线缆护套表面瑕疵检测仪及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种线缆护套表面瑕疵检测仪及其检测方法。所述瑕疵检测仪，包括检测区、图像采集单元和支撑部件；所述检测区包括呈柱状的空心的线缆通道；所述图像采集单元包括光源、相机和显示器；所述光源固定于线缆通道的内壁上；所述光源为环形光源或者点状光源；所述相机设置有多个，间隔均匀的固定在线缆通道四周，相机镜头对准线缆通道的轴线方向；相机通过超六类网线与工控机内部的千兆网卡相连接；所述支撑部件设置在检测区下方。本发明可用来检测线缆护套的如下缺陷：1)凸起鼓包；2)凹坑露线，起皮；3)直径不均匀；4)管材、棒材的划痕及其它缺陷。检测范围广且十分实用，可以有效提高线缆护套生产厂家的工作效率和产品良率。
【专利说明】
线缆护套表面瑕疵检测仪及其检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及线缆护套检测技术，具体涉及一种线缆护套表面瑕疵检测仪及其检测方法。
【背景技术】
[0002]电缆、光缆、线缆类产品的护套在进行生产时表面容易出现的鼓包、凹坑、露线、起皮，划伤，粗细不均匀等表面瑕疵。
[0003]由于护套生产线是光缆、电缆、线缆的最后一道生产工序，由于现有的技术特点，即生产线生产速度快、自动化程度高，光缆护套很容易在生产过程中产生瑕疵不良，如果不能直接在生产时对不良进行检测、排除，将直接影响到光缆、电缆的产品质量，后期流转到客户中造成质量投诉，给生产厂方带来很大的损失。
[0004]现有的线缆护线套检测，使用两组或三组激光传感器，将激光传感器分布于线缆的四周，通过线缆遮挡的激光，计算出当前的直径，并通过直径的波动，来判断当前线缆护线套是否有鼓包、破洞以及直径异常等问题。图1是现有技术中的激光传感器的原理图。实际工业上使用2组(垂直分布)或者3组(120度分布)图1所示的设备。
[0005]但是使用激光检测线缆护线套的鼓包与破皮，有以下几点缺陷:
[0006]1、检测出问题后，没有图片，无法进行人工判断。
[0007]2、由于激光是平行光源，使用两组或者三组激光，会产生盲区，而使用更多的传感器会带来额外的成本且无法避免盲区的产生。图2是激光盲区的示意图。如图2所示，黑色区域即为激光的盲区。
【发明内容】
[0008]针对现有技术的不足，本发明公开了一种线缆护套表面瑕疵检测仪及其检测方法。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]—种线缆护套表面瑕疵检测仪，包括检测区、图像采集单元和支撑部件;所述检测区包括呈柱状的空心的线缆通道;所述图像采集单元包括光源、相机和工控机;所述工控机内部安装有网卡;所述光源固定于线缆通道的内壁上;所述光源为环形光源或者点状光源;所述相机设置有多个，间隔均匀的固定在线缆通道四周，相机镜头对准线缆通道的轴线方向；相机通过网卡与工控机相连接;所述支撑部件设置在检测区下方。
[0011 ]其进一步的技术方案为:所述光源为环形光源，设置有两组，一组固定于线缆通道入口处，一组固定于线缆通道出口处。
[0012]其进一步的技术方案为:所述相机设置有三个或者四个;如果相机设置有三个，则三个相机间隔均匀固定在线缆通道四周，相邻的相机之间的相隔夹角为120°;如果相机设置有四个，则四个相机间隔均匀固定在线缆通道四周，相邻的相机之间的相隔夹角为90°。
[0013]其进一步的技术方案为:所述支撑部件上设置有气缸，可带动检测区向上或者向下运动。
[0014]其进一步的技术方案为:还包括控制电路，所述控制电路包括稳压器和编码器，稳压器的输入端输出220V单相交流电，输出端分别连接工控机、24V开关电源和12V开关电源；所述24V开关电源的输出端输出24V直流电，连接所述光源;所述12V开关电源的输出端输出12V直流电，分别连接所述编码器和相机;所述编码器的输入端采集电缆的行进速度信号，编码器的脉冲信号发射端口发射脉冲，驱动所述相机的拍照开关;所述工控机上还连接有网卡，所述网卡通过网线与相机的数据传输端口相连接。
[0015]—种线缆护套表面瑕疵其检测方法，包括以下步骤:
[0016]步骤1、线缆通过线缆通道，进入相机的扫描区域，编码器采集线缆的通过速度，并依此速度控制相机的扫描频率;相机根据编码器采集到的速度信号进行速度相同的同步拍摄;
[0017]步骤2、软件采图控制单元将相机驱动传输过来的图像传递给图像预处理单元;相机驱动传输来的图像为灰度值在O?255范围内的灰度图，设定图像灰度值分界点η;图像预处理单元对图像进行分割，图像灰度值为O?η的区域，判定为背景区域，图像灰度值为η?255的区域，判定为线缆区域；
[0018]步骤3、对分割出的线缆区域做有效性判断，当分割区域的高度、宽度以及灰度值满足要求时，判断分割有效；
[0019 ]分割区域的高度要求为:分割区域在纵向方向上贯穿整个图像；
[0020]分割区域的宽度要求为:设定一标准宽度值范围；将分割区域纵向分为若干个等分区域，对所有等分区域中线缆的宽度求平均值，作为分割区域的宽度;分割区域的宽度在标准宽度值范围之内；
[0021]分割区域的灰度值要求为:设定一标准灰度值范围；分割区域中的线缆图像中所有像素点的灰度值的平均值在此设定的灰度值范围之内；
[0022]步骤4、图像预处理单元将有效区域传递给缺陷检测分析单元；
[0023]步骤5、缺陷检测分析单元对有效区域进行阈值分割;设定阈值分割上限值xmax，阈值分割下限值xmin，获取线缆图像中灰度值在xmax?xmin之间的像素点，判定为异常点，异常点组成整体的异常区域储存在内存中；对整体的异常区域进行联通操作，使之成为多个独立的异常区域;并对多个独立的异常区域进行判断:
[0024]设定一面积最大值ymax，设定一面积最小值ymin，当异常区域面积小于最小值时，则判定为干扰点，不作为缺陷检出，当异常面积大于最大值时，则判定为异常点，不作为缺陷检出；
[0025]设定一灰度最大值zmax，设定一灰度最小值zmin，当异常区域的灰度值小于最小值时，则判定为干扰点，不作为缺陷检出，当异常区域的灰度值大于最大值时，则判定为异常点，不作为缺陷检出；
[0026]选择符合条件的区域，作为缺陷显示到主界面上。
[0027]本发明的有益技术效果是:
[0028]1、本发明可用来检测有效检测线缆护套的如下缺陷:I)凸起鼓包;2)凹坑露线，起皮;3)直径不均匀;4)管材、棒材的划痕及其它缺陷。检测范围广且十分实用，可以有效提高线缆护套生产厂家的工作效率和产品良率。
[0029]2、本发明的图像采集单元中安装了照明用的光源，可以使用点状光源，另外，本发明还提出了优选的技术方案，即线缆通道内部使用两组发光均匀的环形光源，可构成均匀的发光亮场，均匀照亮线缆护套外部，保证相机的拍摄质量。具体使用点状光源还是环形光源，取决于线缆的直径及产线运行的速度；点状光源的成本更低，但是如果线缆直径大，运行速度大，则可选择环形光源，照亮效果更好
[0030]3、本发明的图像采集单元使用了相机。但是相机数量过多，则成本上升，相机数量过少，则无法拍摄到线缆护套的全部范围。通过多次实验，本发明提出了优选的技术方案，SP，可使用三台或者四台相机。如果使用四台相机，则可以100%覆盖直径大于50mm以上的线缆;如果使用三台相机，则可以100%覆盖直径小于50mm以下的线缆。即可根据需要测量的线缆参数选择合适数量的相机，以在完全拍摄的基础上节约成本。
[0031]4、本发明提出的控制电路以及检测方法，可以长时间保存缺陷图片，并在数据库中记录缺陷的批次号、大小、位置等信息，便于用户搜集产品质量数据。
[0032]5、本发明提出的控制电路以及检测方法，可以实时显示当前的产品缺陷图像信息，有效帮助用户实时解决生产异常，改进生产工艺。
[0033]6、本发明通过编码器控制相机的拍摄，可调整相机的拍摄速率，使其与编码器所采集到的电缆的移动速度相等，使得采集到的图像不会因为速度的变化而产生比例失真。
[0034]7、本发明提出了的检测方法，可配合检测仪，有效挑选出可能有瑕疵问题的产品，进行判断并将瑕疵问题进行显示。可以对线缆护线套表面进行100%覆盖扫描，可以不遗漏任何一个缺陷点。有助于提升产品质量，增加用户产品的品牌效益。
【附图说明】
[0035]图1是现有技术中的激光传感器的原理图。
[0036]图2是激光盲区的示意图。
[0037]图3是瑕疯检测仪的侧视图。
[0038]图4是瑕疵检测仪的正视图。
[0039]图5为环形光源的发光示意图。
[0040]图6为使用三台相机拍摄的示意图。
[0041]图7是控制电路的示意图。
[0042]图8是检测方法中的数据处理流程图。
【具体实施方式】
[0043]图3是瑕疵检测仪的侧视图。图4是瑕疵检测仪的正视图。如图3、图4所示，瑕疵检测仪包括检测区、图像采集单元和支撑部件。
[0044]检测区包括呈柱状的空心的线缆通道I。线缆6在检测时穿过线缆通道I。
[0045]图像采集单元包括光源2、相机3和显示器4。光源2固定于线缆通道I的内壁上。光源2可以使用点状光源或者环形光源。使用点状光源成本较低，使用环形光源则照亮效果更好。本实施例使用了两组发光均匀的环形光源，一组固定于线缆通道I的入口处，一组固定于线缆通道的出口处。图5为环形光源的发光示意图。如图所示，两组环形光源可以形成均匀亮场，有利于全方位的照亮线缆，增加相机拍摄的辨识度。
[0046]相机3设置有多个，间隔均匀的固定在线缆通道四周，相机镜头对准线缆通道的轴线方向。相机数量过多，则成本上升，相机数量过少，则无法全面拍摄线缆护套。本发明公开了优选的技术方案，即相机可设置三个或者四个。图6为使用三台相机拍摄的示意图。如果相机设置有三个，则三个相机间隔均匀固定在线缆通道四周，相邻的相机之间的相隔夹角为120°;如果相机设置有四个，则四个相机间隔均匀固定在线缆通道四周，相邻的相机之间的相隔夹角为90°。实验显示，如果使用四台相机，则其拍摄范围可以100%覆盖直径大于50mm以上的线缆;如果使用三台相机，则其拍摄范围可以100%覆盖直径小于50mm以下的线缆。可根据被测线缆的参数确定相机的数量。
[0047]相机3与显示器4相连接。相机可将拍摄好的图片传输给显示器，操作员可从显示器上看到经处理过的图像，将缺陷线缆挑出，以增加售出产品的良率。
[0048]检测区下方还设置有支撑部件。支撑部件包括气缸5。气缸5可将检测区域支撑起来，且可带动检测区向上或者向下运动，改变检测区域的高低位置，以适应生产线的要求。
[0049]图7是控制电路的示意图。控制电路包括稳压器7和编码器8，稳压器7的输入端输出220V单相交流电，经过稳压作用后，输出端依旧输出220V的单相交流电。稳压器的输出端分别连接工控机9、24V开关电源1和12V开关电源11。24V开关电源1的输出端输出24V直流电，连接光源2 ο 12V开关电源11的输出端输出12V直流电，分别连接编码器8和相机3。稳压器
7、24V开关电源10和12V开关电源11可使用市售产品。工控机9可使用常规的具有数据处理功能的个人计算机。
[0050]光源2为环形光源，在本实施例中，是型号为CREE Q5的LED灯。编码器8的型号为内密控0VW-1024-2MHT，其信号输入端口连接速度传感器，采集电缆6所行进的速度信号，其脉冲输出端口控制相机的拍照开关。
[0051 ]型号为内密控0VW-1024-2MHT的编码器8为旋转编码器，编码器中心有一根轴，由外力驱动该轴旋转，每旋转一定的角度，编码器会从A路和B路同时输出两组信号，每组信号每一圈共输出1024个脉冲信号，并且这两组信号是错位1/4周期输出的，即当A路信号在波峰状态的一半时，B路信号开始进入波峰状态，当A路信号结束波峰状态，跳变到波谷状态时，B路信号在波峰状态的一半。
[0052]相机3是型号为DALSA SF-10-02K40-GE-02的线扫描相机，相机3的Gige接口通过网线连接网卡12。网卡12的型号为Intel PR0/1000PTEXP19404PT，连接在工控机9之上。工控机9通过RS232接口连接显示器，输出检测结果。
[0053]瑕疵检测仪的工作原理为，稳压器7以及24V开关电源10和12V开关电源11为系统相关部分供电后，编码器8与线缆6同步运行，且编码器8发送脉冲信号给相机3的拍摄开关，相机3由编码器的脉冲信号驱动进行拍摄采图。由于编码器8是跟线缆6同步运行，因此脉冲信号频率与线缆的速度完全同步，使得采集到的图像不会因为速度的变化而产生比例失真。
[0054]相机3所拍摄的图像通过Gige接口，即千兆网接口传送至网卡12，工控机O通过网卡读取相机3所采集到的图像，判断产品瑕疵，并通过RS232接口将结果传输至显示器件。
[0055]本发明还公开了一种线缆护套表面瑕疵检测方法，图8是检测方法中的数据处理流程图。结合图8，工控机中包括软件采图控制单元、图像预处理单元、缺陷检测分析单元。检测方法具体包括以下步骤:
[0056]步骤1、线缆通过线缆通道，进入相机的扫描区域，编码器采集线缆的通过速度，并依此速度控制相机的扫描频率;相机根据编码器采集到的速度信号进行速度相同的同步拍摄;
[0057]步骤2、软件采图控制单元将相机驱动传输过来的图像传递给图像预处理单元;相机驱动传输来的图像为灰度值在O?255范围内的灰度图，设定图像灰度值分界点η;图像预处理单元对图像进行分割，图像灰度值为O?η的区域，判定为背景区域，图像灰度值为η?255的区域，判定为线缆区域。
[0058]在本实施例中，型号为DALSA SF-10-02K40-GE-02相机采集到的是8位灰度图，图像尺寸为2048*500，横向2048个像素点，纵向500个像素点。图像中每个像素点由O?255的灰度值表示，灰度值为O代表图像全黑，灰度值为255代表图像全白。由于检测仪打光的角度以及拍摄的角度，使得所采集到的图像背景几乎为全黑，即接近0，而线缆区域则由于表面对光线的漫反射，使得图像处于40?50的灰度值区间内，在本实施例中，使用20作为灰度的分界点，灰度在O?19之间的区域认定为背景区域，灰度在20?255之间的区域认定为线缆区域。
[0059]步骤3、对分割出的线缆区域，即分割区域，做有效性判断。分割区域即选出的电缆图像。当分割区域的高度、宽度以及灰度值满足要求时，判断分割有效。分割区域的各项要求详述如下:
[0060](I)分割区域的高度要求为:分割区域在纵向方向上贯穿整个图像；
[0061]该分割区域最底部的坐标Υ2减去该分割区域最顶部的坐标Yl为区域的高度。由于线缆是连续不断的生产的，因此线缆在图像中一定是纵向贯穿全图的，也就是说，图像的高度Η=Υ2-Υ1+1，因此当Υ2-Υ1+1的值等于H时，判断分割区域为有效区域。实际操作中，通常会留有一定的余量，例如可在程序中设定当Υ2-Υ1 + 1多Η*0.98，则判定符合该条件。高度参数由程序内部决定，不可自由设置。
[0062](2)分割区域的宽度要求为:设定一标准宽度值范围；将分割区域纵向分为若干个等分区域，对所有等分区域中线缆的宽度求平均值，作为分割区域的宽度;分割区域的宽度在标准宽度值范围之内；
[0063]此要求即对线缆区域横向的宽度的判断。由于线缆在运行过程中难免会有抖动，因此拍摄到的线缆图像会呈现一定的扭曲。在测量线缆区域的宽度时，综合考虑效率与精度，程序采用分段采样求平均的方法计算宽度。在本实施例中，选取任一图像中的分割区域，将其纵向等分为10个区间，在每个区间内，取中间一行，测量分割区域在该行的左右两个边界点Χ1，Χ2，计算出该行的宽度W1=X2-X1。将10个区间测量到的值W1，W2，W3...WlO求平均值，即得到当前线缆的宽度W。
[0064]在实际使用时，用户根据线缆粗细变化情况，设定宽度的有效范围。例如，正常宽度是100像素，而实际生产时，线缆的粗细有可能会在±20%波动，那么就将宽度有效范围设定为80-120区间内。
[0065](3)、分割区域的灰度值要求为:设定一标准灰度值范围；分割区域中的线缆图像中所有像素点的灰度值的平均值在此设定的灰度值范围之内；
[0066]在实际操作中，由用户设定平均灰度值的有效范围区间。平均灰度值即有效区域内所有像素点灰度值的平均值。用户通过调节生产工艺，可以测出不同工艺下的线缆表面灰度值，并以此作为设定区间即可。因此当拍摄到的线缆区域超过用户设定的范围时，软件会判定为无效图像，不进行检测。
[0067]步骤4、图像预处理单元将有效区域传递给缺陷检测分析单元；
[0068]步骤5、步骤5、缺陷检测分析单元对有效区域进行阈值分割;设定阈值分割上限值xmax，阈值分割下限值xmin，获取线缆图像中灰度值在xmax?xmin之间的像素点，判定为异常点，异常点组成整体的异常区域储存在内存中；对整体的异常区域进行联通操作，使之成为多个独立的异常区域;并对多个独立的异常区域进行判断:
[0069]设定一面积最大值ymax，设定一面积最小值ymin，当异常区域面积小于最小值时，则判定为干扰点，不作为缺陷检出，当异常面积大于最大值时，则判定为异常点，不作为缺陷检出；
[°07°]设定一灰度最大值zmax，设定一灰度最小值zmin，当异常区域的灰度值小于最小值时，则判定为干扰点，不作为缺陷检出，当异常区域的灰度值大于最大值时，则判定为异常点，不作为缺陷检出；
[0071]选择符合条件的区域，作为缺陷显示到主界面上。
[0072]在步骤5中，由于光源使用的是斜打光，相机采用垂直拍摄，因此这种打光方式会使得光滑表面上的任何凹陷与突起都会反射光线形成一个亮点，异常区域比线缆区域要亮一些。所以通过阈值分割，可以选出图像中灰度值满足某一范围的像素点的集合。
[0073]例如，在某一实施例中，设置阈值分割下限值为128，上限值为255，则软件在线缆区域内，寻找所有灰度值在128-255之间的像素点，判定为异常点，对异常点进行联通操作，使之成为多个独立的异常区域;并把这些区域统一存储起来，作为阈值分割的结果存储在内存中。
[0074]所谓连通操作，是图像算法中的一个名词。在阈值分割后，形成了许多小区域。在计算机内部，这些区域是以一个整体进行存储的，连通操作，就是找出一个整体中所有的独立区域，独立区域会分开单独存储，以便后期处理。
[0075]在连通操作之后，程序会对每一个独立的异常区域单独计算他们的面积，即该区域包含的像素点个数，以及这块区域的平均灰度，并对独立的异常区域进行判断。
[0076]最后将符合条件的区域，作为缺陷显示到主界面上。
[0077]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种线缆护套表面瑕疵检测仪，其特征在于:包括检测区、图像采集单元和支撑部件;所述检测区包括呈柱状的空心的线缆通道;所述图像采集单元包括光源、相机和工控机;所述工控机内部安装有网卡;所述光源固定于线缆通道的内壁上;所述光源为环形光源或者点状光源;所述相机设置有多个，间隔均匀的固定在线缆通道四周，相机镜头对准线缆通道的轴线方向；相机通过网卡与工控机相连接;所述支撑部件设置在检测区下方。2.如权利要求1所述的线缆护套表面瑕疵检测仪，其特征在于:所述光源为环形光源，设置有两组，一组固定于线缆通道入口处，一组固定于线缆通道出口处。3.如权利要求1所述的线缆护套表面瑕疵检测仪，其特征在于:所述相机设置有三个或者四个;如果相机设置有三个，则三个相机间隔均匀固定在线缆通道四周，相邻的相机之间的相隔夹角为120°;如果相机设置有四个，则四个相机间隔均匀固定在线缆通道四周，相邻的相机之间的相隔夹角为90°。4.如权利要求1所述的线缆护套表面瑕疵检测仪，其特征在于:所述支撑部件上设置有气缸，可带动检测区向上或者向下运动。5.如权利要求1所述的线缆护套表面瑕疵检测仪，其特征在于:还包括控制电路，所述控制电路包括稳压器和编码器，稳压器的输入端输出220V单相交流电，输出端分别连接工控机、24V开关电源和12V开关电源;所述24V开关电源的输出端输出24V直流电，连接所述光源;所述12V开关电源的输出端输出12V直流电，分别连接所述编码器和相机;所述编码器的输入端采集电缆的行进速度信号，编码器的脉冲信号发射端口发射脉冲，驱动所述相机的拍照开关;所述工控机上还连接有网卡，所述网卡通过网线与相机的数据传输端口相连接。6.一种线缆护套表面瑕疵其检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、线缆通过线缆通道，进入相机的扫描区域，编码器采集线缆的通过速度，并依此速度控制相机的扫描频率;相机根据编码器采集到的速度信号进行速度相同的同步拍摄； 步骤2、软件采图控制单元将相机驱动传输过来的图像传递给图像预处理单元;相机驱动传输来的图像为灰度值在O?255范围内的灰度图，设定图像灰度值分界点η;图像预处理单元对图像进行分割，图像灰度值为O?η的区域，判定为背景区域，图像灰度值为η?255的区域，判定为线缆区域； 步骤3、对分割出的线缆区域做有效性判断，当分割区域的高度、宽度以及灰度值满足要求时，判断分割有效； 分割区域的高度要求为:分割区域在纵向方向上贯穿整个图像； 分割区域的宽度要求为:设定一标准宽度值范围；将分割区域纵向分为若干个等分区域，对所有等分区域中线缆的宽度求平均值，作为分割区域的宽度;分割区域的宽度在标准宽度值范围之内； 分割区域的灰度值要求为:设定一标准灰度值范围；分割区域中的线缆图像中所有像素点的灰度值的平均值在此设定的灰度值范围之内； 步骤4、图像预处理单元将有效区域传递给缺陷检测分析单元； 步骤5、缺陷检测分析单元对有效区域进行阈值分割;设定阈值分割上限值xmax，阈值分割下限值xmin，获取线缆图像中灰度值在xmax?xmin之间的像素点，判定为异常点，异常点组成整体的异常区域储存在内存中；对整体的异常区域进行联通操作，使之成为多个独立的异常区域;并对多个独立的异常区域进行判断: 设定一面积最大值ymax，设定一面积最小值ymiη，当异常区域面积小于最小值时，则判定为干扰点，不作为缺陷检出，当异常面积大于最大值时，则判定为异常点，不作为缺陷检出； 设定一灰度最大值zmax，设定一灰度最小值zmin，当异常区域的灰度值小于最小值时，则判定为干扰点，不作为缺陷检出，当异常区域的灰度值大于最大值时，则判定为异常点，不作为缺陷检出； 选择符合条件的区域，作为缺陷显示到主界面上。
【文档编号】G06T7/00GK105911067SQ201610327890
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】邹逸
【申请人】无锡赛默斐视科技有限公司