专利名称：一种使用折射栅格光源检验玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的自动光学检验设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于一种玻璃瓶生产的工业自动化及工业流水线中，使用折射栅格光源检验玻璃瓶表面缺 陷及内部缺陷的自动光学检验设备。
(二)
技术背景' 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉光源是指通过机器视觉产品将被摄取目标
转换成图像信号，传送给专用的图像处理光源，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字信号。然 后，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据检测结果来控制现场的设备动作。
机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和S动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或 人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时由于在大批量工业生产过程中，用人 工视觉检杳产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程 度。正是由于机器视觉系统可以快速获取人量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制 信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量 控制等领域。
在机器视觉检测系统应用过程中，耍找到能够明显区别缺陷的合适光源绝非易事。 一种方案是使用 背景灯，从玻璃瓶背面打光，通过玻璃瓶前面的相机拍照。然而这种方法仅能够检测结石、夹砂等不透明 的缺陷，瓶身表面的划痕、搓板纹等缺陷却会因透光而无法检测到。另一种方案是将玻璃瓶放置在黑色背 景前，从一侧打光，相机在另一侧拍照，这样瓶身上缺陷的反光点会与周围形成明显的反差，造成误判。 然而由于缺陷可能出现在瓶身的任何位置，因此仅用一个相机不可能完整检测整个瓶身。玻璃瓶上的表面 缺陷或内部缺陷， 一旦出现就会对产品质量产生严重的不良后果。
(三)
发明内容
本发明的目的是提出一种全面、精确检测玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的专用光源。不仅可检测玻璃 瓶的加工熔炼过程中产生的结石、夹砂、气泡、裂纹等缺陷；还可检测冷却或制瓶环节中造成的搓板纹、 麻点、析晶、划痕等表面缺陷，以及歪脖、闷头印偏、瓶口毛刺等结构缺陷。在专用的光源系统下，借助 模式识别软件和图像处理算法后期处理，这些缺陷都能被很好地检测出来，无需使用其他光源，既方便使 用又节省成本。
本发明一种使用折射栅格光源检验玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的自动光学检验设备包括平板高频 背光源(1)、栅格条纹(2)、相机(4)以及视觉处理器(5)。平板高频背光源所发出的光被栅格条纹分 割后，射到玻璃瓶上；相机(4)的安装位置共线，并且距水平线的竖直距离依次递增，以保证每个相机 拍到的是同样的斑马模式条纹，但颜色却相反；也就是说，玻璃瓶的每个位置都将被至少两个相机同时检 验，实现了 360°全方位检验玻璃瓶缺陷。全部检验过程依靠装有奔腾处理器的高速视觉处理器(5),保 证检测结果准确可靠。栅格条纹在玻璃瓶身上的浮凸文字处留出一定空间让背景光通过，露出浮凸文字， 照亮文字边缘，如果此区域有裂纹等缺陷会在相机图像上产生清晰的切割边缘，明显区别于浮凸文字的边 缘，最大程度上避免发生误检。栅格条纹(2)的宽度还可以依据具体的尺寸和形状进行调整，针对不同 的玻璃瓶有不同的栅格条纹宽度。
本发明一种使用折射栅格光源检验玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的5动光学检验设备，与现有的检测设 备比，具有如下优点1、平板高频背光源与栅格条纹相配合，增加受检玻璃瓶与背景光之间的对比度， 有利于图像处理的准确性；2、相机的安装位置共线，并且距水平线的竖直距离依次递增，以保证每个相 机拍到的是不同位置的光束透过玻璃瓶的图像，保证检测结果准确可靠；3、栅格条纹的宽度可以依据具 体的尺寸和形状进行调整，针对不同的玻璃瓶有不同的栅格条纹宽度，方便使用；4、栅格条纹在玻璃瓶 身上的浮凸文字处留出一定空间让背景光通过，露出浮凸文字，照亮文字边缘，如果此区域有裂纹等缺陷 会在相机图像上产生清晰的切割边缘，明显区别于浮凸文字的边缘，最大程度上避免发生误检；5、仅用 一套光源一次检测完成多项检测任务，大大提高了生产效率和生产的自动化程度；6、此设备应用广泛， 适用于检验不同类型的玻璃瓶，比如有颈瓶、无颈瓶、长颈瓶、短颈瓶、粗颈瓶和细颈瓶等；7、加工工 艺简单，成本核算低，易于推广使用。(四)
图1为本发明一种使用折射栅格光源检验玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的自动光学检验设备的侧视图中1、平板高频背光源；2、栅格条纹；3、玻璃瓶；4、相机；5、视觉处理器；
图2为本发明栅格条纹处理浮凸文字的示意图，阴影部分为透光区域；
图3为本发明的俯视图4为斑马栅格的示意图中阴影区域为透光区域，白色矩形长条为不透光区。
(五) 结合附图，叙述本发明的具体实施方案
参见图3和图1，使用检验玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的光源装置时，整个装置的俯视图。为了看全
整个瓶身，需要在三个不同方向上分别拍照。三个相机可以安装在同一个检测工位上，为了避免玻璃瓶表 面的光干涉，也可以将三个相机安装在不同的检测箱内。当玻璃瓶到达位置1 (Pl)时，传感器会触发相
机l拍照；同理，到位置2 (P2)时，由相机2拍照；到位置3 (P3)时，由相机3拍照。光源和斑马栅 格要足够长，以便保证每个相机拍摄到的图像中都有栅格。在这种情况下，玻璃瓶与斑马栅格之间的距离 d，要足够小，以便消除衍射光束之间的相互干扰；同时也要留有足够的空间，使得足量的光穿透玻璃瓶
才能看到黑色背景前的缺陷。
参见图2，栅格条纹在玻璃瓶身上的浮凸文字处留出一定空间让背景光通过，露出浮凸文字，照亮文 字边缘，如果此区域有裂纹等缺陷会在相机图像上产生清晰的切割边缘，明显区别于浮凸文字的边缘，最 大程度上避免发生误检。
参见图4，在一个不透明的黑色面板上，平行挖出多个矩形长条，背景灯能透过镂空的面板，形成黑 白相间的斑马栅格，其中镂空矩形条与黑色条纹的宽度比可根据玻璃瓶具体的形状、颜色和尺寸进行调整。 在这种光源的作用下，划痕等表面缺陷在黑色的栅格前面更加易于辨认，同时，结构缺陷会造成栅格的图 像失真，从而被检测出来。
另外，关于视觉处理器的图像处理和模式识别算法几点说明
1、 当一个合格玻璃瓶通过时，触发图像传感器，传递实时信号给CCD相机捕捉图像，通过图像处理 和模式识别软件来检验斑马模式是否均匀规则。
2、 如果出现以下缺陷，视觉处理器将分别应对(1) 微小(黑色或白色)夹砂在栅格条纹中，是最普通、易于识别的缺陷。视觉处理器通过图像处 理和模式识别软件可以检验出来，使用者可以根据需要设置不允许出现夹砂的尺寸和密度。
(2) 划痕等缺陷将在栅格条纹前产生类似于碎片的图像，视觉处理器通过图像处理和模式识别软件
可以检验出来，使用者可以根据需要设置不允许出现夹砂的尺寸和密度。
(3) 厚度不均、内部搭丝或电话线等内部缺陷，将使相机拍到的栅格条纹在水平或竖直方向上产生 剧烈变化，通过图像处理和模式识别软件检测变化的方向和角度，就可以确定缺陷的类型。
(4) 瓶身皱褶或压裂等缺陷，如果没有栅格条纹，仅用高频背光源是无法看到这种缺陷的；加入栅 格条纹后，这些缺陷将使相机拍到的相应位置的栅格条纹边缘处产生尖峰，通过图像处理和模式识别软件 轻松检测到这些缺陷。
3、 图像处理和模式识别软件是通过像素值、边缘数、分布位置、x和y方向长度以及出现频率等属 性来分析缺陷；我们通过设置不同的属性阈值来控制检测的通过率，达到控制产品质量的目的。
权利要求
1、一种使用折射栅格光源检验玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的自动光学检验设备，其特征在于由以下四部分组成平板高频背光源(1)、栅格条纹(2)、相机(4)以及视觉处理器(5)组成。
2、 根据权利要求l所述的自动光学检验设备，其特征在于相机(4)的安装位置共线，并且距水平线的 竖直距离依次递增，以保证每个相机拍到的是同样的斑马模式条纹，但颜色却相反；也就是说，玻璃 瓶的每个位置都将被至少两个相机同时检验，实现了 360°全方位检验玻璃瓶缺陷。
3、 根据权利要求1所述的自动光学检验设备，其特征在于全部检验过程依靠装有奔腾处理器的高速视 觉处理器(5)，保证检测结果准确可靠。
4、 根据权利要求1所述的自动光学检验设备，其特征在于为了避免在玻璃瓶身上的浮凸文字处产生误检，栅格条纹(2)要在此处留出一定空间让背景光通过，露出浮凸文字，照亮文字边缘，如果此区域有裂纹等缺陷会在相机图像上产生清晰的切割边缘，明显区别于浮凸文字的边缘。
5、 根据权利要求4所述的自动光学检验设备，其特征在于栅格条纹(2)的宽度可以依据具体的尺寸和形状进行调整，针对不同的玻璃瓶有不同的栅格条纹宽度。
全文摘要
一种使用折射栅格光源检验玻璃瓶表面缺陷及内部缺陷的自动光学检验设备由以下四部分组成平板高频背光源(1)、栅格条纹(2)、相机(4)以及视觉处理器(5)组成。采用多相机方案，为了最大程度地降低成本，必须选用一个能够识别尽可能多的缺陷的有效光源。我们在受检玻璃瓶后放置一种通用光源通过折射栅格条纹进行检验。我们发现玻璃瓶在这种栅格条纹的黑白背景前，缺陷变得更加显而易见。借助合适的图像处理算法，比如高频滤波或几何模式识别软件等，将快速检测到缺陷。此设备广泛适用于检验不同类型的玻璃瓶，比如有颈瓶、无颈瓶、长颈瓶、短颈瓶、粗颈瓶和细颈瓶等。
文档编号G01N21/958GK101592621SQ20091001541
公开日2009年12月2日 申请日期2009年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者潘秋雄 申请人:济南佳美视觉技术有限公司