专利名称：表面缺陷检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动检测领域，尤其涉及一种表面缺陷检测装置。
技术背景在工业生产过程中，经常需要对一些样本、部件进行;险查、测量。例如， 生产高档手表时，需要对手表表壳的一些微小外观缺陷(划痕、凹坑、崩边、 裂紋、砂眼等)进行检测。现有技术中， 一般直接用人眼去检测、识别样本、部件的表面缺陷，但是该种方法一方面存在以下的缺陷首先，应用该方法的工作效率很低，不利于节约劳动力，不利于提高生 产效率。其次，由于人为的因素，特别是当需要对大批量的产品进行检测时，检 测人员容易产生眼部疲劳，从而出现对缺陷的错判、漏判等，检测的精确度 不高。为此，现有技术中，有时候将样本、部件放到一种检测装置中通过光学 显微镜进行检测，这种装置一般包括支架台、设置在支架台上的用于放置被 检测物的载物台、固定在支架台上的竖向支撑件、设置在竖向支撑件上的光 学物镜(以及与光学物镜连接的光学目镜或者相机)，光学物镜可沿着竖向支 撑件上下移动以调节光学物镜与载物台的距离以达到理想的调焦。现有的这种工业检测装置的缺陷在于载物台不能翻转，导致光学物镜只 能观察到被检测物的一个面，不能方便地在一次装夹工序中观察到被检测物 的其他各个面。例如，手表生产过程中，需要检测手表表壳的正面以及周边 侧面是否存在缺陷，而由于现有的机械装置中载物台不能翻转，不能够在一 次装载中检测手表表壳的正面和周边侧面，使用很不方便。可见，现有的这种工业检测装置载物台不能翻转，使用不够方便，自动化程度不高，影响4企 测效率。发明内容本发明实施例提供一种表面缺陷检测装置，实现对被检测物件的缺陷的 多角度自动检测，提高检测的效率。本发明实施例提供的表面缺陷检测装置，包括图像输入部、以及检测 部，所述图像输入部包括支架台(l);固定在所述支架台(1)上的支撑件(2);通过调焦机构(3， 4)连接到所述支撑件(2)上部、可沿着所述支撑件(2)上下移动的光学物 镜(6);位于光学物镜(6)下方的载物台(30);其特征是，所述图像输入部还包括所述光学物镜(6)上部连接的成像设备(5)、 安装在所述支架台(1)和所述载物台(30)之间的横摇机构、纵摇机构以及 控制电路，其中所迷横摇机构包括横摇支架(12)、横摇轴(13)以及横摇电机(17), 横摇支架(12 )安装在支架台(1 )上，横摇轴(13 )的两端通过滚珠轴承座 安装到横摇支架(12),横摇轴(13)的轴向与光学物镜(6)的光轴方向空 间垂直，横摇电机(17)安装到横摇支架(12)，其输出轴与横摇轴(13)连 接用于驱动横摇轴(13);所述纵摇机构包括纵摇支架(22 )、纵摇轴(23 )以及纵摇电机(27 ), 纵摇支架(22)安装在所述横摇轴(13)上可随横摇轴(13)转动，纵摇轴 (23)的两端通过滚珠轴承座(24)安装到纵摇支架(22),纵摇轴U3)与 横摇轴(13)空间垂直，纵摇电机(27)安装到纵摇支架(22),其输出轴与 纵摇轴(23 )连接用于驱动纵摇轴(23 );所述控制电路与横摇电机(17)、纵摇电机(27)电连接用于控制和驱动横摇电机(17)和纵摇电机(27);所述载物台(30)安装在所述纵摇轴(23)上可随纵摇轴(23)转动；所述检测部与所述成像设备(5)相连接，所述检测部包括梯度图像确定单元，与所述光学物镜(6)相连接，用于对所述原始图像 的各像素点，分别计算每像素点在至少两个方向的梯度值，取其中最大值作为所述像素点的新的灰度值，得到梯度图像；二值化单元，用于对所述梯度图像，如果像素点的灰度值大于预定的阈 值，则将所述像素点的灰度值赋值为预定的第一灰度值，否则，将所述像 素点的灰度值赋值为预定的第二灰度值，获取二值化图像；细化单元，细化所述二值化图像，得到单线条的二值化图像，其中所述 单线条的二值化图像中包括单线条的缺陷边缘；转换单元，用于将所述单线条的缺陷边缘，转换为闭环的缺陷边缘；缺陷判定单元，用于在所述原始图像中，比较所述闭环的缺陷边缘内任 意像素点与所述闭环的缺陷边缘外侧附近的任意像素点的灰度值的大小，只有边缘内的像素点的灰度值小于边缘外的像素点的灰度值时，才判定所述闭 环的缺陷边缘为所述被检测物件表面的缺陷的边缘。由上可见，应用本发明实施例的技术方案，通过对祐L检测物件的图像进 行以下处理首先对于各像素点，计算每像素点在至少两个方向的梯度值， 取其中最大值作为所述像素点的新的灰度值(梯度值反映该像素点与其周围 的像素点的灰度值的变化率，某像素点的梯度值越大该像素点在某方向上与 周围的像素点的灰度值变化越大，对于梯度处理后的梯度图像，梯度图像上 的亮度由亮变暗的剧变的边界一般为缺陷的边界)，为了进一步提取缺陷的边 界，去除与边界无关的特征，可以对图像进行二值化处理、细化处理，得到 二值化后的细化的缺陷边缘，将得到的缺陷边缘转换为闭环的缺陷边缘，该 闭环的边缘所构成的区域便为可能的缺陷区域；再在原始图像上，比较该闭8环的缺陷边缘内、外的像素点的实际灰度值的大小。由于对于光学成像，图 像上某像素点的灰度值大是由于该点反射到摄像头的光线较多，反映在被枱， 测物件的表面上，该点应该比较平滑，所以如果该可能的缺陷区域内的像素 点的灰度值小于区域附近的灰度值，则该可能的缺陷区域便为实际的缺陷区 域，找到了被检测物件表面的缺陷。可见应用该技术方案能够实现对被检测 物件的缺陷的自动检测，有利于提高检测效率，还避免了现有技术中由于依 赖人眼的检测所导致的误判率较高的问题，可见本技术方案特别适用于流水 线的工业4企测。另外，由于本发明实施例提供的包含图像输入部以及检测部的表面检测 装置包括有横摇机构和纵摇机构，使得载物台可以朝四个方向转动， 一次装载工序能够检测被检测物的多个面，使用方便；此外，在横摇电机、纵摇电 机及控制电路的配合下，能够方便地控制载物台的转动方向、摆角大小及速 度等，能够采集到被检测物件的各个角度的图像，有利于检测部根据分别根 据输入的各个角度摄取的原始图像，全面的对缺陷进行检测，有利于提高缺 陷的检测精确度，另外，该装置的被检测物件的多角度图像获取以及图像检 测可以有装置本身自动调节完成，可见应用本发明实施例的装置还有利于提 高可用于自动化检测，提高检测效率。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中图1为本发明实施例1的表面缺陷检测装置的结构示意图；图2为本发明实施例2的表面缺陷检测装置中的图像输入部的另一种结 构立体示意图；图3为本发明实施例2中对应图2的图像输入部的俯^L状态的示意图； 图4、图5分别为本发明实施例2中对应图2的图像输入部的相应的侧面视图；图6为本发明实施例3的表面缺陷检测装置的结构示意图； 图7为本发明实施例4的表面缺陷检测装置的结构示意图； 图8本发明实施例4的一直方图示意图； 图9为本发明实施例4的另一直方图示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意 性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1:图1是本实施例提供的表面缺陷检测装置的结构示意图，如图示，该装 置由图^4命入部11、以及^r测部10组成。其中图像输入部101包括支架台1、支撑件2、调焦机构3和4、光学物镜6、光学物镜6上部连 接的成像设备5、与所述成像设备5相连接的检测机构801、经纬调节台8、 安装在经绰调节台8上的横摇机构(横摇支架12、横摇轴13和横摇电机17) 和纵摇机构(包括纵摇支架22、纵摇轴23以及纵摇电机27 ),以及纵摇轴23 上的载物台30。其中支撑件2固定在支架台1上，用于支撑光学物镜6;光学物镜6通过调焦机构3和4连接到支撑件2的上部，可沿着支撑件2 上下移动，优选地，为快速和准确地控制光学物镜6的移动距离，调焦结构 包括粗动调焦4几构3和樣i动调焦才几构4;经绰调节台8位于在光学物镜6下方，安装在支架台l上，经纬调节台8 是可选的，主要用于方便地将其上的载物台30移到或者移出光学物镜6的正下方，优选地，经绵调节台8设有经向调节旋钮9和绵向调节旋钮10,该经 向和绵向与光学物镜6的光轴方向空间垂直；横摇机构安装在经绊调节台8上，横摇机构包括横摇支架12、横摇轴13 和横摇电机17,横摇支架12固定安装在经乡韦调节台8上，可在经向调节旋钮 9和炜向调节旋钮10的作用下进行经向和绵向移动，横摇轴13的两端通过滚 珠轴承座安装在横摇支架12上可相对于横摇支架12转动，优选地，横摇轴 13的轴向与光学物镜6的光轴方向空间垂直；横摇电机17用于驱动横摇轴 13,横摇电机17安装到横摇支架12,其输出轴与横摇轴13连接以驱动横摇 轴13,优选地，横摇电机17的输出轴通过联轴节与横摇轴13的一端同轴连 接，更优选地，同轴度误差小于或者等于土0.05MM以获得更精准的观察、检 测结果；纵摇机构安装在横摇机构上，纵摇机构包括纵摇支架22、纵摇轴23以及 纵摇电机27,纵摇支架22固定到横摇轴13可随横摇轴13转动，优选地，为 了获得更好的平衡，纵摇支架22位于横摇轴13的中部；纵摇轴23的两端通 过滚珠轴承座24安装到纵摇支架22，纵摇轴23与横摇轴13空间垂直而不相 交；纵摇电机27用于驱动纵摇轴23,纵摇电机27安装到纵摇支架22,其输 出轴与纵摇轴23连接以驱动纵摇轴23，优选地，纵摇电机27的输出轴通过 联轴节与纵摇轴23的一端同轴连接，更优选地，同轴度误差小于或者等于士 0.05MM以获得更精准的观察、检测结果；载物台30用于放置被检测物31,载物台30固定到纵摇轴23上可随纵摇 轴23转动，同样，载物台优选地位于纵摇轴23的中部以达到更好的平衡效果；控制电路(图中未示出)，该控制电路与横摇电机17、纵摇电机27电连 接，以控制和驱动横摇电机17和纵摇电机27。优选地，采用步进电机来驱动横摇轴13和纵摇轴23。步进电机可在脉冲 信号的控制下按设定的方向转动一个预定的角度(及步进角)，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时，还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。根据需要，载物台30可以设置夹持件以夹持被检测物31,或者采用强f兹 性材料以吸附金属被检测物，或者与真空源(例如真空泵)配合以吸附被检 测物实现快速作业。在使用时，先通过粗动调焦机构3升起光学物镜6，然后通过经绵调节台 8将载物台30移到合适位置，接着将被检测物31放置在载物台30,然后通 过经綷调节台8将载物台30及被检测物31移到光学物镜6的正下方，接着 将光学物镜6下调到合适位置锁紧并开始观察或者检测。在观察或者检测过 程中，可通过横摇电机17、纵摇电机27方便地控制载物台30的转动角度、 速度，实现横摇与纵摇的联动，满足自动化的检测的要求。可见，应用本发 明实施例的装置， 一次装载工序能够检测到被检测物的多个面，便于使用以 及工业应用；在横摇电机17、纵摇电机27及控制电路的作用下，自动地控制 载物台30的转动方向、速度等，自动化程度高，可用于自动化检测，提高检 测效率。例如，本发明实施例的装置与机械手的配合，能够实现自动装载、 自动卸载被观测物，实现在线自动检测，能够大大提高检测效率和保证检测 质量。在实施例中，光学物镜6上方连接成像设备5，例如，相机、摄像机。但 是不局限于成像设备，例如，根据应用的需要，光学物镜6上方可以连接光 学目镜。另外，还可以根据需要在图像输入部IOO上增加光源7。优选地，光源7 位于光学物镜6的下端，光源碗状，包围光学物镜6。在本实施例中，光源7 为碗状LED光源，光学物镜6位于光源7的中心。作为图^f象输入部100的改进方案，还可以增加侧面光源，或者在光学物 镜6附近增加镜头转盘，镜头转盘一端通过调焦机构3、 4连接到支撑件2的 上部，另一端连接多个可更换光学物镜，这样，可通过旋转镜头转盘切换不同的光学物镜(及其光源)。在实施例中，与所述成像设备5相连接的4企测部100包括梯度图像确定单元1002,用于对成像设备(5 )获得的原始图像的各像素 点，分别计算每像素点在至少两个方向的梯度值，取其中最大值作为所述像 素点的新的灰度值，得到梯度图像。利用现有的成像设备5 (比如摄像机、相机等)获取被检测物件的光学图 像，记为原始图像，表示为F(x, y),各像素点的灰度值记为f(x， y), 其中，x、 y分别为像素点的横坐标、纵坐标，x的取值范围为0到ImagWidth， y的取值范围为0到ImagHeight。对于光学成像，图像上某像素点的灰度值较大是由于该点反射到摄像头 的光线较多，反映在被检测物件的表面上，则该点比较平滑，故该被检测物 件的图像的灰度值的变化能够大概反映出该被检测物件的表面缺陷，但是由 于其放映的精确度不够，故对得到的图像进行后面的步骤处理，以得到更为 精确的缺陷检测结果。对于各像素点(x, y)(其中x的取值范围为0到ImagWidth, y的取值 范围为0到ImagHeightO),计算该像素点在至少两个方向的梯度值，取其中 最大值作为所述像素点的新灰度值，对所有的像素点进行以上的处理后，各 像素点分别以各自的新灰度值显示的图像变为梯度图像。由于像素点在某方向上的梯度值，反映该像素点的灰度值在该方向上的 变化率，某像素点的在某方向上的梯度值越大，则该像素点的灰度值在该方 向上的变化越剧烈，因此对于梯度图像，灰度值由大变小的边界(反映在视 觉上是由亮变暗的剧变边界)可能为缺陷的边界，也有可能为噪声所引起的。优选的，梯度图像确定单元1002在计算各像素点在各方向的梯度时，计 算各像素点在8个方向的梯度值，其中所述8个方向分别为所述像素点到 相邻的8个f^素点的方向。二值化单元1003,用于对梯度图像确定单元1002确定的所述梯度图像， 如果像素点的灰度值大于预定的阂值，则将所述像素点的灰度值赋值为预 定的第一灰度值，否则，将所述像素点的灰度值赋值为预定的第二灰度值， 获取二值化图像。二值化处理是，将一幅具有多种梯度值的图像变成白黑分布的二值图像， 二值化处理的主要目的是将梯度变化剧烈的边界从梯度图像中分离出来。二 值化处理如函数式(1 )所示H(x，y):Ll， TD(x,y)〉Vtd ( j ) L2，TD(x,y)2Vtd ，其中Vtd为预定的阈值，该预定的阔值可以根据检测的经验设定，也 可以使用比如小波变化方法等算法动态计算获取；TD(x， y)为梯度图像 中坐标为(x， y)的像素点的梯度值，H(x， y)为二值化处理后，坐标为(x, y)的像素点的新的灰度值；Ll、 L2为灰度值相差很大的灰度值，优选为L1 等于l, L2等于0，或者L2等于1， Ll等于O,本实施例中以前一种优选方 案为例。细化单元1004,细化二值化单元1003获取的二值化图像，得到单线条的 二值化图像，其中所述单线条的二值化图像中包括单线条的缺陷边缘。对二值化图像进行细化处理对线条进行"层层剥夺"(从线条边缘开始一 层一层向里剥夺，直到线条剩下一个像素的为止)，以提取图像的骨架，即是 将原图像中线条宽度大于1个像素的线条细化成只有一个像素宽，形成"骨 架，，，形成"骨架"后能比较容易的分析图像，提取缺陷边缘的特征。转换单元1005,用于将细化单元1004处理后的图像中的所述单线条的缺 陷边缘，转换为闭环的缺陷边缘。对细化单元1004获取的单线条的二值化图像进行连通、和/或扩张等处 理，以将非闭环的缺陷边缘连通为闭环的缺陷边缘，该闭环的边缘所构成的区域便为可能的缺陷区域此处连通的处理方法可以但不限于以下分别在边缘相对的两端点处， 沿切线的方向生成边缘，直到两端生长的边缘相交为止，完成该处边缘飞连 通处的连通。对所有非闭环的缺陷边缘使用上述的边缘生长可以将图像内的 各单线条的缺陷边缘转换为闭环的缺陷边缘。此处的扩张处理的方法可以但不限于膨胀的算法。缺陷判定单元1006,用于在输入单元1001所输入的所述原始图像中，比 较所述闭环的缺陷边缘内任意像素点与所述闭环的缺陷边缘外侧附近的任意 像素点的灰度值的大小，只有边缘内的像素点的灰度值'J 、于边缘外的像素点 的灰度值时，才判定所述闭环的缺陷边缘为所述被检测物件表面的缺陷的 边缘。选择该闭环的缺陷边缘内的任意一个像素点，取该像素点在成像设备(5 得到的原始图像的灰度值F (x， y)、与该边缘外附近的任意像素点的灰度值 f (x+c, y+d)作比较如果f(x, y)<f(x+c, y+d),则判定所述闭环的缺陷边缘为所述被 检测物件表面的缺陷的边缘；如果f (x, y) (x+c， y+d),则判定该闭环的缺陷边缘的形成为噪声， 该该闭环的缺陷边缘不为所述被检测物件表面的缺陷的边缘。或者，为了进一步提高监测的准确性，可以选择该闭环的缺陷边缘内的 任意多个像素点，取这些像素点在成像设备5得到的原始图像的灰度值的平 均值，记为！^、与该边缘外附近的任意像素点的灰度值f (x+c, y+d)作 比较如果l^ <f (x+c， y+d),则判定所述闭环的缺陷边缘为所述被检测 物件表面的缺陷的边缘；如果i^ ^f(x+c， y+d),则判定该闭环的缺陷边^^的形成为噪声，该该闭环的缺陷边缘不为所述被检测物件表面的缺陷的边缘。或者，为了进一步提高监测的准确性，可以选择该闭环的缺陷边缘内的 任意多个像素点，取这些像素点在成像设备5得到的原始图像的灰度值的平 均值，记为1^、与该边缘外附近的任意几个像素点的灰度值f(x+c，y+d)作 比较如果l^ < f(x+c，y+d)，则判定所述闭环的缺陷边缘为所述被检测物件 表面的缺陷的边缘；如果l^ 2 f(x+c,y+d),则判定该闭环的缺陷边缘的形成为噪声，该该闭 环的缺陷边缘不为所述^皮一企溯'J物件表面的缺陷的边缘。由上可见，应用本实施例的装置，检测部100通过对被检测物件的图像 进行图像处理可以实现缺陷的自动化检测首先梯度图像确定单元1002对输 入单元1001输入的原始图像的各像素点，计算每像素点在至少两个方向的梯 度值，取其中最大值作为所述像素点的新的灰度值，得到梯度图像。由于梯 度值反映该像素点与其周围的像素点的灰度值的变化率，某像素点的梯度值 越大该像素点在某方向上与周围的像素点的灰度值变化越大，对于梯度处理 后的梯度图像，梯度图像上的亮度由亮变暗的剧变边界一般为缺陷的边界。 为了进一步提取缺陷的边界，去除与边界无关的特征，二值化单元1003、细 化单元1004分别对梯度图像进行二值化处理、细化处理，可以得到二值化后 的细化的缺陷边缘，转换单元1005对所得到的缺陷边缘进行进一步的处理， 将所述单线条的缺陷边缘转换为闭环的缺陷边缘，该闭环的边缘所构成的区 域便为可能的缺陷区域；最后，由缺陷判定单元1006在原始图像上，比较该 闭环的缺陷边缘内、外的像素点的实际灰度值的大小，由于对于光学成像， 图像上某像素点的灰度值大是由于该点反射到摄像头的光线较多，反映在被 检测物件的表面上，该点比较平滑，所以如果该可能的缺陷区域内的像素点 的灰度值小于区域附近的灰度值，则该可能的缺陷区域Z使为实际的缺陷区域， 找到了被检测物件表面的缺陷。可见应用本发明实施例的装置，能够实现对16被检测物件的缺陷的自动检测，有利于提高检测效率，特别适用于流水线的工业检测；还避免了现有技术中由于依赖人眼的检测所导致的误判率较高的 问题，可见该装置特别适用于流水线的工业检测。由上可见，由于本实施例提供的包含图像输入部以及4企测部的表面检测 装置包括有横摇机构和纵摇机构，使得载物台可以朝四个方向转动， 一次装 载工序能够检测被检测物的多个面，使用方便；此外，在橫摇电机、纵摇电机及控制电路的配合下，能够方便地控制载物台的转动方向、摆角大小及速 度等，能够采集到被检测物件的各个角度的图像，有利于检测部根据分别根 据输入的各个角度摄取的原始图像，全面的对缺陷进行检测，有利于提高缺 陷的检测精确度，另外，该装置的被检测物件的多角度图像获取以及图像检 测可以有装置本身自动调节完成，可见应用本发明实施例的装置还有利于提 高可用于自动化检测，提高检测效率。实施例2、图2是本实施例提供的表面缺陷检测装置中的图像输入部的另一种结构 立体示意图，图3是对应图2的图像输入部的俯视状态的示意图，图4和图5 是图2的图像输入部的相应的侧面视图。本实施例的表面缺陷检测装置的结构与实施例图1所示结构大致相同， 所不同之处在于本实施例的图像输入部与实施例1不同，主要区别在于， 本实施例中的图像输入部还包括了编码器反馈系统，编码器反馈系统与电机 驱动系统一起构成了闭环控制电路。编码器反馈系统包括横摇编码器19、纵 摇编码器29以及控制电路(图中未示出)。更具体地，本实施例中，横摇轴13的一端连接横摇电机17的输出轴， 另一端连接横摇编码器19的输入轴。优选地，横摇电机17的输出轴通过横 摇联轴节32 (参见图3)连接横摇轴13的一端，而横摇编码器19的输入轴 通过横摇联轴节32连接横摇轴13的另一端。即，横摇电机17的输出轴、横 摇轴13、横摇编码器19的输入轴同轴连接，优选地，同轴度误差小于或者等17于± 0.05MM以获得更精准的观察、检测结果。类似地，纵摇轴23的一端连接纵摇电机27的输出轴，另一端连接纵摇 编码器29的输入轴。优选地，纵摇电机27的输出轴通过纵摇联轴节33 (参 见图3)连接纵摇轴23的一端，而纵摇编码器29的输入轴通过纵摇联轴节 33 (参见图3)连接纵摇轴23的另一端。即，纵摇电机27的输出轴、纵摇轴 23、纵摇编码器29的输入轴同轴连接，优选地，同轴度误差小于或者等于士 0.05MM以获得更精准的观察、检测结果。横摇编码器19、纵摇编码器29与编码器控制电路连接，在编码器控制电 路的配合下，能够及时反馈横摇轴13、纵摇轴23的转动角度、速度、偏差等 参数，并与步进电机及其控制电路配合实现闭环控制，有效地提高了电机的 精度，降低了细分误差。编码器可以根据应用需要选用光学编码器、光电编 码器、旋转编码器等。作为一个改进方案，为了方便地安装横摇电机17和横摇编码器19,可以 沿着横摇轴13的轴向在横摇支架12的两侧分别设置横摇电机架16和横摇编 码器架18。更具体地，横摇电机架16固定到横摇支架12的一侧，而横摇电 机架16上安装横摇电机17,横摇电机17的输出轴连接横摇轴13的一端；横 摇编码器架18固定到横摇支架12的另一侧，横摇编码器架18上安装横摇编 码器19，横摇编码器19的输入轴连接横摇轴13的另一端。类似地，可以根 据纵摇轴23的轴向在纵摇支架22的两侧分别设置纵摇电^/L架26和纵摇编码 器架28。图3是对应的俯4^状态的示意图，图3中为了简明省略了碗形光源 7。如图3所示，横摇轴13通过滚珠轴承座14 (参考图3)安装到横摇支架 12, —端通过联轴节32与横摇电机17的输出轴连接；纵摇轴23通过滚珠轴 承座24安装到纵摇支架22, —端通过联轴节33与纵摇电机27的输出轴连接， 另 一端通过联轴节33与纵摇编码器29的输入轴连接。作为另一个改进方案，由于编码器的重量一般小于电机的重量，为了获 得更好的平衡以助于提高检测结果的精准度，可以适当增加编码器座18和28的重量，或者在编码器侧增加平衡才莫块34 (参见图4)。作为再一个改进的方案，还可以增加一个转台11。转台ll可安装在经纬 调节台8与横摇机构之间，位于所述载物台30的正下方，转台11的旋转面 与光学物镜6的光轴方向空间垂直。在使用时，可通过转台ll转动载物台30 及其上的被检测物31，让光学物镜6能够从最佳的角度、位置进行检测，避 免出现检测不到的"死角"。本领域的技术人员将意识到，实施例6的方案以及上述的改进方案都可 以添加转台11。另外，虽然实施例1和实施例2的附图中，支架台1处于水平位置，但 是不局限于这种情况。例如，可以调节支架台l底部的调节旋钮，让支架台1上的整个装置倾斜一定的角度，以满足特定的检测需要；还可以将整个装置 可转动地安装到一个基座上，便于将支架台l上的整个装置倾斜任意的角度 以满足特定的检测需要。实施例3:图6为本实施例的表面缺陷检测装置的结构示意图，如图示，本实施例 与实施例1所不同的是，该装置的检测部60还可以包括缺陷等级确定单元601，用于根据所述缺陷判定单元1006确定的缺陷的 面积、和/或形状，确定所述缺陷的缺陷等级，以方便后续继续根据缺陷等级 进行相应的处理。在工业检测的过程中，在检测出缺陷之后，还可以对缺陷进行划分，而 根据划分对缺陷进行相应的处理，故在缺陷等级确定单元601在缺陷判定单 元1006找到缺陷后，根据缺陷的形状(闭环的缺陷边缘的形状)、和/或，确 定该缺陷是点缺陷、线缺陷、还是面缺陷，以便根据缺陷等级进行相应的处 理。实施例4:图7为本实施例的表面缺陷检测装置的结构示意图，如图示，本实施例与实施例3所不同的是，该装置的检测部70还可以包括直方图统计单元701,用于进行直方图统计以获取所述梯度图像中的灰度 值的分布。阈值确定单元702，用于根据所述灰度值的分布确定所述二值化单元1003 进行二值化处理中需要用到的阈值。直方图统计单元701动态的获取该预定的阈值，具体是对获取的梯度图 像进行直方图统计，获取该梯度图像中的像素点的灰度值的分布，阈值确定 单元702再进一步根据所获取的灰度值的分布，确定二值化处理中的阈值。 其具体确定流程参考如下假设直方图统计单元701对当前的梯度图像进行直方图统计，得到图8、 (前景与背景的灰度值相差较大时)、或图9 (前景与背景的灰度值相差较小 时)所示的灰度值分布，阈值确定单元702选择两波峰之间的灰度值作为阈 值Vtd。以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了明只是用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人 员，依据本发明实施例，在具体实施方式
以及应用范围上均会有改变之处， 综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1. 一种表面缺陷检测装置，包括图像输入部、以及检测部，所述图像输入部包括支架台(1)；固定在所述支架台(1)上的支撑件(2)；通过调焦机构(3，4)连接到所述支撑件(2)上部、可沿着所述支撑件(2)上下移动的光学物镜(6)；位于光学物镜(6)下方的载物台(30)；其特征是，所述图像输入部还包括所述光学物镜(6)上部连接的成像设备(5)、安装在所述支架台(1)和所述载物台(30)之间的横摇机构、纵摇机构以及控制电路，其中所述横摇机构包括横摇支架(12)、横摇轴(13)以及横摇电机(17)，横摇支架(12)安装在支架台(1)上，横摇轴(13)的两端通过滚珠轴承座安装到横摇支架(12)，横摇轴(13)的轴向与光学物镜(6)的光轴方向空间垂直，横摇电机(17)安装到横摇支架(12)，其输出轴与横摇轴(13)连接用于驱动横摇轴(13)；所述纵摇机构包括纵摇支架(22)、纵摇轴(23)以及纵摇电机(27)，纵摇支架(22)安装在所述横摇轴(13)上可随横摇轴(13)转动，纵摇轴(23)的两端通过滚珠轴承座(24)安装到纵摇支架(22)，纵摇轴(23)与横摇轴(13)空间垂直，纵摇电机(27)安装到纵摇支架(22)，其输出轴与纵摇轴(23)连接用于驱动纵摇轴(23)；所述控制电路与横摇电机(17)、纵摇电机(27)电连接用于控制和驱动横摇电机(17)和纵摇电机(27)；所述载物台(30)安装在所述纵摇轴(23)上可随纵摇轴(23)转动；所述检测部与所述成像设备(5)相连接，所述检测部包括梯度图像确定单元，与所述光学物镜(6)相连接，用于对所述原始图像的各像素点，分别计算每像素点在至少两个方向的梯度值，取其中最大值作为所述像素点的新的灰度值，得到梯度图像；二值化单元，用于对所述梯度图像，如果像素点的灰度值大于预定的阈值，则将所述像素点的灰度值赋值为预定的第一灰度值，否则，将所述像素点的灰度值赋值为预定的第二灰度值，获取二值化图像；细化单元，细化所述二值化图像，得到单线条的二值化图像，其中所述单线条的二值化图像中包括单线条的缺陷边缘；转换单元，用于将所述单线条的缺陷边缘，转换为闭环的缺陷边缘；缺陷判定单元，用于在所述原始图像中，比较所述闭环的缺陷边缘内任意像素点与所述闭环的缺陷边缘外侧附近的任意像素点的灰度值的大小，只有边缘内的像素点的灰度值小于边缘外的像素点的灰度值时，才判定所述闭环的缺陷边缘为所述被检测物件表面的缺陷的边缘。
2、 根据权利要求1所述的表面缺陷检测装置，其特征是，所述图像输入 部还包括安装到横摇支架(12)的横摇编码器(19)，其输入轴通过联轴节与横摇 轴(13)的端部同轴连接；安装到纵摇支架(22)的纵摇编码器(29),其输入轴通过联轴节与纵摇 轴(23)的端部同轴连接；与横摇编码器(19)和纵摇编码器(29)电连接的编码器控制电路。
3、 根据权利要求2所述的表面缺陷检测装置，其特征在于所述横摇电机(17)和所述横摇编码器(19)位于所述横摇轴(13 )的 两端，横摇轴(13)的远离横摇编码器(19)的端部通过联轴节与所述横摇 电机(17)的输出轴同轴连接；所述纵摇电机(27)和所述纵摇编码器(29)位于所述纵摇轴(23)的 两端，纵摇轴(23)的远离纵摇编码器(29)的端部通过联轴节与所述纵摇 电机(27)的输出轴同轴连接。
4、 根据权利要求1所述的表面缺陷检测装置，其特征是，所述载物台(30 )上设置有用于夹持被检测物的夹持件、或者设置有用于吸附金属被检测物的 强磁性材料。
5、 根据权利要求1所述的表面缺陷检测装置，其特征是，所述图像输入 部还包括真空泵，所述真空泵与所述载物台(30)连接以吸附被检测物。
6、 根据权利要求1所述的表面缺陷检测装置，其特征是，所述图像输入 部还包括碗状光源(7 )，所述碗状光源设置在光学物镜(6 )的下端，光学物镜(6 ) 位于所述碗状光源(7)中心。
7、 根据权利要求1至6中任意一项所述的表面缺陷检测装置，其特征是， 所述图像输入部还包括安装在所述支架台(1)和所述横摇支架(12)之间的经纬调节台(8), 所述经绰调节台(8)包括用于将所述载物台(30)移到所述光学物镜的正下方，或者将所述载物 台(30)移出所述光学物镜正下方的经向调节旋钮(9)、以及纬向调节旋4丑 (10)。
8、 根据权利要求7所述的表面缺陷检测装置，其特征是，所述图像输入 部还包括安装在经炜调节台(8)与所述横摇支架(12)之间的转台(11)，所述 转台(ll)位于所述载物台(30)的正下方，转台(11)的旋转面与所述光 学物镜(6)的光轴方向空间垂直。
9、 根据权利要求1所述的表面缺陷检测装置，其特征是，所述检测部还 包括缺陷等级确定单元，用于根据所述缺陷判定单元确定的缺陷的面积、和/或形状，确定所述缺陷的缺陷等级。
10、根据权利要求1或9所述的表面缺陷检测装置，其特征是，所述检 测部还包括直方图统计单元，用于进行直方图统计获取所述梯度图像中的灰度值的 分布；阈值确定单元，用于根据所述灰度值的分布确定所述阈值。
全文摘要
本发明涉及检测领域，公开了一种表面缺陷检测装置，包含图像输入部以及检测部的表面检测装置包括有横摇机构和纵摇机构，使得载物台可以朝四个方向转动，一次装载工序能够检测被检测物的多个面，使用方便；此外，在横摇电机、纵摇电机及控制电路的配合下，能够方便地控制载物台的转动方向、摆角大小及速度等，能够采集到被检测物件的各个角度的图像，有利于检测部根据分别根据输入的各个角度摄取的原始图像，全面的对缺陷进行检测，有利于提高缺陷的检测精确度，另外，该装置的被检测物件的多角度图像获取以及图像检测可以有装置本身自动调节完成，可见应用本装置还有利于提高可用于自动化检测，提高检测效率。
文档编号G01N21/13GK101261234SQ200810027039
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年3月26日
发明者宇 何, 伟 李, 沈大刚, 浩 肖, 蒲常华, 钊 邓, 邬纪泽 申请人:广州中国科学院工业技术研究院;中国科学院沈阳自动化研究所