一种多光源自动打光装置及其图像合成方法与流程
本发明涉及自动化检测装置领域，尤其涉及一种多光源自动打光装置及其图像合成方法。
背景技术：
现有的零件表面缺陷检测通常依靠人工完成，其检测速度慢、主观因素影响大，可靠性低、影响产品的加工质量。于是出现了基于图像识别技术的缺陷检测方法，而上述检测方法较大程度上依赖于打光装置及相应的成像系统，如何提供可靠的打光装置、提供合理的图像合成方法成为业内亟待解决的问题。
技术实现要素：
为克服现有的零件表面缺陷检测速度慢、可靠性低的问题，本发明实施例一方面提供了一种多光源自动打光装置，包括：
打光支架，所述打光支架包括位于不同高度位置的至少第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架，还至少包括设于所述第一环形支架上的第一可控光源、设于所述第二环形支架上的第二可控光源和设于所述第三环形支架上的第三可控光源；
呈物台，所述呈物台于所述打光支架底部形成的待测区域；
阵列相机组件，包括设于所述打光支架顶部的明域相机和暗域相机；
光源控制器，用于控制所述第一可控光源、第二可控光源和第三可控光源的照明角度和照明范围；
机器视觉检测模块，用于根据所述明域相机和暗域相机在不同照明环境下获取的待测工件的图像，生成合成图像。
进一步，上述所述明域相机和暗域相机的数量为各两个，所述明域相机和暗域相机设于所述待测区域上方，且所述明域相机和暗域相机在圆周方向上间隔分布。
进一步，上述所述打光支架包括外支架和内支架，所述第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架形成于所述内支架上；所述外支架于所述呈物台上形成用于支撑所述内支架的支撑框架、于所述内支架上方形成梁状框架，所述明域相机和暗域相机可活动的设置在所述梁状框架上。
进一步，上述所述内支架的形状为半球形，所述内支架于所述明域相机和暗域相机下方形成图像采集缺口。
进一步，上述所述打光装置还包括设于所述明域相机和暗域相机上的距离传感器，所述距离传感器用于检测各所述明域相机和暗域相机与所述待测工件的相对距离；
所述呈物台包括设于所述待测区域周围的夹持组件、位于所述夹持组件下方用于承托所述待测工件的托盘、以及设于所述托盘下方的角度调整机构，所述角度调整机构包括伸缩杆、与伸缩杆连接的万向球以及设于所述万向球和托盘之间的吸盘，所述吸盘可脱离的与所述托盘连接；
所述机器视觉检测模块还用于调整所述伸缩杆的高度、以及所述万向球的角度，以使所述待测工件与各所述明域相机和暗域相机的相对距离在预设距离范围内。
进一步，上述所述托盘为透明托盘，所述呈物台上还设有伸缩枢轴，所述托盘侧壁上设置有与所述伸缩枢轴对应的枢孔；
所述机器视觉检测模块还用于控制所述伸缩枢轴翻转所述托盘，以翻转所述待测工件。
本发明实施例另一方面提供了一种图像合成方法，应用于上述任一项所述的多光源自动打光装置，包括：
控制第一可控光源在第一环形支架上呈常亮线光源状态；
控制第二可控光源在第二环形支架的多个预设角度依次照射待测工件；
控制第三可控光源在第三环形支架的多个预设角度依次照射待测工件；
当第二可控光源或第三可控光源在不同预设角度照射待测工件时，控制阵列相机组件获取所述待测工件图像，生成待测工件图像亮度矩阵；
根据所述待测工件图像亮度矩阵和所述待测工件图像，生成合成图像。
进一步，上述所述当第二可控光源或第三可控光源在不同预设角度照射待测工件时，控制阵列相机组件获取所述待测工件图像，得到待测工件图像亮度矩阵的步骤，包括：
当第二可控光源在不同预设角度照射待测工件、且第三可控光源熄灭时，控制控制阵列相机组件获取待测工件的图像，生成第一待测工件图像组；
当第三可控光源在不同预设角度照射待测工件、且第二可控光源熄灭时，控制控制阵列相机组件获取待测工件的图像，生成第二待测工件图像组；
根据所述第一待测工件图像组和第二待测工件图像组，生成待测工件图像亮度矩阵。
进一步，定义上述所述待测工件图像亮度矩阵为
根据公式
根据公式
本发明实施例通过提供打光支架，并在打光支架上由高至低设置至少第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架，通过提供光源控制器控制设于各环形支架上的可控光源对呈物台上的待测工件进行打光，使得打光充分均匀，相对固定的第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架使得照射角度相对固定，避免了误差的产生，同时，本发明利用缺陷目标对于不同光源方向和角度的反射特性，通过调整环形支架上可控光源的闪光规则，配合阵列相机组件获取的序列图像进行图像处理，实现对细微缺陷的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
图1是本发明第一实施例的多光源自动打光装置的立体图；
图2是图1移除呈物台后的立体图；
图3是图2的侧面视图；
图4是本发明第一实施例的内支架和阵列相机组件的立体图；
图5是本发明第二实施例的托盘和角度调整机构的立体图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
当本发明实施例提及“第一”、“第二”(若存在)等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，应当理解为仅仅是起区分之用。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”(若存在)应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例：
请参照图1至图4所示，本发明实施例公开了一种多光源自动打光装置，包括：
打光支架1，所述打光支架包括位于不同高度位置的至少第一环形支架11、第二环形支架12和第三环形支架13，还至少包括设于所述第一环形支架11上的第一可控光源14、设于所述第二环形支架12上的第二可控光源15和设于所述第三环形支架13上的第三可控光源16；
呈物台2，所述呈物台2于所述打光支架1底部形成的待测区域21；
阵列相机组件3，包括设于所述打光支架顶部的明域相机31和暗域相机32；
光源控制器，用于控制所述第一可控光源14、第二可控光源15和第三可控光源16的照明角度和照明范围；
机器视觉检测模块，用于根据所述明域相机31和暗域相机32在不同照明环境下获取的待测工件的图像，生成合成图像。
在本实施例中，呈物台2包括传送装置，待测工件可以通过传送装置传送至呈物台的待测区域21内，待测区域21位于阵列相机组件3的主轴上，明域相机31用于检测产品表面的吸收光线类型的缺陷，或用于检测反射性质与待测工件存在明显差异的缺陷；暗域相机32用于检测产品表面的散射光线类型的缺陷，或用于检测反射光线方向与待测工件光滑表面明显不同的缺陷。通过明域相机31和暗域相机32的配合，使得本实施例的合成图像更利于后端的缺陷检测。
作为一种优选实施方案，上述所述明域相机31和暗域相机32的数量为各两个，所述明域相机31和暗域相机32设于所述待测区域21上方，且所述明域相机31和暗域相机32在圆周方向上间隔分布。
同时，所述第一可控光源14、第二可控光源15和第三可控光源16各包括圆周上均匀分布的八个固定光源。光源控制器通过控制固定光源的组合照明方式，可控制光源的照明角度和照明范围。
上述所述打光支架包括外支架4和内支架5，所述第一环形支架11、第二环形支架12和第三环形支架13形成于所述内支架5上；所述外支架4于所述呈物台2上形成用于支撑所述内支架5的支撑框架41、于所述内支架5上方形成梁状框架42，所述明域相机31和暗域相机32可活动的设置在所述梁状框架32上。内支架4可用于调整光源的整体位置，外支架5可用于调整阵列相机组件的位置，使得本发明实施力度自动打装置相对灵活。
作为一种示例而非限定，上述所述内支架5的形状为半球形，所述内支架5于所述明域相机31和暗域相机32下方形成图像采集缺口51。需要说明的是，上述内支架5的形状还可以是多棱柱状或多棱台状。
本发明实施例通过提供打光支架，并在打光支架上由高至低设置至少第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架，通过提供光源控制器控制设于各环形支架上的可控光源对呈物台上的待测工件进行打光，使得打光充分均匀，相对固定的第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架使得照射角度相对固定，避免了误差的产生，同时，本发明利用缺陷目标对于不同光源方向和角度的反射特性，通过调整环形支架上可控光源的闪光规则，配合阵列相机组件获取的序列图像进行图像处理，实现对细微缺陷的检测。
第二实施例：
与上述第一实施例不同的是，在本实施例中，第一环形支架上的第一可控光源为环形线光源，包括环形排布的多个发光体；所述第二可控光源通过滑块设置在第二环形支架上，并可在第二环形支架的滑槽内滑动；第三可控光源通过滑块设置在第三环形支架上，并可在第三环形支架的滑槽内滑动。光源控制器可控制第二可控光源和第三可控光源对应滑块在滑槽内的位置，以控制第二可控光源和第三可控光源的照射角度。
同时，上述所述打光装置还包括设于所述明域相机和暗域相机上的距离传感器，所述距离传感器用于检测各所述明域相机和暗域相机与所述待测工件的相对距离；
请参照图5所示，所述呈物台包括设于所述待测区域周围的夹持组件6、位于所述夹持组件6下方用于承托所述待测工件的托盘7、以及设于所述托盘7下方的角度调整机构8，所述角度调整机构8包括伸缩杆81、与伸缩杆81连接的万向球82以及设于所述万向球82和托盘7之间的吸盘83，所述吸盘83可脱离的与所述托盘7连接；
所述机器视觉检测模块还用于调整所述伸缩杆81的高度、以及所述万向球82的角度，以使所述待测工件与各所述明域相机和暗域相机的相对距离在预设距离范围内。
作为一种具体实现方案，上述伸缩杆81可以是气缸杆，所述万向球82和吸盘83的结合处设有用于为吸盘83抽放空气的气泵接口84。上述距离传感器可以是红外传感器或超声波传感器，示例性的，当所述明域相机和暗域相机的数量均为第一实施例中的两个时，四个距离传感器用于获取待测工件上四个对应点到对应相机的距离，以得到待测工件与阵列相机组件的平均距离，以及待测工件表面的倾斜角度。当平均距离超出预设距离范围内时，机器视觉检测模块调整伸缩杆81的高度，以使待测工件位于阵列相机组件的预对焦范围内；当倾斜角度超出预设角度范围内时，机器视觉检测模块调整伸缩杆81上的万向球82的角度，以使工件表面正对阵列相机组件，以利于各可控光源对表面倾斜或不规则的待测工件打光，以及阵列相机组件获取清晰的待测工件正面图像。
作为一种改进而非限定，上述所述托盘7为透明托盘，所述呈物台上还设有伸缩枢轴，所述托盘侧壁上设置有与所述伸缩枢轴对应的枢孔71；
所述机器视觉检测模块还用于控制所述伸缩枢轴翻转所述托盘7，以翻转所述待测工件。
当伸缩枢轴伸出时，伸缩枢轴插入托盘7侧壁的对应的枢孔71内，此时机器视觉检测模块控制所述伸缩枢轴翻转所述托盘，以使待测工件的背面正对阵列相机组件，由于待测工件的背面为放置面，通常放置面为平面，仅需对待测工件翻转即可对待测工件的背面表面进行打光和图像获取，简单方便。在本实施例中，角度调整机构8和伸缩枢轴择一的与托盘7连接，当伸缩枢轴缩回时，可通过角度调整机构与托盘连接并支撑托盘。
由于在对待测工件进行打光和图像获取前，通常需要采用视觉标准件对阵列相机组件进行调校和对焦工作(以下称为预调校)，使得各明域相机和暗域相机基本对焦在待测工件上，本实施例通过提供角度调整机构，使得自动打光装置可以自动识别待测工件的厚薄以及表面的平整情况，通过调整伸缩杆的高度，以使待测工件位于阵列相机组件的预对焦范围内，通过调整伸缩杆上的万向球的角度，以使工件表面大致正对阵列相机组件，以利于各可控光源为表面倾斜或不规则的待测工件打光，以及阵列相机组件获取清晰的待测工件正面图像，避免在面对不同待测工件时反复预调校导致效率低下的问题。同时，本实施例通过提供伸缩枢轴，并在托盘侧壁开设枢孔，使得机器视觉检测模块可以控制所述伸缩枢轴翻转所述托盘，以对待测工件的背面表面进行缺陷检测，避免了人工的介入，全自动化的设计操作简便，省时省力。
第三实施例：
本发明实施例提供了一种图像合成方法，应用于上述任一实施例所述的多光源自动打光装置，包括：
控制第一可控光源在第一环形支架上呈常亮线光源状态；
控制第二可控光源在第二环形支架的多个预设角度依次照射待测工件；
控制第三可控光源在第三环形支架的多个预设角度依次照射待测工件；
当第二可控光源或第三可控光源在不同预设角度照射待测工件时，控制阵列相机组件获取所述待测工件图像，生成待测工件图像亮度矩阵；
根据所述待测工件图像亮度矩阵和所述待测工件图像，生成合成图像。
在本实施例中，在控制第一可控光源在第一环形支架上呈常亮线光源状态的步骤之前，还包括预调校的步骤：
用视觉标准件对阵列相机组件进行调校和对焦工作，使得各明域相机和暗域相机对焦在待测工件表面；
通过光源控制器的预设闪光规则，使各第一可控光源、第二可控光源和第三可控光源依次在一定亮度范围内进行闪动；
获取并应用阵列相机组件符合清晰度标准的闪光规则。
作为一种具体打光方案，上述所述当第二可控光源或第三可控光源在不同预设角度照射待测工件时，控制阵列相机组件获取所述待测工件图像，得到待测工件图像亮度矩阵的步骤，包括：
当第二可控光源在不同预设角度照射待测工件、且第三可控光源熄灭时，控制控制阵列相机组件获取待测工件的图像，生成第一待测工件图像组；
当第三可控光源在不同预设角度照射待测工件、且第二可控光源熄灭时，控制控制阵列相机组件获取待测工件的图像，生成第二待测工件图像组；
根据所述第一待测工件图像组和第二待测工件图像组，生成待测工件图像亮度矩阵。
作为一种示例，相对于上述第一实施例中第一可控光源、第二可控光源和第三可控光源各包括圆周上均匀分布的八个固定光源的方案，各相机获取16幅不同光源照射角度的图像。阵列相机组件共可获取4*16共64幅图像，其中，各预设角度的光源照射下均可获得2张明域照片和2张暗域照片。保障了图像合成方法的可靠性。
为了进一步降低光照不均、假缺陷对高质量图像采集的干扰，本实施例定义上述所述待测工件图像亮度矩阵为
根据公式
根据公式
通过上述合成方法，可进一步降低光照不均、假缺陷对高质量图像采集的干扰，获得高可靠性的合成图像。
本发明实施例通过提供打光支架，并在打光支架上由高至低设置至少第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架，通过提供光源控制器控制设于各环形支架上的可控光源对呈物台上的待测工件进行打光，使得打光充分均匀，相对固定的第一环形支架、第二环形支架和第三环形支架使得照射角度相对固定，避免了误差的产生，同时，本发明利用缺陷目标对于不同光源方向和角度的反射特性，通过调整环形支架上可控光源的闪光规则，配合阵列相机组件获取的序列图像进行图像处理，实现对细微缺陷的检测。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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