一种3D玻璃的曲面成像方法及装置与流程

一种3d玻璃的曲面成像方法及装置
技术领域
1.本发明涉及玻璃生产检测设备领域，具体涉及一种3d玻璃的曲面成像方法及装置。


背景技术：

2.在玻璃检测领域，采用机器视觉的方式自动化检测玻璃的尺寸及缺陷被越来广泛的应用，所谓机器视觉就是通过计算机来模拟人类视觉功能，让计算机获得相关视觉信息和加以理解，可分为“视”和“觉”两部分，“视”是将外界信息通过成像方式转换成数字信号反馈给计算机，清晰的成像是应用机器视觉技术关键的第一步。目前，采用线扫描相机可以对2d平面玻璃能完整清晰的成像，但由于传统的检测设备的控制精度和灵活不够，控制方式不够智能，无法让3d玻璃的曲面的待扫描成像面到相机的距离(物距wd)与相机的焦距保持一致，使得用线扫描相机对曲面部分扫描成像时，成像不清晰，容易产生虚影，模糊，明暗不均等问题，导致无法通过机器视觉解析缺陷，因此工厂对于3d曲面玻璃还是采用最原始的人工检测方式：手工转动加目测，成本高，效率低。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供了一种3d玻璃的曲面成像方法及装置，该装置主要由高分辨率的线扫描相机，机械臂，吸附部，系统控制器，光源，频闪控制器，支架等组成。通过机械臂及吸附部件来模拟人手抓取、移动、旋转3d曲面玻璃，通过频闪控制器、光源及线扫描相机获取3d曲面玻璃内外各个面的在不同光源照射下的清晰图像，解决了传统的玻璃检测设备由于控制精度与灵活度不够，控制方式不够智能，只能对2d玻璃进行成像与检测，无法对3d曲面玻璃进行完整清晰成像，进而无法运用机器视觉对3d曲面玻璃进行自动化检测的问题。
4.本发明3d玻璃的曲面成像装置是通过以下技术方案来实现的：包括第一线扫描相机、第二线扫描相机、机械臂、吸附部件、系统控制器、一个以上的光源、频闪控制器以及支架；
5.支架一端设置有固定平台，机械臂安装在固定平台上；支架一侧设置有延伸臂；延伸臂另一端安装第一线扫描相机；系统控制器和第二线扫描相机安装于支架另一侧；第一线扫描相机与第二线扫描相机位置相对应；机械臂另一侧安装吸附部件；一个以上的光源分设在一线扫描相机和第二线扫描相机两侧；
6.吸附部件下方依次设置有一个或以上的吸嘴和待测3d玻璃。
7.作为优选的技术方案，一个以上的光源包括上表面明场光源、上表面第一暗场光源、上表面第二暗场光源、上表面交叉光源、下表面明场光源、下表面第一暗场光源、下表面第二暗场光源以及下表面交叉光源；一个或以上的吸嘴包括a吸嘴或者a吸嘴和b吸嘴。
8.本发明3d玻璃的曲面成像方法，包括以下步骤：
9.步骤一、将待扫描的3d玻璃曲面的最边缘为第一个起始点，从该起点向曲面部分
画任意直线，该直线将与曲面相交，将曲面分割出一个更小的曲面，再以当前小曲面的最高点为起点，向该直线引垂直线，该垂直线将作为该曲面扫描的法线，当且仅当两线的交点与所引垂直线的起点之间的距离接近或者等于所用相机景深的一半时，该直线即为第一段待测面的直线，再找到该直线对应于3d玻璃曲面的对应的点，将该点作为第一段扫描曲面的结束点；再以该点为第二段扫描曲面的起始点；
10.步骤二、按步骤一同样的的原理，计算出第二段待测面的直线，找到该直线对应于3d玻璃曲面的对应的点，将该点作为第二段扫描曲面的终点；依此类推，直到将整个曲面都分解完，计算出最后一段曲面的起始和结束点，按此方式将3d玻璃的曲面分好段，再对每一段分别进行扫描成像，保证每一段成像清晰；
11.步骤三、再将每段的扫描所成的图像分别送给计算机，从而完成3d玻璃曲面部分图像采集过程；
12.本发明的有益效果是：由高分辨率的线扫描相机，机械臂，吸附部，系统控制器，光源，频闪控制器，支架等组成。通过机械臂及吸附部件来模拟人手抓取、移动、旋转3d曲面玻璃，通过频闪控制器、光源及线扫描相机获取3d曲面玻璃内外各个面的在不同光源照射下的清晰图像，解决了传统的玻璃检测设备由于控制精度与灵活度不够，控制方式不够智能，只能对2d玻璃进行成像与检测，无法对3d曲面玻璃进行完整清晰成像，进而无法运用机器视觉对3d曲面玻璃进行自动化检测的问题。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明曲面分段原理的意图一；
15.图2为本发明曲面分段原理的意图二；
16.图3为本发明玻璃运动方向示意图；
17.图4为本发明装置的整体结构示意图。
具体实施方式
18.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
19.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有
明确具体的限定。
22.本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
23.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.如图1所示，本发明的一种3d玻璃的曲面成像装置，包括第一线扫描相机、第二线扫描相机、机械臂、吸附部件、系统控制器、一个以上的光源、频闪控制器以及支架；
25.支架一端设置有固定平台(未图示)，机械臂安装在固定平台上；支架一侧设置有延伸臂；延伸臂另一端安装第一线扫描相机；系统控制器和第二线扫描相机安装于支架另一侧；第一线扫描相机与第二线扫描相机位置相对应；机械臂另一侧安装吸附部件；一个以上的光源分设在一线扫描相机和第二线扫描相机两侧；
26.吸附部件下方依次设置有一个或以上的吸嘴和待测3d玻璃。
27.本实施例中，一个以上的光源包括上表面明场光源、上表面第一暗场光源、上表面第二暗场光源、上表面交叉光源、下表面明场光源、下表面第一暗场光源、下表面第二暗场光源以及下表面交叉光源；一个或以上的吸嘴包括a吸嘴或者a吸嘴和b吸嘴；固定平台具有高抗震性。
28.如图1
‑
3所示，本发明的一种3d玻璃的曲面成像方法，包括以下步骤：
29.步骤一、依据3d玻璃曲面部分的弧度大小及所选的线扫描相机的景深，将3d玻璃的曲面按特定的方式进行分段，计算方式如下：
30.将待扫描的3d玻璃曲面的最边缘为第一个起始点，从该起点向曲面部分画任意直线，该直线将与曲面相交，将曲面分割出一个更小的曲面，再以当前小曲面的最高点为起点，向该直线引垂直线，该垂直线将作为该曲面扫描的法线，当且仅当两线的交点与所引垂直线的起点之间的距离接近或者等于所用相机景深的一半时，该直线即为第一段待测面的直线，再找到该直线对应于3d玻璃曲面的对应的点，将该点作为第一段扫描曲面的结束点；再以该点为第二段扫描曲面的起始点；
31.步骤二、按步骤一同样的的原理，计算出第二段待测面的直线，找到该直线对应于3d玻璃曲面的对应的点，将该点作为第二段扫描曲面的终点；依此类推，直到将整个曲面都分解完，计算出最后一段曲面的起始和结束点，按此方式将3d玻璃的曲面分好段；
32.步骤三、对每一段分别进行扫描成像，保证每一段成像清晰；
33.步骤四、再将每段的扫描所成的图像分别送给计算机，从而完成3d玻璃曲面部分图像采集过程；
34.具体包括以下几个步骤：
35.步骤一、系统控制器18控制机械臂11及吸附部件12从流水线上吸附待测3d玻璃15，吸附部件12的a吸嘴13吸附在待测3d玻璃15的后半部分，吸附部件12的b吸嘴14移动到第一线扫描相机9和第二线扫描相机10的视场区域外，避免阻挡线扫描相机的扫描成像。
36.步骤二、机械臂11通过吸附部件12将待测3d玻璃15吸附上，接着机械臂11调整玻璃位置，先让第一段扫描曲面的直线与水平面平行，接着系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制上表面明场光源1、上表面第一暗场光源2、上表面第二暗场光源3、上表面交叉光源4依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第一线扫描相机9启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从前到后直线运动，待第一段扫描曲面的上表面扫描完，形成一幅图片后停止。
37.步骤三、对第一段扫描曲面的下表面进行扫描，系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制下表面明场光源5、下表面第一暗场光源6、下表面第二暗场光源7、下表面交叉光源8依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第二线扫描相机10启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从后到前直线运动，待第一段扫描曲面的下表面扫描完，形成一幅图片后停止。
38.步骤四、机械臂11再次调整玻璃位置，先让第二段扫描曲面的直线与水平面平行，接着系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制上表面明场光源1、上表面第一暗场光源2、上表面第二暗场光源3、上表面交叉光源4依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第一线扫描相机9启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从前到后直线运动，待第二段扫描曲面的上表面扫描完，形成一幅图片后停止。
39.步骤五、对第二段扫描曲面的下表面进行扫描，系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制下表面明场光源5、下表面第一暗场光源6、下表面第二暗场光源7、下表面交叉光源8依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第二线扫描相机10启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从后到前直线运动，待第二段扫描曲面的下表面扫描完，形成一幅图片后停止。
40.步骤一、系统控制器18控制机械臂11及吸附部件12从上料机的流水线上吸附待测3d玻璃15(如果待测玻璃比较轻，且尺寸小则仅需要用吸附部件12的a吸嘴13，如果待测玻璃比较重或者尺寸小比较大，为保证玻璃吸附的稳定稳定性和平整度，则需同时用到吸附部件12的a吸嘴13加b吸嘴14)。
41.步骤二、机械臂11调整玻璃位置，先让第一段扫描曲面的直线与水平面平行，接着系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制上表面明场光源1、上表面第一暗场光源2、上表面第二暗场光源3、上表面交叉光源4依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第一线扫描相机9启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从前到后直线运动，运动方向如图3所示，待第一段扫描曲面的上表面扫描完，形成一幅图片后停止。
42.步骤三、对第一段扫描曲面的下表面进行扫描，系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制下表面明场光源5、下表面第一暗场光源6、下表面第二暗场光源7、下表面交叉光源8依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第二线扫描相机10启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从后到前直线运动，运动方向如图3所
示，待第一段扫描曲面的下表面扫描完，形成一幅图片后停止。
43.步骤四、机械臂11再次调整玻璃位置，先让第二段扫描曲面的直线与水平面平行，接着系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制上表面明场光源1、上表面第一暗场光源2、上表面第二暗场光源3、上表面交叉光源4依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第一线扫描相机9启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从前到后直线运动，运动方向如图3所示，待第二段扫描曲面的上表面扫描完，形成一幅图片后停止。
44.步骤五、对第二段扫描曲面的下表面进行扫描，系统控制器18启动频闪控制器17，频闪控制器17分别控制下表面明场光源5、下表面第一暗场光源6、下表面第二暗场光源7、下表面交叉光源8依次按设定的时间间隔先开后关，同时频闪控制器17通知第二线扫描相机10启动线扫描，接着机械臂11按最小运动量匀速从后到前直线运动，运动方向如图3所示，待第二段扫描曲面的下表面扫描完，形成一幅图片后停止。
45.步骤六、依次类推，机械臂11按设定的程序，不断调整玻璃15的位置，再前后往返运动，在频闪控制器18及第一线扫描相机9，第二扫描相机10的配合下完成3d玻璃15曲面部分的最后一个段曲面的扫描成像，进而完成了3d玻璃15一侧的整个曲面部分上下表面的成像。
46.步骤七、依次类推，按上述方式依次完成3d玻璃15另外3个曲面的部分上下表面的成像，进而完成整个3d玻璃15所有曲面的扫描成像。
47.本发明的有益效果是：该装置主要由高分辨率的线扫描相机，机械臂，吸附部，系统控制器，光源，频闪控制器，支架等组成；通过机械臂及吸附部件来模拟人手抓取、移动、旋转3d曲面玻璃，通过频闪控制器、光源及线扫描相机获取3d曲面玻璃内外各个面的在不同光源照射下的清晰图像，解决了传统的玻璃检测设备由于控制精度与灵活度不够，控制方式不够智能，只能对2d玻璃进行成像与检测，无法对3d曲面玻璃进行完整清晰成像，进而无法运用机器视觉对3d曲面玻璃进行自动化检测的问题。
48.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。