基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，包括机器视觉检测装置、用于架设光纤及放线的第一导轮，用于架设光纤及收线的第二导轮，还包括至少一个用于调整光纤张力的第三导轮，所述机器视觉检测装置包括用于采集光纤图像的图像采集装置及与该图像采集装置相连的控制器，所述第三导轮和图像采集装置均位于第一导轮和第二导轮之间。本发明采用四组CCD相机将光纤外径360度全覆盖采样，全面检测光纤的颜色一致性、漏纤、芳纶拉毛、表面油污、表面附有较大胶粒、色斑、划痕等缺陷，降低了光纤缺陷的漏检率，保证了产品质量，同时还能对光纤线径进行检测。
【专利说明】
基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置
技术领域
[0001]本发明属于工业视觉技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置。
【背景技术】
[0002]当前光纤材料外观质量缺陷主要有漏纤(纤芯外漏)、芳纶拉毛(毛刺)、表面油污、表面附有较大胶粒、色斑、划痕等。其中漏纤(纤芯外漏)、芳纶拉毛(毛刺)、划痕等缺陷会影响光纤的抗拉强度;表面油污缺陷影响光纤贮存寿命;表面附有较大胶粒缺陷严重影响光纤缠绕质量;光纤外径大小不规则，容易导致光纤缠绕时出现缺陷。
[0003]目前国内大部分的光纤生产厂家在生产过程中未对光纤外观质量进行实时监测，有的只是通过人工目测并配合激光测径仪对光纤外径进行实时监测。人工目测有其致命缺点，由于工人容易疲劳，对一些比较细微的缺陷(如:漏纤、芳纶拉毛、划痕等)容易造成漏检，从而造成缺陷产品的外流。
[0004]针对光纤外观缺陷检测，申请号为201310085593.1的中国专利公开了一种线缆表面缺陷在线检测装置及方法，依靠激光束从光纤横向方向照射到光纤上以检查透过光纤内部散射光线的光强度分布，来确定光纤是否存在缺陷，但是它只能检测漏纤，对于油污、胶粒、划痕等缺陷无法检测，并且不能检测光纤直径。申请号为00803865.1的中国专利公开了一种检测光纤缺陷的方法，通过数码相机取图对线缆缺陷进行检测，该方法适用于直径大，精度要求低的产品。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，包括机器视觉检测装置、用于架设光纤及放线的第一导轮，用于架设光纤及收线的第二导轮，还包括至少一个用于调整光纤张力的第三导轮，所述机器视觉检测装置包括用于采集光纤图像的图像采集装置及与该图像采集装置相连的控制器，所述第三导轮和图像采集装置均位于第一导轮和第二导轮之间。
[0007]借由上述结构，第三导轮可以增大光纤的张力，从而降低光纤的抖动程度，便于更好地成像，提高图像采集装置采集的待检测光纤的图像质量，检测精度高。
[0008]作为一种优选方式，所述第三导轮的数目为三个。
[0009]作为一种优选方式，所述图像采集装置包括垂直方向采集装置和水平方向采集装置;所述垂直方向采集装置包括分位于光纤左右两侧的第一线形光源和第二线形光源、分位于光纤上下两侧的第一 CCD相机和第二 CCD相机;所述水平方向采集装置包括分位于光纤上下两侧的第三线形光源和第四线形光源、分位于光纤左右两侧的第三CCD相机和第四CCD相机;所述控制器包括与第一 CCD相机相连的第一工控机、与第二 CCD相机相连的第二工控机、与第三CCD相机相连的第三工控机、与第四CCD相机相连的第四工控机，该第一工控机、第二工控机、第三工控机、第四工控机均与交换器相连，该交换器与显示屏相连。
[0010]采用四个CCD相机对光纤表面进行360度全覆盖取图，全面检测光纤外观质量，大大减少了产品漏检现象，提高产品的合格率。四个CCD相机通过网线分别与四台工控机连接，同时采用多个工控机分布式计算，提高了光纤的检测速度。四台工控机以固定采样频率获得相应CCD相机采集的图片来进行算法分析处理(也可不进行算法分析处理，直接人工识别采集图片的外观缺陷)，然后根据采样周期内每台工控机处理的结果综合判断当前光纤外观是否存在缺陷及测量其外径大小，并将结果显示在显示屏上。可实时在线检测光纤并记录缺陷图片，有助于问题回溯。
[0011]作为一种优选方式，所述控制器还包括交换机和网络继电器，所述第一工控机、第二工控机、第三工控机、第四工控机均与交换机相连，交换机通过网络继电器与报警器相连。
[0012]四台工控机自带双千兆网口，并通过交换机组成一个局域网。同时局域网中还连接有一台网络继电器，用于控制报警器发出声光警报。当四台工控机对光纤外观图片进行算法分析后，如存在缺陷，则通过网络发送报警信号至网络继电器，网络继电器连通报警器从而报警。
[0013]作为一种优选方式，所述第一工控机、第二工控机、第三工控机、第四工控机均采用相同的算法对采集到的光纤图片进行图像分析处理，图像分析处理过程包括光纤外观缺陷检测过程及光纤外径测量过程;光纤外观缺陷检测过程包括:先将彩色图片转化为灰度图，然后采用中值滤波的方法对灰度图进行滤波处理，再进行自适应二值化，将光纤图像与背景图像分割，并找到光纤图像最小外接矩形，在该最小外接矩形区域内进行形态学腐蚀和膨胀处理，最后采用连通域分析是否存在外观上缺陷;光纤外径测量过程包括:先将彩色图片转化为灰度图，然后采用中值滤波的方法对灰度图进行滤波处理，再采用canny算子提取光纤图像外径的边缘，用hough变换寻找光纤图像外径边缘位置，并求取外径边缘差的像素值，最后根据事先标定精度求得光纤外径长度。
[0014]作为一种优选方式，所述第一线形光源和第二线形光源均与光纤平行，所述光纤位于第一 C⑶相机和第二 C⑶相机连线的中心。
[0015]作为一种优选方式，所述第三线形光源和第四线形光源均与光纤平行，所述光纤位于第三C⑶相机和第四C⑶相机连线的中心。
[0016]本发明采用四组CCD相机将光纤外径360度全覆盖采样，全面检测光纤的颜色一致性、漏纤、芳纶拉毛、表面油污、表面附有较大胶粒、色斑、划痕等缺陷，降低了光纤缺陷的漏检率，保证了产品质量，同时还能对光纤线径进行检测。
[0017]
【附图说明】
[0018]图1为本发明一实施例的结构不意图。
[0019]图2为机器视觉检测装置的结构示意图。
[0020]图3为图像采集装置的结构示意图。[0021 ]图4为垂直方向采集装置的结构示意图。
[0022]图5为水平方向采集装置的结构示意图。
[0023]图6为本发明工作流程图。
[0024]其中，I为光纤，2为第一导轮，3为第二导轮，4为第三导轮，5为图像采集装置，6为控制器，7为垂直方向采集装置，8为水平方向采集装置，9为第一线形光源，10为第二线形光源，11为第一C⑶相机，12为第二CXD相机，13为第三线形光源，14为第四线形光源，15为第三CCD相机，16为第四CCD相机，17为第一工控机，18为第二工控机，19为第三工控机，20为第四工控机，21为交换器，22为显示屏，23为交换机，24为网络继电器，25为报警器，26为鼠标。
[0025]
【具体实施方式】
[0026]如图1至图5所示，本发明的一实施例包括机器视觉检测装置、用于架设光纤I及放线的第一导轮2，用于架设光纤I及收线的第二导轮3，还包括三个用于调整光纤I张力的第三导轮4，所述机器视觉检测装置包括用于采集光纤I图像的图像采集装置5及与该图像采集装置5相连的控制器6，所述第三导轮4和图像采集装置5均位于第一导轮2和第二导轮3之间。
[0027 ]所述图像采集装置5包括垂直方向采集装置7和水平方向采集装置8。
[0028]所述垂直方向采集装置7包括分位于光纤I左右两侧的第一线形光源9和第二线形光源10、分位于光纤I上下两侧的第一 CCD相机11和第二 CCD相机12。所述第一线形光源9和第二线形光源10均与光纤I平行，所述光纤I位于第一 CXD相机11和第二 CCD相机12连线的中心。
[0029]所述水平方向采集装置8包括分位于光纤I上下两侧的第三线形光源13和第四线形光源14、分位于光纤I左右两侧的第三C⑶相机15和第四CXD相机16。所述第三线形光源13和第四线形光源14均与光纤I平行，所述光纤I位于第三CCD相机15和第四CCD相机16连线的中心。
[0030]第一线形光源9和第二线形光源10与光纤I位于同一水平平面，等距分布在光纤I的左右两边;第一相机和第二相机与光纤I位于同一垂直平面，等距分布在光纤I的上方与下方。第一相机为下视相机，第二相机为上视相机。
[0031]第三相机和第四相机与光纤I位于同一水平平面，等距分布在光纤I的左右两边；第三线形光源13和第四线形光源14与光纤I位于同一垂直平面，等距分布在光纤I的上方与下方。第三相机为左视相机，第四相机为右视相机。
[0032]四组CXD相机、线形光源分别按照90度的间隔安装在固定平台上，并通过第三导轮
4使光纤I穿过四个CCD相机镜头对准的中心位置，四个CCD相机分别对光纤I表面外径90度采样，从而对光纤I表面360度全覆盖检测。光源采用高亮度LED线形光源，线形光源与光纤I同方向安装，同时与镜头端面垂直，可以均匀打亮光纤I外表面以保证得到较好的图片采样效果。
[0033]所述控制器6包括与第一 CCD相机11相连的第一工控机17、与第二 CCD相机12相连的第二工控机18、与第三CCD相机15相连的第三工控机19、与第四CCD相机16相连的第四工控机20，该第一工控机17、第二工控机18、第三工控机19、第四工控机20均通过VGA接口连在一个八口KVM交换器21上。交换器21连有显示屏22、鼠标26和键盘。交换器21的设置使得用一个显示器、一个鼠标26、一个键盘即可方便切换控制不同工控机。
[0034]第一 CXD相机11、第二 C⑶相机12、第三CCD相机15和第四CXD相机16均为高精度CCD相机，第一线形光源9、第二线形光源10、第三线形光源13和第四线形光源14均为高亮度LED线形光源。
[0035]所述控制器6还包括交换机23和网络继电器24，所述第一工控机17、第二工控机18、第三工控机19、第四工控机20均与交换机23相连，交换机23通过网络继电器24与报警器25相连。
[0036]所述第一工控机17、第二工控机18、第三工控机19、第四工控机20均采用相同的算法对采集到的光纤I图片进行图像分析处理，图像分析处理过程包括光纤I外观缺陷检测过程及光纤I外径测量过程;光纤I外观缺陷检测过程包括:先将彩色图片转化为灰度图，然后采用中值滤波的方法对灰度图进行滤波处理，再进行自适应二值化，将光纤I图像与背景图像分割，并找到光纤I图像最小外接矩形，在该最小外接矩形区域内进行形态学腐蚀和膨胀处理，最后采用连通域分析是否存在外观上缺陷；光纤I外径测量过程包括:先将彩色图片转化为灰度图，然后采用中值滤波的方法对灰度图进行滤波处理，再采用canny算子提取光纤I图像外径的边缘，用hough变换寻找光纤I图像外径边缘位置，并求取外径边缘差的像素值，最后根据事先标定精度求得光纤I外径长度。
[0037]本发明的工作流程如图6所示，启动后，检测软件自动连接CCD相机，然后四个工控机通过网络连通CCD相机并分别采集光纤I图片。
[0038]在光纤I以一定速度自动缠绕过程中，光纤I通过四组CCD相机及线形光源，CXD相机从四个方向测量光纤I外径大小，提高光纤I缠绕合格率，工控机以最高的采样频率采样光纤I图片，以保证光纤I外观全部采样不遗漏，四台工控机分别对相应CCD相机采集的图片进行算法分析，当检测结果出现异常，工控机将通过网络发送报警信号至网络继电器24，网络继电器24连通声光报警器25从而报警。
[0039]在本发明中，也可以不使用算法对采集到的光纤I图片进行图像分析处理，而是在四个CCD相机采集到光纤I图片后，直接利用工控机将图片送至显示屏22显示，利用人工对采集到的图片进行缺陷识别，由于本发明装置采集到的图片精度高，相较于原来人工用肉眼直接识别直径较细的光纤I的外观缺陷，即使通过人工判断图片上的缺陷也能降低光纤I缺陷的漏检率。利用采集到的光纤I图片求光纤I外径可以沿用现有的图像分析处理技术中求外径的方法。当检测到不正常时，操作者通过相应的工控机控制报警器25报警。
【主权项】
1.一种基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，包括机器视觉检测装置、用于架设光纤(I)及放线的第一导轮(2)，用于架设光纤(I)及收线的第二导轮(3)，其特征在于，还包括至少一个用于调整光纤(I)张力的第三导轮(4)，所述机器视觉检测装置包括用于采集光纤(I)图像的图像采集装置(5)及与该图像采集装置(5)相连的控制器(6)，所述第三导轮(4)和图像采集装置(5)均位于第一导轮(2)和第二导轮(3)之间。2.如权利要求1所述的基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，其特征在于，所述第三导轮(4)的数目为三个。3.如权利要求1或2所述的基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，其特征在于，所述图像采集装置(5)包括垂直方向采集装置(7)和水平方向采集装置(8); 所述垂直方向采集装置(7)包括分位于光纤(I)左右两侧的第一线形光源(9)和第二线形光源(10)、分位于光纤(I)上下两侧的第一 CXD相机(11)和第二 CXD相机(12);所述水平方向采集装置(8)包括分位于光纤(I)上下两侧的第三线形光源(13)和第四线形光源(14)、分位于光纤(I)左右两侧的第三C⑶相机(15)和第四C⑶相机(16); 所述控制器(6)包括与第一 CCD相机(11)相连的第一工控机(17)、与第二 CCD相机(12)相连的第二工控机(18)、与第三CXD相机(15)相连的第三工控机(19)、与第四CCD相机(16)相连的第四工控机(20)，该第一工控机(17)、第二工控机(18)、第三工控机(19)、第四工控机(20)均与交换器(21)相连，该交换器(21)与显示屏(22)相连。4.如权利要求3所述的基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，其特征在于，所述控制器(6)还包括交换机(23)和网络继电器(24)，所述第一工控机(17)、第二工控机(18)、第三工控机(19)、第四工控机(20)均与交换机(23)相连，交换机(23)通过网络继电器(24)与报警器(25)相连。5.如权利要求3所述的基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，其特征在于，所述第一工控机(17)、第二工控机(18)、第三工控机(19)、第四工控机(20)均采用相同的算法对采集到的光纤(I)图片进行图像分析处理，图像分析处理过程包括光纤(I)外观缺陷检测过程及光纤(I)外径测量过程； 光纤(I)外观缺陷检测过程包括:先将彩色图片转化为灰度图，然后采用中值滤波的方法对灰度图进行滤波处理，再进行自适应二值化，将光纤(I)图像与背景图像分割，并找到光纤(I)图像最小外接矩形，在该最小外接矩形区域内进行形态学腐蚀和膨胀处理，最后采用连通域分析是否存在外观上缺陷； 光纤(I)外径测量过程包括:先将彩色图片转化为灰度图，然后采用中值滤波的方法对灰度图进行滤波处理，再采用canny算子提取光纤(I)图像外径的边缘，用hough变换寻找光纤(I)图像外径边缘位置，并求取外径边缘差的像素值，最后根据事先标定精度求得光纤(I)外径长度。6.如权利要求3所述的基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，其特征在于，所述第一线形光源(9)和第二线形光源(10)均与光纤(I)平行，所述光纤(I)位于第一C⑶相机(11)和第二C⑶相机(12)连线的中心。7.如权利要求3所述的基于机器视觉的光纤外观缺陷检测及外径测量装置，其特征在于，所述第三线形光源(13)和第四线形光源(14)均与光纤(I)平行，所述光纤(I)位于第三C⑶相机(15)和第四C⑶相机(16)连线的中心。
【文档编号】G01B11/08GK105891228SQ201610395903
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】邹永, 卞勇, 盛峰, 张春华, 王刚, 朱莲香, 曹白玉, 雷燕, 林明辉, 周鹏, 曹虎, 李仁义, 潘广悦, 刘贞, 马宇坤, 吴康, 贺芳
【申请人】江南工业集团有限公司