所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：所述线阵相机与所述LED条纹光源夹角为10°～60°，所述漫反射光源与被检测物体表面法线夹角为60°～80°，所述Y向面阵相机与被检测物体表面法线的夹角为40°～60°，所述X向面阵相机与被检测物体表面法线的夹角为40°～60°。

3.根据权利要求1所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：所述漫反射光源包括散热风扇、导热材料、贴片LED、聚光棒和扩散膜，所述贴片LED的光线倾斜射出光源表面，角度为40°～50°。

4.根据权利要求1所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于：所述漫反射光源有4个。

5.一种类镜面物体的缺陷检测方法，采用如权利要求1-4所述的类镜面物体的缺陷检测装置，其特征在于，包括如下步骤：

1)所述工控机与所述运动控制器通讯，使所述三轴伺服模组在X方向移动，所述三轴伺服模组在移动过程中，每隔一段距离向所述触发控制器发出一个频率为1KHz的位置信号，对该位置信号进行计数并编号为[1，2，3…]，所述触发控制器接收到信号后，分别控制所述光学检测系统中的各个元器件；

2)所述触发控制器向所述LED条纹光源发出8个频率为20KHz的触发脉冲，通过设置所述LED条纹光源内部LED灯珠亮度，使所述LED条纹光源高速频闪出横、竖各4幅正弦相移条纹图像，同时，所述触发控制器向所述线阵相机发出8个频率为20KHz的触发脉冲，使所述线阵相机在所述LED条纹光源点亮的时间内，采集4幅偏折术横向相移图像和4幅偏折术竖向相移图像，共8行图像；

3)所述触发控制器向所述漫反射光源依次发出频率为20KHz的触发脉冲，使所述漫反射光源依次点亮，同时，所述触发控制器向所述线阵相机依次发出4个频率为20KHz的触发脉冲，使所述线阵相机在所述漫反射光源依次点亮的时间内，依次采集4行光度立体法对应图像；

4)所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)完成一个位置的采图，共12行图像，随后等待所述三轴伺服模组的下一个位置信号和所述触发控制器的触发脉冲；

5)在编号为1的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器向所述Y向测距与色差检测组件中的两个Y向线激光发出频率为125Hz的触发脉冲使Y向线激光点亮，同时，所述触发控制器对Y向测距与所述色差检测组件中的Y向面阵相机发出频率为250Hz的触发脉冲，使所述Y向面阵相机在所述Y向线激光点亮的时间内采集Y向激光三角法对应图像；

6)在编号为2的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器对所述Y向测距与色差检测组件中的色差检测光源发出频率为125Hz的触发脉冲使所述色差检测光源点亮，同时，所述触发控制器对所述Y向测距与色差检测组件中的Y向面阵相机发出频率为250Hz的触发脉冲，使所述Y向面阵相机采集RGB彩色图像；

7)在编号为3的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器向所述X向线激光发出频率为1Hz的触发脉冲，使所述X向线激光点亮，同时，所述触发控制器向所述X向面阵相机发出频率为1Hz的触发脉冲，使所述X向面阵相机采集X向激光三角法对应图像；

8)在编号为9、17、25…8*124+1的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器按照步骤5)发送触发信号，使所述光学检测系统采集Y向激光三角法对应图像；

9)在编号为10、18、26…8*124+2的频率为1KHz的X轴位置信号中，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器按照步骤6)发送触发信号，使所述光学检测系统采集RGB彩色图像；

10)上述步骤中未提及的编号对应的X轴位置信号，待所述线阵相机按照步骤2)和步骤3)采图完成后，所述触发控制器不发送触发信号给所述光学检测系统中的各个元器件；

11)待编号1～1000的X轴位置信号按上述步骤采图结束后，完成一个采图周期，在一个周期中，采集X向激光三角法对应图像1幅，采集Y向激光三角法对应图像125幅，采集RGB彩色图像125幅，所述线阵相机采集图像12000行；

12)进入后续采图周期，重复步骤5)至步骤11)进行图像采集，其中在编号为1003、2003、3003…1000*n+3的频率为1KHz的X轴位置信号中，所述光学检测系统按照步骤7)采集X向激光三角法对应图像；

13)所述X向测距组件采集的X向激光三角法对应图像记录被检测物体表面沿X轴方向的高度信息，当被检测物体表面的高度变化和法线变化超出设定阈值时，将信号反馈给所述工控机，所述工控机和运动控制器向所述三轴伺服模组发出信号，所述三轴伺服模组调整所述光学检测系统相对于被检测物体在坐标系Z轴和RY轴的位置。

6.根据权利要求5所述的类镜面物体的缺陷检测方法，其特征在于，对采集的原始图像进行处理的步骤如下：

1)在每一个采图位置，所述线阵相机采集的原始图共height行，即[0，1，2，3，…(height-1)]，将其拆分成12幅图像，拆分方法为：

Image1＝12*[0，1，2，3，4…(height/12)-1]

Image2＝12*[0，1，2，3，4…(height/12)-1]+1

Image3＝12*[0，1，2，3，4…(height/12)-1]+2

…

Image12＝12*[0，1，2，3，4…(height/12)-1]+11

其中，Image1～Image4为所述偏折术横向相移图像，Image5～Image8为所述偏折术竖向相移图像，Image9～Image12为所述光度立体法对应图像，共12幅图像；

2)对Image1～Image12进行计算，得到该入射角下的光泽度图像，提取图像中的漫反射光照图像，镜面反射光照图像，以及反照率图像；

3)根据四步相移原理，通过4幅所述偏折术横向相移图像计算出横向包裹相位图，通过4幅所述偏折术竖向相移图像计算出竖向包裹相位图，通过4幅光度立体法对应图像计算出被测物体表面的法向量，并分解为光度立体法行梯度图和光度立体法列梯度图；

4)通过激光三角原理和标定信息，对所述Y向激光三角法对应图像计算得到三角法高度图；

5)将采集的多幅所述RGB彩色图像，进行图像拼接，得到被测物体表面的彩色图像，将此彩色图像转换到LAB空间，形成色差图，对颜色相关缺陷进行检测；

6)结合所述横向包裹相位图、竖向包裹相位图、光度立体法行梯度图、光度立体法列梯度图，以及三角法高度图，进行偏折术的解包裹运行，得到横向相位图和竖向相位图；

7)结合标定信息，计算由所述线阵相机和LED条纹光源组成的相位测量偏折术系统中被测物体表面法向量的偏折术行梯度图、偏折术列梯度图和曲率图；

8)根据上述图像分析，得到9张合成图像，分别是光泽度图像、镜面反射光照图像、漫反射光照图像、反照率图像、色差图、三角法高度图、偏折术行梯度图、偏折术列梯度图和曲率图，通过Blob分析、边缘提取、模板匹配、色彩空间转换、频域分析等传统图像处理方法和深度学习算法，对每个合成图进行异常区域检测，得到被检测物体的缺陷疑似区域；

9)对于类镜面物体的2D缺陷，如色差类缺陷、脏污类缺陷、纹理类缺陷，将被检测物体的缺陷疑似区域，按照2D缺陷标准进行判定；

10)对于类镜面物体的3D缺陷，如划伤碰伤类缺陷、凹凸类缺陷，将被检测物体的缺陷疑似区域的三角法高度图、偏折术行梯度图、偏折术列梯度图单独提取，结合标定信息进行三维重建，得到相对高度图，以确定该区域的相对高度变化是否达到3D缺陷标准。