基于红绿色差的定制光源粗糙度检测装置的制作方法

【技术领域】

本实用新型涉及工件表面粗糙度检测技术领域，具体涉及基于红绿色差的定制光源粗糙度检测装置。

背景技术：

表面粗糙度的机器视觉检测方法一般是通过分析灰度图像，针对图像灰度值信息进行客观量化，然后运用图像纹理分析技术(图像纹理分析技术一般归纳为频谱、结构和统计三大类)，得出表面粗糙度与机器视觉指标之间的关系。由于灰度图像是一个降质的图像，在一定程度上减少了图像特征对表面粗糙度的敏感性，在视觉上也不能很好地主观评判；而且，应用较多的灰度共生矩阵方法需结合显微装置，导致测试视场小，操作不方便，工作效率低。另外，傅立叶变换的频谱特征对有周期性规律的纹理特征有较好地鲁棒性，但对于纹理特征随机性较大的磨削工件，用频谱特征来评判表面粗糙度则敏感性不强，而且人工神经网络的预测精度受训练样本数、训练参数和网络结构等因素的影响较大，在小样本时其预测精度不能保证。文献表明，色彩是一个敏感的描绘因子，它常常可简化从场景中提取和识别目标，且很少有文献通过研究彩色图像质量来量化地预测表面粗糙度。由于磨削试样本身不具备色彩分明的特点，通过直接拍摄试样很难获得显著颜色差别信息。古人以铜为镜，很早就利用虚像来观察容貌，容貌清晰与否与铜镜的表面光滑有关，而且绝大多数金属表面容易产生虚像，基于这种认知，通过彩色图案在磨削件表面形成的虚像质量来检测磨削件的表面粗糙度。彩色色块看作一个参照物，根据其虚像在试样表面的清晰度变化来评判试样的表面粗糙度。同时将清晰度客观指标与人眼视觉系统(humanvisualsystem,hvs)的主观评价结合起来，可以快速和较准确地检测工件的表面粗糙度。

公开号为cn104848808b的中国实用新型专利公开了一种表面粗糙度检测方法，所述方法包括：获取清晰度与物体表面粗糙度之间的对应关系，其中清晰度为参照物在物体表面所形成的虚像的清晰度；获取参照物在待检测物的表面所形成的虚像对应的图像；计算图像的清晰度值；以及根据对应关系，计算图像的清晰度对应的表面粗糙度，作为待测物的表面粗糙度。该方案虽然也采用彩色块为参照物，建立获取清晰度与物体表面粗糙度之间的对应关系，但其不足之处在于：该方案采用的参照物是彩色块，其成像原理是光照射在色块上，通过色块反射到待测物表面上，再通过待测物表面光反射到相机成像。从光源发出的光至少要经过二次反射才能到达相机成像，这无疑为工程实践增加了光路设计困难。

技术实现要素：

本实用新型的实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供基于红绿色差的定制光源粗糙度检测装置，该装置将色块直接设计成光源，可以减少一次光的反射过程，使光路设计得到简化，为粗糙度检测实现在线检测提高了可行性。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型还提供一种基于红绿色差的定制光源粗糙度检测装置，包括检测平台、定制彩色光源、图像获取单元和智能终端；

所述检测平台用于承载待测物件；

所述定制彩色光源包括灯座、灯珠和方形灯罩，所述灯座表面设置有所述方形灯罩；所述图像获取单元为相机，所述定制彩色光源和图像获取单元均通过支架设置在检测平台的上方，定制彩色光源发射的光和图像获取单元的镜头均朝向所述检测平台上待测物件的表面，所述方形灯罩的平面中心法线与待测物件上表面的法线的夹角为θ1，所述图像获取单元的光轴与待测物件上表面的法线的夹角为θ2，方形灯罩的平面中心法线与图像获取单元的光轴位于待测物件上表面的法线两侧，所述θ1、θ2均小于90°，且θ1＝θ2；

所述图像获取单元与所述智能终端连接，所述图像获取单元用于获取定制彩色光源在待测物表面所成的虚像所对应的图像并发送给所述智能终端；

所述智能终端包括存储模块和粗糙度计算模块；智能终端与所述图像获取单元通信连接。

优选地，所述定制彩色光源包含有2个或4个灯珠，每个灯珠通过相同的方形灯罩独立罩住；其中一半为红色灯珠，一半为绿色灯珠；当灯珠数为2个时，设置一排；当灯珠数为4个时，设置两排，每排2个灯珠的方式，且相邻灯珠的颜色不同。

优选地，该装置还包括多通路数显光源控制器，所述光源控制器的每一通路控制分别其中一个灯珠，所述光源控制器能够控制灯珠的亮度。

优选地，所述图像获取单元为ccd相机。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型基于红绿色差的定制光源粗糙度检测方法，获取定制光源参照物在待检测物表面所形成的虚像对应的图像，该图像是彩色图像，非灰度图像，因而不存在图像降质的过程，使得图像处理的准确性提高，从而使得粗糙度检测结果的准确性更高。

2、本实用新型基于红绿色差的定制光源粗糙度检测装置，以定制光源为参照物，相比于采用色块和led光源配合的方式，将色块直接设计成光源，可以减少一次光的反射过程，使光路设计得到简化，为平均色差指标实现在线检测提高了可行性。

【附图说明】

图1为本实用新型基于红绿色差的定制光源粗糙度检测装置的结构示意图。

图2为本实用新型定制彩色光源的平面示意图。

图3为采用本实用新型进行粗糙度检测的检测方法流程图。

其中，1-支架，2-定制彩色光源，3-照相机，4-智能终端，5-待测物件，6-检测平台，7-虚像，8-光源控制器。

【具体实施方式】

为了更清楚地表达本实用新型，以下通过具体实施例对本实用新型作进一步说明。

当采用色块作为参照物时，目的是要得到色块在工件表面上所成的虚像，其成像原理是光照射在色块上，通过色块反射到工件表面上，再通过工件表面光反射到相机成像。从光源发出的光至少要经过二次反射才能到达相机成像，这无疑为工程实践增加了光路设计困难，如果将色块直接设计成光源，这样就可以减少一次光的反射过程，为表面粗糙度实现在线检测提高了可行性。

图1示出了本实用新型一种基于红绿色差的定制光源粗糙度检测装置，包括检测平台6、定制彩色光源2、图像获取单元3和智能终端4；

所述检测平台6用于承载待测物件5，优选采用精密光学测试台；

所述定制彩色光源2包括灯座、灯珠和方形灯罩，灯座表面设置有方形灯罩；图像获取单元3为相机，优选为ccd相机。定制彩色光源2和图像获取单元3均通过支架1设置在检测平台6的上方，定制彩色光源2发射的光和图像获取单元的镜头均朝向所述检测平台上待测物件5的表面，方形灯罩的平面中心法线与待测物件上表面的法线的夹角为θ1，图像获取单元的光轴与待测物件上表面的法线的夹角为θ2，方形灯罩的平面中心法线与图像获取单元的光轴位于待测物件上表面的法线两侧，所述θ1、θ2均小于90°，且θ1＝θ2；

图像获取单元3与智能终端4连接，图像获取单元3用于获取定制彩色光源1在待测物件5表面所成的虚像所对应的图像，并通过无线通信模块发送给智能终端4；

智能终端4包括存储模块和粗糙度计算模块，优选采用计算机；智能终端4与所述图像获取单元3通信连接。其中，存储模块用于存储定制彩色光源1的虚像图像的平均色差指标与物体表面粗糙度之间的对应关系，粗糙度计算模块用于根据图像获取单元3发送过来的虚像图像，计算虚像图像的平均色差指标，再根据存储模块所存储的对应关系，计算待测物的表面粗糙度；其中，虚像图像的平均色差指标与物体表面粗糙度之间的对应关系的计算原理为现有技术，在此不详细阐述。

本实施方式中，定制彩色光源1包含有2个或4个灯珠，每个灯珠通过相同的方形灯罩独立罩住；其中一半为红色灯珠，一半为绿色灯珠；当灯珠数为2个时，设置一排；当灯珠数为4个时，设置两排，每排2个灯珠的方式，且相邻灯珠的颜色不同。图3示出了设置四个灯珠的结构，本实施方式中，灯罩采用边长为40mm的塑料灯罩，灯罩之间的距离设置为2mm。定制红绿光源电压为24v，红灯功率为0.9w，绿灯功率为1.8w，亮度区间为85-120，灯罩采用透明塑料。

在其他实施方式中，本装置还包括多通路数显光源控制器，所述光源控制器的每一通路控制分别其中一个灯珠，所述光源控制器能够控制灯珠的亮度。

本实用新型在实施时，利用上述装置进行粗糙度，可以采用以下检测方法进行粗糙度检测，图3示出了该检测方法的流程图，包括以下步骤：

(1)以红绿定制光源为参照物，使参照物在一组粗糙度不同的标准试块表面形成虚像，计算每个虚像的平均色差指标，根据各标准试块的表面粗糙度及计算出来的平均色差指标值，建立虚像平均色差指标与物体表面粗糙度之间的对应关系；

在该步骤中，标准试块为一组具有不同表面粗糙度的试块，各标准试块与待测试块均应为同一种材质，表面纹理方向应当相同。定制光源为红绿定制光源，该两种颜色有利于人眼视觉系统的简单判定；定制光源采用电源控制器控制其亮度，从而方便根据不同的材质选择适合的亮度作为测试标准亮度。

上述步骤中，平均色差指标采用下述公式计算：

其中，m和n分别虚像的长度像素数和宽度像素数，r(i,j)-g(i,j)表示虚像上每个点的红绿色差，r(i,j)表示图像中位于点(i,j)处红色分量的数值，g(i,j)表示图像中位于点(i,j)处绿色分量的数值；

平均色差指标计算出来后，采用最小二乘法建立平均色差指标与表面粗糙度值之间的关系。

(2)获取参照物在待测物表面所形成的虚像对应的图像；在此步骤中，参照物的设置条件以及其他测试条件均与测试标准试块时相同，以保持测试的同一性。

(3)计算步骤(2)所述图像的平均色差指标，根据步骤(1)的对应关系，计算图像的平均色差指标对应的表面粗糙度，作为待测物的表面粗糙度。

上述说明是针对本实用新型较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本实用新型的专利申请范围，凡本实用新型所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本实用新型所涵盖专利范围。