一种钢化玻璃碎片检测系统及检测方法与流程

本发明涉及一种光学检测技术领域，尤其涉及一种用于对钢化玻璃的碎片数量进行检测的碎片检测系统，以及检测方法。

背景技术：

钢化玻璃是在日常生活中被人们熟知的安全玻璃的一种，广泛应用在建筑、汽车、玻璃幕墙、家用玻璃制品等领域。在钢化玻璃的制作过程中，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身的抗风压性，寒暑性，冲击性等。当这种玻璃受外力破坏时，会碎裂成类似蜂窝状的钝角碎小颗粒，不易对人体造成严重的伤害。

目前，对钢化玻璃的碎片测试是通过模拟钢化玻璃在冲击条件下破碎，记录破碎钢化玻璃碎片的数量和尺寸，来评价钢化玻璃破碎时碎片对人体造成伤害的可能性。不同国家对钢化玻璃的标准性规定不同，标准中涉及的碎片测试技术表征也有所不同。如按照ECE R43(用于汽车玻璃窗的欧洲相关安全标准)的规定，用于汽车的钢化玻璃在ECE R43规定的用于均匀钢化玻璃窗格的碎裂测试中，任何5cm×5cm面积内的碎片数量不少于40或者不多于400，对厚度为3.5mm的钢化玻璃，任何5cm×5cm面积内的碎片数量不多于450。

根据上述或者类似标准的测试要求，可以看出，测试过程中都需要记录一定区域内的碎片数量、分布等。通常这样的测试依赖光学设备进行，具体的，即在按照测试标准的条件执行冲击前，玻璃被放置在一片感光纸上，一旦玻璃破碎，对感光纸进行曝光以产生生成的碎片的蓝图图像作为记录，在选定区域内的碎片的数量、形状和尺寸随后被确定，然后测量选定区域内的碎片数量、最大碎片的面积、长度和最长碎片的长度。在实际测试中，蓝图图像上的数据采集一般通过目测完成，由操作员计数并测量碎片，但是人工计数不仅效率低，而且容易出错，造成准确率低下；也有使用自动化系统完成的，但由于碎片太细小且形状不规则，测试用的光学系统往往比较复杂，成本显著增加。同时基于蓝图方法的方式由于存在较多的杂散光影响，也不利于准确的目视采集。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供了一种钢化玻璃碎片检测系统，包括：

检测平台，用于放置钢化玻璃和感光部件的水平面；

遮光罩单元，置于检测平台上用于遮蔽钢化玻璃上待检测区域的底部开口的罩体；

照明光源，位于遮光罩单元内侧壁，以预定角度照射钢化玻璃的待检测区域；

图像捕获单元，位于遮光罩单元内顶部，用以在垂直于钢化玻璃所在平面对待检测区域进行图像捕获；

数据处理装置，连接至图像捕获单元，对所述图像捕获单元捕获的图像进行处理，得到玻璃碎片数量。

所述照明光源固定在遮光罩单元内的顶部。

所述照明光源为单光源或者多光源。

所述单光源是点光源或者面光源。

所述多光源是多个LED光源，多个LED光源分布在遮光罩单元内侧壁上，构成从不同方向射出光线的环状照明。

还包括由两根标尺相互垂直构成的标定元件，所述标定元件可拆卸地内嵌合在遮光罩单元的底面开口；优选的，两根标尺通过各自的一个端部相交于一点。

所述标定元件包括开口尺寸调节部件和/或开口位置选择部件。

所述图像捕获单元为CCD传感器或者CMOS传感器，或者线性扫描光电倍增管。

本发明的另一目的是提供了一种钢化玻璃碎片的检测方法，使用上述钢化玻璃碎片检测系统进行，包括以下步骤：

(1)、将感光部件置于检测平台上，被测钢化玻璃置于感光部件上；

(2)、对被测钢化玻璃进行破坏产生碎片，形成待检测区域；

(3)、将遮光罩单元遮蔽住被测钢化玻璃上的待检测区域；

(4)、开启照明光源照射待检测区域，同时用图像捕获单元对待检测区域进行拍摄；

(5)、将步骤(4)拍摄到的图像传输到数据处理装置进行图像处理，获得钢化玻璃碎片数量的检测结果。

其中步骤(5)的图像处理包括：

A.对图像进行预处理，即归一化和滤波：

首先对图像进行归一化，消除因照明光源亮度不均匀造成的图像明暗不均，

然后对归一化后的图像进行滤波,滤除因为图像捕获单元缺陷造成的图像缺陷；

B.设定边界条件：

根据标定元件在预处理后的图像上随机选取一块作为分析区域；

C.根据步骤B设定的分析区域，识别该分析区域的边界条件后，识别分析区域内的碎片，包括识别分析区域边界的半块玻璃碎片和分析区域内部的整块玻璃碎片，计算得到钢化玻璃碎片数量。

本发明的钢化玻璃碎片检测系统，由于无杂光影响，因此对待检测区域可以进行高质量的光学成像，避免了操作员目测观察的误差，并且对所有标定区域进行了完整的记录，效率和准确性均得到保障。本发明的钢化玻璃碎片检测方法可以提高检测速度和结果的准确性,而且通过数字化管理,实现了检测结果的复现性。

附图说明

图1为本发明的钢化玻璃碎片检测系统示意图；

图2为本发明的钢化玻璃碎片检测系统中照明光源的示意图；

图3为本发明的钢化玻璃碎片检测系统中标定元件结构示意图；

图4为本发明的图像处理方法的流程图；

图5所示为本发明对图像进行图像处理前的照片；

图6为用本发明检测方法对碎片计数的示意图；

图7为用人工对碎片计数的示意图。

具体实施方式

本发明提出的钢化玻璃碎片检测系统通过提供遮光罩单元内的光学照明装置以及图像捕获单元，可获得可靠标定区域内的玻璃碎片感光图像，避免了杂光的影响。该玻璃碎片检测系统，包括：检测平台，用于放置感光部件和钢化玻璃；遮光罩单元，置于检测平台上并遮蔽待检测区域；照明光源，位于遮光罩单元内，以预定角度照射待检测区域；图像捕获单元，位于遮光罩单元内，用以在垂直于待检测区域所在表面对待测区域进行图像捕获。

进一步的，所述的照明光源固定在遮光罩单元上，以进行照明。

可选择的照明光源为多个LED，所述多个LED在内侧壁上以预订间隔设置，构成从不同方向入射的环状照明。

为了便于根据测试标准进行操作，本发明的检测系统还包括标定元件，所述标定元件与遮光罩单元构成可拆卸的内嵌合，标定元件上具有开口，开口的尺寸或位置可以根据调节部件和位置选择部件进行调节或选择。

优选的，图像捕获单元为电荷耦合元件CCD(Charge-coupled Device)传感器或者互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)传感器，或者线性扫描光电倍增管PMT(Photo Multiplier Tube)。还进一步包括数据处理装置，所述数据处理装置连接至图像捕获单元，对图像捕获单元捕获的图像进行处理。

以下，参照附图对于本发明的实施例进行详细的说明。在以下的说明中，为便于理解和描述，相同的部件使用了相同的数字标号。

如图1所示，本发明的钢化玻璃碎片检测系统，包括置于检测平台5上的遮光罩单元1、照明光源2和图像捕获单元3，其中照明光源2设置于遮光罩单元1的内侧壁上，图像捕获单元3固定在遮光罩单元1的内顶壁上，使得照明光源2和图像捕获单元3均稳定地处于遮光罩单元1内，在遮光罩单元1内壁埋设有供电线缆和数据线(未图示)，供电线缆连接至照明光源2和图像捕获单元3，用以提供工作所需的电力，数据线连接至诸如常见的CCD/CMOS/PMT等的图像捕获单元3，用以将图像捕获单元3采集的图像数据传送到后续的数据处理装置。数据处理装置可以是具有数据处理软件的通用计算机，也可以是专用的数据处理器。当数据处理装置是小型的数据处理器时，可设置在图像捕获单元3内部，此时可以省略埋设数据线。

可选择的，照明光源2为卤素灯，如图1所示的位于遮光罩单元1的一个内侧壁方向，从侧面入射照明待检测区域的碎片，从而避免垂直入射时玻璃碎片的反光对图像捕获单元3捕获图像质量的影响。

或者，可变形的，照明光源2为多个LED光源22，如图2所示，沿遮光罩单元内侧壁以一定间距(间距可相等，可不等)在同一水平面上设置，形成环状照明，从多个侧面方向入射照明待检测区域的碎片，实现类似于手术无影灯多角度去除阴影的照明效果，从而不仅能够避免垂直入射照明时玻璃碎片的反光对图像捕获单元3捕获图像质量的影响，而且能够确保照明后的待检测区域无阴影，提高图像捕获单元3捕获图像的对比度。

进一步的，本实施方式的钢化玻璃碎片检测系统还包括标定元件4，标定元件4的形状与遮光罩单元1的横截面一致，尺寸与遮光罩单元1的横截面内尺寸基本相同，以使标定单元4可以内嵌在遮光罩单元1内，并可从遮光罩单元1内移出，即标定元件4与遮光罩单元1构成可拆卸的嵌合。如图3所示，标定元件4由两根标尺祖成，两根标尺相互垂直，一根标尺的一端与另一根标尺的一端相交并固定于一点，组成一个正方形相邻的两条边，形成一个开口41。为了满足ECE R43标准的测试，两根标尺的尺寸为5cm。对于本实施方式的钢化玻璃碎片检测系统，标定元件4可以有多个，每个标尺可以具有不同的尺寸，以分别适应多种测试标准的需要。可变换的，标定元件4可以只有一个，标尺上设有开口尺寸调节部件42，开口尺寸调节部件42为带有标尺的尺子,尺子可以平行移动,标尺显示尺子的坐标，用以根据测试标准要求对开口尺寸进行调节。

优选的，标定元件4进一步包括开口位置选择部件(未图示)，这一部件为设在标定原件上的方形开口边上的标尺，使得图像捕获单元3在遮光罩单元所遮蔽的区域内，进行扫描。所选定的待检测区域可以是遮光罩单元边缘的区域，也可以是遮光罩单元中间的区域，待检测区域在本实施例中并不需特别限定。

在实际使用中，首先要按照预定的测试标准中规定的冲击方式对玻璃进行冲击，然后用感光元件对玻璃破碎情况进行记录，从而获得已生成碎片的蓝图图像，根据蓝图图像确定待检测区域的最大范围。这样的记录可以通过在冲击前将玻璃置于诸如感光纸这样的感光元件上，冲击后对感光纸进行曝光，得到已生成碎片的蓝图图像而实现，也可以通过其他任何现有技术已知的可以记录玻璃破碎情况的方式实现；预定的测试标准可以为ECE R43等已公开颁布的测试标准，也可以是根据测试目标制定的测试标准要求。

以按照ECE R43标准，利用感光纸记录时为例说明，将本发明的玻璃碎片检测系统置于曝光后的感光纸上，标定元件4嵌入在遮光罩单元的底部开口里，标定元件上的开口41限定出了待检测区域，在照明光源2的照明下，图像捕获单元3在垂直于待检测区域所在平面的方向上捕获到待检测区域的图像，通过对捕获到的图像进行数据处理，从而获得待检测区域内的碎片数量。

在进行图像处理时，根据图4所示，对捕获的图像先进行预处理，通常这样的预处理可以包括彩色图片灰度化处理，以及对得到的灰度图片进行归一化处理、滤波等等，本发明不限于此，其它可以有利于清楚提取图像中信息的预处理步骤也可以使用。

对于预处理后的图像，设定边界条件，如边界的定点、边界的长度、边界的宽度等，对设定的边界内确定边界识别值，识别每个碎片的边界和区域，从而得到待检测区域内碎片的数量。

用本发明的钢化玻璃碎片检测系统检测钢化玻璃的碎片数量，具体按以下步骤进行：

(1)、将感光纸置于检测平台上，将一块被测钢化玻璃置于感光纸上；

(2)、按照ECE R43标准中规定的冲击方式对被测钢化玻璃进行破坏产生碎片，在感光纸上生成碎片的蓝图图像，形成不小于5cm×5cm的面积作为待检测区域；

(3)、将遮光罩单元遮蔽住被测钢化玻璃上的待检测区域；

(4)、开启照明光源照射待检测区域，同时用CMOS传感器作为图像捕获单元对待检测区域进行拍摄；

(5)、将步骤(4)拍摄到的图像传输到装有图像处理系统(如图像分析软件)的笔记本电脑内进行图像处理：

A.对图像进行预处理，即归一化和滤波：

首先对图像(即图像1，见图5)进行归一化，消除因为光源区域亮度不均匀造成的图像明暗不均，然后对归一化后的图像进行滤波,滤除因为图像捕获单元缺陷(如ccd某点坏掉)造成的图像缺陷(如图像上显示亮点或者暗点)；预处理后的图像(即图像2，见图6)；

B.设定边界条件：

随机选取图像2的待检测区域上一块面积为5cm×5cm的区域作为分析区域，如图6中方框内所标示的区域；

C.根据步骤B设定的分析区域，识别该分析区域的边界条件后，识别边界内的碎片，用不同颜色区分分析区域边界的半块玻璃碎片与分析区域内部的整块玻璃碎片，计算机根据颜色自动计算得到钢化玻璃碎片数量。

检测结果如图6所示(分析区域内用于计数的玻璃碎片用“·”表示)，分析区域边缘的半块玻璃碎片数为22块，分析区域内部的整块玻璃碎片数为169块，总计碎片数为191块，用时1min。

同样用操作员对分析区域的玻璃碎片进行计数，分析区域边缘的半块玻璃碎片用×表示，内部整块玻璃碎片用√表示，如图7所示。人工检测结果也是分析区域边缘的半块玻璃碎片数为22块，分析区域内部的整块玻璃碎片数为169块，总计碎片数为191块，用时15min。

可见，用本发明的钢化玻璃碎片检测系统和检测方法得到的结果为191块碎片，与人工方法所得结果相同，而本发明的检测方法仅用时1分钟，而人工方法则要用时15分钟。证明本发明的检测系统和检测方法的准确度可靠且检测速度更快。

本发明的钢化玻璃碎片检测系统和检测方法，使用了遮光罩单元避免了杂散光的影像，可以利用成像器件在较低的成本下获得不依赖于操作者目视操作技能的准确检测结果，提高了检测精度，使本发明的检测方法检测速度又快又准确。

本发明不限于上述实施例，说明书中的各种实施方式仅用于进行说明，其并不对本发明的保护范围起到限定作用。在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。在本领域技术人员所具备的知识范围内，在本发明公开的实施方式基础上所做的任何省略、替换或修改将落入本发明的保护范围。