带钢表面缺陷检测装置及方法

带钢表面缺陷检测装置及方法
【专利摘要】本发明揭示了一种带钢表面缺陷检测方法及装置，包括以下步骤：在带钢或厚板的待检测面设置平面镜，平面镜与待检测面呈一定角度，使待检测面在平面镜中成像。计算待检测面的成像距离。根据成像距离设置摄像机。利用照明光源对平面镜照明，使平面镜满足明场、暗场成像条件。利用摄像机拍摄平面镜中带钢的待检测面的图像。采用了本发明的技术方案，克服了在狭小空间对表面质量检测系统的影响，充分利用带钢上、下表面空间，避免了恶劣环境对下表面检测相机的影响，提升了带钢各个表面的检测效果。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器视觉检测装置与方法，更具体地说，涉及一种带钢表面缺陷检测 装置及方法。 带钢表面缺陷检测装置及方法

【背景技术】
[0002] 目前，基于机器视觉的表面检测系统已经成功应用在各个行业。作为带钢表面缺 陷检测方法之一的机器视觉检测系统具有不可替代的作用。带钢表面质量检测系统成像部 分，由光源和图像传感器以一定的角度直接构成，即应用图像传感器直接对当前带钢的上 下表面进行扫描，拍摄带钢图像。对于带钢下表面图像信息的获取通常采用从下往上直接 拍摄的角度方式进行图像的获取。此外，对于厚板类产品的侧面缺陷的检测也是十分必要 的。但是由于生产线空间限制，往往侧表面缺陷的检测无法实施。
[0003] 采用传统的从下往上直接拍摄的角度对于下表面检测环境来说，检测工位需要提 供足够的空间来安装包括图像传感器和光源在内的硬件结构，但往往机组建成较早，下表 面垂直方向的空间十分狭小，很难满足下表面检测系统安装空间的最低要求。而对于下表 面空间在带钢运动方向的水平空间相对垂直方向的空间来说比较宽裕，因此，可以充分利 用下表面带钢运动方向的水平空间进行表面检测系统的搭建。采用传统的从下往上直接拍 摄的角度，由于检测工位环境恶劣，很难保证带钢下表面的环境清洁，带钢上方及周边环境 的灰尘、异物、水汽很容易直接污染下表面相机镜头，并且镜头的清洁工作相对困难，直接 影响了拍摄效果。基于上述客观原因的限制，导致带钢下表面检测系统的搭建及检测的难 度均大幅提升，有的甚至无法安装和检测。
[0004] 对于厚板类产品的侧面缺陷的检测更是由于空间的限制无法进行全面的实时检 测。
[0005] "基于面阵CCD图像传感器的便携式光电自准直仪及工作方法"专利(专利号： CN102175186A)描述了一种基于面阵(XD图像传感器的便携式光电自准直仪及工作方法， "带图像处理系统的轮廓测量投影仪"专利（专利号：CN1936497)描述了一种带图像处理系 统的轮廓测量投影仪及方法。这些专利均未涉及视觉检测系统的被测对象在恶劣钢铁生产 环境情况下的成像技术。


【发明内容】

[0006] 本发明的目的旨在提供一种带钢表面缺陷检测装置及方法，来解决现有技术中存 在的各种不足。
[0007] 根据本发明，提供一种带钢表面缺陷检测装置，包括平面镜、照明光源、摄像机。其 中，在带钢的待检测面设置平面镜，平面镜与待检测面呈一定角度，使待检测面在平面镜中 成像。照明光源对平面镜照明，使平面镜满足明场、暗场成像条件。摄像机拍摄平面镜中带 钢的待检测面的图像。
[0008] 根据本发明的一实施例，还包括光源照度传感器，设置于平面镜的表面，光源照度 传感器检测平面镜表面的光照度。
[0009] 根据本发明的一实施例，平面镜表面设置4个光源照度传感器，呈十字形排列。
[0010] 根据本发明的一实施例，照明光源角度可调，根据光源照度传感器的反馈调节光 照角度和大小。
[0011] 根据本发明的一实施例，还包括自动清洁吹扫装置，设置于平面镜的表面，用以清 除平面镜表面的灰尘、异物。
[0012] 根据本发明的一实施例，平面镜与待检测下表面成45度，摄像机的光轴与待检测 下表面平行设置，并且与平面镜成45度。
[0013] 根据本发明的一实施例，平面镜与待检测面平行设置，摄像机设置于带钢一侧，并 且其光轴与平面镜垂直设置。
[0014] 根据本发明的另一方面，还提供一种带钢表面缺陷检测方法，包括以下步骤：在带 钢的待检测面设置平面镜，平面镜与待检测面呈一定角度，使待检测面在平面镜中成像。计 算待检测面的成像距离。根据成像距离设置摄像机。利用照明光源对平面镜照明，使平面 镜满足明场、暗场成像条件。利用摄像机拍摄平面镜中带钢的待检测面的像。
[0015] 根据本发明的一实施例，步骤4的具体操作过程为：在平面镜的表面设置光源照 度传感器，检测平面镜表面的光照度，照明光源根据光源照度传感器的反馈调节光照度的 大小和方向。
[0016] 根据本发明的一实施例，检测和调节光照度的方法为：根据摄像机拍照灰度与已 设定参考值对比。确定中心照度。对比中心照度与边部照度。根据对比结果决定是否调节 边部照度。
[0017] 根据本发明的一实施例，将平面镜与待检测下表面设置成45度，将摄像机的光轴 与待检测下表面平行设置，并且与平面镜成45度。
[0018] 根据本发明的一实施例，将平面镜与待检测面平行设置，将摄像机设置于带钢一 侦牝并且其光轴与平面镜垂直。
[0019] 采用了本发明的技术方案，克服了在狭小空间对表面质量检测系统的影响，充分 利用带钢上、下表面空间，避免了恶劣环境对下表面检测相机的影响，提升了带钢各个表面 的检测效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0020] 在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
[0021] 图1是本发明带钢下表面成像检测示意图；
[0022] 图2是本发明带钢侧表面成像检测示意图；
[0023] 图3是本发明平面镜成像示意图；
[0024] 图4是平面镜面与照度传感器安装示意图；
[0025] 图5是非上表面类缺陷成像流程图。

【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0027] 本文提出一种基于机器视觉检测方法的用于检测带钢下表面及厚板类侧面缺陷 的成像方法及装置。如图1，图2所示：1-1，1-2均为被检测对象带钢或厚板（1-1为检测下 表面，1-2为检测侧表面)、2-1，2-2均为调节角度的LED照明光源、3-1，3-2, 3-3均为C⑶摄 像机(或者是CCD相机)、4-1，4_2均为用于反射检测表面的反射镜，4-3为用于侧表面检测 光源照明和相机成像的反射镜。5-1，5-2, 5-3, 5-4均为用于检测光源照度的光源传感器，安 装于反射镜面表面，检测位置的四周。
[0028] 具体来说，在带钢1-1的待检测面设置平面镜4-1或4-2 (或者叫反射镜)，平面镜 4-1或4-2与待检测面呈一定角度，使待检测面在平面镜4-1或4-2中成像。照明光源2-1 用于照明，且光源照度传感器5-1 (或者5-2,5-3,5-4)用于检测镜面成像的光源照度是否 满足成像要求。摄像机3-1或3-2 (或者是C⑶相机)拍摄平面镜4-1或4-2中带钢1-1的 待检测下表面的图像。
[0029] 其中，图1为对下表面成像的成像系统结构布置图，图2为对厚板类检测对象侧表 面缺陷的成像系统结构布置图，图3为反射成像示意图，图4为反射镜面与照度传感器安装 示意图，图5为非上表面类缺陷成像流程图
[0030] 其检测原理采用平面镜成像原理，如图3所示：
[0031] 丽为反射镜，a为缺陷点,a'为其成的虚像,0为相机镜头（凸透镜),F为透镜的焦 平面，b'为a的反射光线即a的虚像a'在相机里成的像。根据平面镜成像特点，a'虚像成 像与a成像等大对称，因此对于实际图像处理和带钢实际位置对应都均无差异，而采用平 面镜成像方法可以大大减小成像空间。
[0032] 对于被测对象其侧表面缺陷检测的成像与照明原理与上述原理同理，如图2所示 也采用反射镜原理，光源通过反射镜进行照明，CCD摄像机通过同一镜面反射至水平方向上 进行侧表面缺陷的成像。
[0033] 检测方法：
[0034] ( 1)下表面成像检测方法：
[0035] 如图1所示，在带钢下表面安装一块成45°的反射镜4-1，用于实时反射下表面形 貌信息，CCD摄像机3-1可以根据反射镜4-1实时采集下表面形貌信息，同时为了满足不同 成像方式的需求，对于光源2-1安装可调角度装置以满足明场，暗场成像的需求。反射镜面 上安装有四个光源照度传感器，如图4所示，用于检测镜面成像的光源照度是否满足成像 要求。
[0036] 通常相同分辨率情况下，采用坚直方向直接对被测物体表面进行图像采集需要的 坚直方向上的成像距离为Η即，如图3所示，采用反射镜进行图像采集在坚直方向 上仅需h距离，由此可以大大减小成像空间。对于下表面空间不同，充分利用下表面空间， 根据计算如图3所示，可根据h距离的实际情况确定h距离和h 2距离。即如图1所示反 射镜4-1可调节至4-2位置，同时相机由3-1位置调节至3-2位置。
[0037] 对于反射镜面带有自动清洁吹扫装置，可及时清除镜面上的灰尘异物，保证镜面 表面的清洁，从而保证相机获得最佳的图像质量。
[0038] (2)侧表面成像检测方法：
[0039] 如图2所示，在厚板侧表面坚直方向上安装一块与水平面垂直的反射镜4-3,用于 反射光源2-2发出的照明光源，CCD摄像机3-3可以借助反射光并根据反射镜4-3实时采 集侧表面形貌信息。同时为了满足不同成像方式的需求，对于光源2-2安装可调角度装置 以满足明场，暗场成像的需求。同样反射镜4-3配置四点光源照度传感器用于检测光源照 度是否满足成像需求，如图4所示。
[0040] 对于反射镜带有自动清洁吹扫装置，可及时清除镜面上的灰尘异物，保证镜面表 面的清洁，从而保证相机获得最佳的图像质量。
[0041] 光源照度自动检测流程的各个步骤如图5所示：
[0042] 步骤S1 :系统根据即将检测的对象提供检测材料类别，即提供检测对象侧表面/ 下表面材料类别，这些类别已存于数据库中，对应有个参考的光源照度值。
[0043] 步骤S2 :光源照度控制器根据参考值进行电流调节。
[0044] 步骤S3 :进行相机的拍照，所得图像灰度与数据库中已设定的参考值进行对比， 如果不满足要求，继续自动调节，如果满足要求，获得反射镜四点照度值，坚直方向，和水平 方向，分别求取平均值。
[0045] 步骤S4 :对比两数据。
[0046] 步骤S5 :若差值超过20%，转步骤S6,否则转步骤S7。
[0047] 步骤S6 :进行边部LED照明模块电流调节。
[0048] 步骤S7 :进行相机的拍照，所得图像灰度与数据库中已设定的参考值进行对比， 如果不满足要求，继续自动调节转步骤S4,否则转步骤S8。
[0049] 步骤S8 :如果满足要求，即可进行侧表面或下表面图像的采集。
[0050] 下面通过2个实施例来说明上述方案。
[0051] 实施例1
[0052] 如图3所示，根据事先计算好的成像距离H，并根据现场下表面空间实际条件，计 算出下表面垂直方向距离h，同时计算出水平方向距离hfH-hi。根据此距离布置带钢下表 面1-1的反射镜4-1及其(XD摄像机3-1的位置，如图1所示。根据事先实验方案的确定 光源的照明方式（明场照明还是暗场照明），确定光源2-1照明角度。
[0053] 首先，根据图5流程进行光源照度自动调节，然后C⑶相机3-1将通过成像反射镜 4-1获取带钢信息。带钢表面形态是经过4-1成像反射镜反射后得到的带钢表面形貌。同 时，2-1光源配有角度调节机构可以随时调节光源的角度，保证照明方式的匹配。CCD相机 3-1采集图像的质量也可以及时反应反射镜面表面清洁程度，一旦采集图像不符合要求，可 以及时清除镜面上的灰尘、水汽、异物等，保证反射镜面表面的清洁。
[0054] 本实例将成像位置进行了转换，从而有效克服带钢生产现场各种恶劣环境对带钢 表面质量检测的成像系统所带来的不利影响，降低了现场实施带钢表面质量检测系统的难 度。
[0055] 实施例2
[0056] 如图2所示，首先根据图像采集位置及其现场实际厚板侧边空间位置确定光源照 明位置，来布置光源2-2的位置，及光源反射镜4-3的位置。根据预设分辨率计算成像距离， 布置C⑶相机3-3位置。
[0057] 根据图5流程进行光源照度自动调节，然后C⑶相机3-3将通过成像反射镜4-3 获取带钢信息。同时，光源2-2通过反射镜4-3对缺陷表面照明，配有的角度调节机构可以 随时调节光源的角度，保证照明方式的匹配。CCD相机3-3采集图像的质量也可以及时反应 反射镜面表面清洁程度，一旦采集图像不符合要求，可以及时清除镜面上的灰尘、水汽、异 物等，保证反射镜面表面的清洁。
[0058] 本实例将成像位置进行了转换，从而有效克服生产现场空间限制对侧表面检测的 困难，提供了一种易操作的实施方式，进一步提高了钢产品的质量判断。
[0059] 本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例 中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变 化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权 利要求书所保护的范围内。
【权利要求】
1. 一种带钢表面缺陷检测装置，包括平面镜、照明光源、摄像机，其特征在于： 在带钢的待检测面设置所述平面镜，所述平面镜与所述待检测面呈一定角度，使所述 待检测面在所述平面镜中成像； 所述照明光源对所述平面镜照明，使所述平面镜满足明场、暗场成像条件； 所述摄像机拍摄所述平面镜中带钢的待检测面的像。
2. 如权利要求1所述的带钢表面缺陷检测装置，其特征在于还包括光源照度传感器， 设置于所述平面镜的表面，所述光源照度传感器检测所述平面镜表面的光照度。
3. 如权利要求2所述的带钢表面缺陷检测装置，其特征在于，所述平面镜表面设置4个 所述光源照度传感器，呈十字形排列。
4. 如权利要求2所述的带钢表面缺陷检测装置，其特征在于所述照明光源角度可调， 根据所述光源照度传感器的反馈调节光照角度和大小。
5. 如权利要求1所述的带钢表面缺陷检测装置，其特征在于还包括自动清洁吹扫装 置，设置于所述平面镜的表面，用以清除所述平面镜表面的灰尘、异物。
6. 如权利要求1所述的带钢表面缺陷检测装置，其特征在于，所述平面镜与所述待检 测下表面成45度，所述摄像机的光轴与所述待检测下表面平行设置，并且与所述平面镜成 45度。
7. 如权利要求1所述的带钢表面缺陷检测装置，其特征在于，所述平面镜与所述待检 测面平行设置，所述摄像机设置于所述带钢一侧，并且其光轴与所述平面镜垂直设置。
8. -种带钢表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，在带钢的待检测面设置平面镜，所述平面镜与所述待检测面呈一定角度，使所 述待检测面在所述平面镜中成像； 步骤2,计算所述待检测面的成像距离； 步骤3,根据成像距离设置摄像机； 步骤4,利用照明光源对所述平面镜照明，使所述平面镜满足明场、暗场成像条件； 步骤5，利用摄像机拍摄所述平面镜中带钢的待检测面的像。
9. 如权利要求8所述的带钢表面缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤4的具体操作过 程为：在所述平面镜的表面设置光源照度传感器，检测所述平面镜表面的光照度，照明光源 根据光源照度传感器的反馈调节光照度的大小和方向。
10. 如权利要求9所述的带钢表面缺陷检测方法，其特征在于，检测和调节光照度的方 法为： 步骤4. 1，根据摄像机拍照灰度与已设定参考值对比； 步骤4. 2,确定中心照度； 步骤4. 3,对比中心照度与边部照度； 步骤4. 4,根据对比结果决定是否调节边部照度。
11. 如权利要求8所述的带钢表面缺陷检测方法，其特征在于，将所述平面镜与所述待 检测下表面设置成45度，将所述摄像机的光轴与所述待检测下表面平行设置，并且与所述 平面镜成45度。
12. 如权利要求8所述的带钢表面缺陷检测方法，其特征在于，将所述平面镜与所述待 检测面平行设置，将所述摄像机设置于所述带钢一侧，并且其光轴与所述平面镜垂直。
【文档编号】G01N21/89GK104101603SQ201310127783
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月12日 优先权日:2013年4月12日
【发明者】梁爽, 何永辉, 彭铁根, 石桂芬, 杨水山, 宗德祥 申请人:宝山钢铁股份有限公司