CN104990942A - 透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统及方法，包括：偏振片粘贴覆盖在待检测透明玻璃容器一侧的平行面光源发光表面使其发出线偏振光并照亮容器，镜头倾斜面向容器且根据穿过容器线偏振光形成容器从底部到瓶肩区域图像的辅助检测相机，在容器与平行面光源方向相反另一侧的至少一个分光成像系统(包括主检测相机、半透半反镜、反射镜和偏振镜)；半透半反镜将穿过容器线偏振光分为两束，第一束进入主检测相机形成容器的亮部图像，第二束经反射镜反射后经偏振镜进入主检测相机形成容器的暗部图像；主、辅助检测相机将形成图像发送至处理装置以使其确定容器是否有缺陷。本系统能准确检测透明玻璃容器的常见缺陷，精度高、速度快、成本低。

Description

透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统及方法

技术领域

本发明涉及玻璃容器制造缺陷检测技术领域，尤其涉及一种透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统及方法。

背景技术

由于玻璃容器特殊的吹制工艺，其在制造过程中由于温度、原料等原因可能会产生多种缺陷，如结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形、偏底厚、应力集中等问题。

目前，玻璃容器制造企业在产品完成吹制后主要依靠人工进行检测。但人工检测存在人力成本高、效率低下、漏检率高、检测精度和精度一致性偏低等缺点。而与此同时，自动化视觉检测系统由于其快速、非接触、成本低及一次拍摄可同时完成多项检测功能等优点近年来被广泛推广使用。

鉴于此，如何提供一种检测精度高、检测速度快、成本低且能够将透明玻璃容器在生产过程中的常见缺陷全部准确检测出来的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统及方法成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统及方法，能够将透明玻璃容器在生产过程中的常见缺陷全部快速、准确地检测出来，具有检测精度高、检测速度快、成本低等优点，有效地解决了透明玻璃容器制造生产线对产品品质难以全方位无盲区地自动化检测的难题。

第一方面，本发明提供一种透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统，包括：平行面光源、偏振片、辅助检测相机和至少一个分光成像系统；

所述平行面光源和偏振片位于待检测透明玻璃容器的一侧，所述偏振片粘贴覆盖在所述平行面光源的发光表面上，使所述平行面光源发出线偏振光并照亮所述待检测透明玻璃容器；

所述分光成像系统位于所述待检测透明玻璃容器与所述平行面光源方向相反的另一侧，所述分光成像系统包括：主检测相机、半透半反镜、反射镜和偏振镜；

所述半透半反镜将穿过所述待检测透明玻璃容器的线偏振光分为两束光，第一束光直接进入所述主检测相机形成所述待检测透明玻璃容器的亮部图像，第二束光经过所述反射镜的反射之后、再穿过所述偏振镜进入所述主检测相机形成所述待检测透明玻璃容器的暗部图像；

所述辅助检测相机的镜头倾斜向上面向所述待检测透明玻璃容器，根据穿过所述待检测透明玻璃容器的线偏振光形成所述待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像；

所述主检测相机和所述辅助检测相机将其形成的图像发送至处理装置，以使所述处理装置确定所述待检测透明玻璃容器是否有缺陷。

可选地，所述偏振镜的偏振角度与所述偏振片的偏振角度相互垂直。

可选地，所述主检测相机的一半视野范围是根据所述第一束光形成的在宽度方向上所述待检测透明玻璃容器的完整的亮部图像；

所述主检测相机的另一半视野范围是根据所述第二束光形成的在宽度方向上所述待检测透明玻璃容器的完整的暗部图像。

可选地，所述辅助检测相机的光心高度与所述待检测透明玻璃容器的底部高度相同。

可选地，所述主检测相机和所述辅助检测相机均为工业相机。

可选地，所述主检测相机成像的相机亮度为既不过暗致使难以观测到缺陷，也不过亮使微小缺陷由于图像过曝而消失。

可选地，所述辅助检测相机成像的亮度为亮到不平滑区域阴影完全消失。

第二方面，本发明提供一种基于上述透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测方法，包括：

获取主检测相机发送的待检测透明玻璃容器的图像；

根据所述主检测相机发送的图像中的亮部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形的缺陷；

根据所述主检测相机发送的图像中的暗部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的应力集中的缺陷；

获取辅助检测相机发送的待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像；

根据所述辅助检测相机发送的待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像，检测所述待检测透明玻璃容器的瓶底厚度和瓶身肩部徽标logo区域的缺陷。

可选地，所述根据所述主检测相机发送的图像中的暗部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的应力集中的缺陷，具体包括：

检测所述主检测相机发送的图像中的暗部图像中是否存在亮斑，若存在亮斑，则确定所述待检测透明玻璃容器具有应力集中的缺陷。

由上述技术方案可知，本发明的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统及方法，能够将透明玻璃容器在生产过程中的常见缺陷(如结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形、偏底厚、应力集中、容器表面如棱纹、徽标logo等不平滑区域的不平滑表面下的缺陷等)全部快速、准确地检测出来，具有检测精度高、检测速度快、成本低等优点，有效地解决了透明玻璃容器制造生产线对产品品质难以全方位无盲区地自动化检测的难题。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统的结构示意图；

图2为图1所示透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统中分光成像系统和辅助检测相机的结构和安装方式示意图；

图3为本发明一实施例提供的基于图1所示透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测方法的流程示意图；

附图标记：

1、主检测相机；2、半透半反镜；3、反射镜；4、偏振镜；5、辅助检测相机；6、待检测透明玻璃容器；7、偏振片；8、平行面光源；9、分光成像系统；10、透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统；11、处理装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

玻璃容器制造缺陷可划分为三类。第一类为视觉可直接观测到，如结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形等。对于这类缺陷，自动化视觉检测系统可通过模仿人类目检的方法进行检测，即通过容器背面放置光源，工业相机在另一侧查看容器的透光情况，当存在结石等可观测缺陷时，穿过缺陷区域的光线将会被阻挡而产生阴影。第二类必须在特殊观测位置才能够观测到，如偏底厚必须视角在瓶底高度才能够检测出瓶底厚度一致。第三类无法直接观测到，主要是应力集中缺陷。当玻璃烧制温度出现问题时可能会在某些区域产生应力集中的问题，当容器内压力较高时存在应力集中的区域有炸开的危险。无内应力的玻璃是各向同性晶体；而当应力集中产生后，将变为各向异性晶体，具有旋光效应，通过偏振光成像可以使其显现。

图1为本发明一实施例提供的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统的结构示意图，如图1所示，本实施例的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统10，包括：平行面光源8、偏振片7、辅助检测相机5和至少一个分光成像系统9；

所述平行面光源8和偏振片7位于待检测透明玻璃容器的一侧，所述偏振片7粘贴覆盖在所述平行面光源8的发光表面上，使所述平行面光源8发出线偏振光并照亮所述待检测透明玻璃容器6；

所述分光成像系统9位于所述待检测透明玻璃容器6与所述平行面光源8方向相反的另一侧，所述分光成像系统9包括：主检测相机1、半透半反镜2、反射镜3和偏振镜4；

所述半透半反镜2将穿过所述待检测透明玻璃容器6的线偏振光分为两束光，第一束光直接进入所述主检测相机1形成所述待检测透明玻璃容器6的(完整的)亮部图像，第二束光经过所述反射镜3的反射之后、再穿过所述偏振镜4进入所述主检测相机1形成所述待检测透明玻璃容器6的(完整的)暗部图像；

所述辅助检测相机5的镜头倾斜向上面向所述待检测透明玻璃容器6，根据穿过所述待检测透明玻璃容器6的线偏振光形成所述待检测透明玻璃容器6从底部到瓶肩区域的图像；

所述主检测相机1和所述辅助检测相机5将其形成的图像发送至处理装置11，以使所述处理装置11确定所述待检测透明玻璃容器6是否有缺陷。

在具体应用中，本实施例所述偏振镜4的偏振角度与所述偏振片7的偏振角度相互垂直。

在具体应用中，本实施例所述主检测相机1的一半视野范围是根据所述第一束光形成的在宽度方向上所述待检测透明玻璃容器6的完整的亮部图像；所述主检测相机1的另一半视野范围是根据所述第二束光形成的在宽度方向上所述待检测透明玻璃容器6的完整的暗部图像。

在具体应用中，本实施例所述辅助检测相机5的光心高度与所述待检测透明玻璃容器6的底部高度相同。

在具体应用中，本实施例所述主检测相机1和所述辅助检测相机5均可优选为工业相机。

在具体应用中，本实施例所述主检测相机1成像的相机亮度为既不过暗致使难以观测到缺陷，也不过亮使微小缺陷由于图像过曝而消失。

在具体应用中，本实施例所述辅助检测相机5成像的亮度为亮到不平滑区域阴影完全消失。

应说明的是，图1中的处理装置11在本实施例的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统10的外部，分别与所述主检测相机1和所述辅助检测相机5连接，用于接收所述主检测相机1和所述辅助检测相机5发送的图像，检测所述待检测透明玻璃容器6的缺陷(如结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形、偏底厚、应力集中、容器表面如棱纹、logo等不平滑区域的不平滑表面下的缺陷等)；该处理装置11可以优选为工业计算机。

可理解的是，本实施例所述分光成像系统9中的半透半反镜2将穿过所述待检测透明玻璃容器6的线偏振光(偏振片7粘贴覆盖在所述平行面光源8的发光表面上，使所述平行面光源8发出线偏振光)分为两束光，即所述半透半反镜2将所述待检测透明玻璃容器6的像进行了复制。第一束光直接进入所述主检测相机1成像(即所述待检测透明玻璃容器6的完整的亮部图像)，当系统调整适当时，该像可以覆盖容器的宽度方向，即可以观测到容器高度方向上的一部分，同时该像亮度适宜，使既不过暗难以观测到缺陷，也不过亮使微小缺陷由于图像过曝而消失，第二束光经过所述反射镜3的反射之后、再穿过所述偏振镜4进入所述主检测相机1成像(即所述待检测透明玻璃容器6的完整的暗部图像)，调整系统使这两个像基本各占所述主检测相机1图像视野范围的一半左右，前一半视野范围称为亮部，后一半视野范围称为暗部。由于偏振镜4的偏振方向与平行面光源上粘贴的偏振片的偏振方向相互垂直，因此正常情况下光线经过偏振镜4时被消光，所以所述主检测相机1所形成的图像上的暗部图像为全暗，与亮部图像的亮度差异显著。而当所述待检测透明玻璃容器6上存在应力集中区域，由于应力作用玻璃在该区域变为各向异性晶体，从而产生旋光效应，透过偏振片7的线偏振光经过所述待检测透明玻璃容器6的应力集中区域时偏振方向发生改变，从而经过偏振镜4时有光线可以经过，所以所述主检测相机1成像时的暗部图像有亮斑存在，通过检测所述待检测透明玻璃容器6的暗部瓶身区域(即暗部图像)是否存在亮斑即可判断所述待检测透明玻璃容器6当前角度可见区域内是否存在应力集中情况。

应说明的是，当进行本实施例所述透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统10的调试时，首先拆除偏振镜，调整分光成像系统9各光学元件的位置和角度使主检测相机1所形成的图像基本由亮部图像和暗部图像所平分，且分别可以成清晰的完整包括容器宽度方向的像，此时暗部也是明亮的。

硬件调整完成后，为了进一步提高检测准确性，可以对软件进行训练，即对两个像(即亮部图像和暗部图像)的位置关系通过训练建立关系。由于拆除偏振镜后这两个像都是明亮可见的，所以可以分别通过算法对所述待检测透明玻璃容器6在图像上的位置自动定位。设所述待检测透明玻璃容器6在图像上的亮部图像和暗部图像的像的位置分别为[x₁，y₁]′和[x₂，y₂]′。由于所使用的光学元件皆为平面透镜或反射镜，所以[x₁，y₁]′与[x₂，y₂]′满足仿射变换关系，即：

$\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{a}_{11}& a_{12}\\ a_{21}& a_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\end{array}\right]$

其中，a_ij和b_i(i，j＝１，２)均为系统常数，是通过多次拍摄所述待检测透明玻璃容器6的图像并获得定位结果后利用最小二乘方法确定。

在图像中画出两个像的待检测区域后，安装偏振镜4并调整角度使暗部到达最暗。调试完毕。

正常运行检测时，通过亮部图像位置[x₁，y₁]′计算出暗部图像应在的位置[x₂，y₂]′，从而移动暗部各待检测区域至该位置进行检测。

可理解的是，本实施例所述辅助检测相机5的光心高度和所述待检测透明玻璃容器6瓶底高度相同，使水平穿过瓶底的偏振光线可以进入所述辅助检测相机5成像，从而可以最准确地对瓶底厚度进行检测，当瓶底厚度过厚、过薄或偏底厚时，可以准确地检测出来；

同时所述辅助检测相机5倾斜向上拍摄，视野范围至所述待检测透明玻璃容器6的瓶肩高度。因为一般瓶肩部有徽标logo，对于主检测相机5所成的像而言logo区域干扰严重，可检测精度较低甚至成为盲区。本实施例所述辅助检测相机5通过倾斜拍摄和提高亮度的方式将logo造成的折射阴影去除，可以检测所述主检测相机1难以检测的瓶身背面logo区域，从而消除盲区，提高检测精度。

本实施例的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统，能够将透明玻璃容器在生产过程中的常见缺陷(如结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形、偏底厚、应力集中、容器表面如棱纹、logo等不平滑区域的不平滑表面下的缺陷等)全部快速、准确地检测出来，具有检测精度高、检测速度快、成本低等优点，有效地解决了透明玻璃容器制造生产线对产品品质难以全方位无盲区地自动化检测的难题。

综上所述，本实施例的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统具有以下几点优势：

1.非接触检测。采用视觉检测的方式，对玻璃容器非接触。可以避免对容器造成的损坏和污染。

2.检测精度高。通过利用高分辨相机成像，可以对容器上肉眼可见的结石、结瘤等多种缺陷准确地检测出来，同时对检测精度可以按照生产需要简便地调整。特别是加入了辅助检测相机，真正实现了无盲区检测。

3.计算速度快。可以支持不低于600瓶/分钟的检测速度，完全满足生产线需求。

4.可检测缺陷种类多。对于玻璃容器制造过程中常见的多种缺陷，如结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形、偏底厚、应力集中等均可以实现在线高精度检测。

5.方便调整。由于采用各个光学组件独立安装的方式，所以可以根据所生产的容器大小、形状对系统方便地进行调整以适应检测的需求。特别是偏振镜可以方便地拆装，可以在生产前对软件进行训练以进一步提高检测的准确性。

图3示出了本发明一实施例提供的基于图1所示透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测方法的流程示意图，如图3所示，本实施例的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测方法如下所述。

301、获取主检测相机发送的待检测透明玻璃容器的图像。

302、根据所述主检测相机发送的图像中的亮部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形的缺陷。

303、根据所述主检测相机发送的图像中的暗部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的应力集中的缺陷。

在具体应用中，所述步骤303，可以具体包括：

检测所述主检测相机发送的图像中的暗部图像中是否存在亮斑，若存在亮斑，则确定所述待检测透明玻璃容器具有应力集中的缺陷。

304、获取辅助检测相机发送的待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像。

305、根据所述辅助检测相机发送的待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像，检测所述待检测透明玻璃容器的瓶底厚度和瓶身肩部徽标logo区域的缺陷。

本实施例的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测方法，通过图1所示实施例中的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统外部的处理装置来实现，该处理装置与图1或图2所示系统的主检测相机和辅助检测相机分别连接，能够实时接收主检测相机和辅助检测相机发送的图像，并按照本实施例的方法进行待检测透明玻璃容器的缺陷检测，举例来说，该处理装置可以为工业计算机。

本实施例的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测方法，基于图1所示的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统，能够将透明玻璃容器在生产过程中的常见缺陷(如结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形、偏底厚、应力集中、容器表面如棱纹、logo等不平滑区域的不平滑表面下的缺陷等)全部快速、准确地检测出来，具有检测精度高、检测速度快、成本低等优点，有效地解决了透明玻璃容器制造生产线对产品品质难以全方位无盲区地自动化检测的难题。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的权利要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种透明玻璃容器制造缺陷视觉检测系统，其特征在于，包括：平行面光源、偏振片、辅助检测相机和至少一个分光成像系统；

所述平行面光源和偏振片位于待检测透明玻璃容器的一侧，所述偏振片粘贴覆盖在所述平行面光源的发光表面上，使所述平行面光源发出线偏振光并照亮所述待检测透明玻璃容器；

所述分光成像系统位于所述待检测透明玻璃容器与所述平行面光源方向相反的另一侧，所述分光成像系统包括：主检测相机、半透半反镜、反射镜和偏振镜；

所述半透半反镜将穿过所述待检测透明玻璃容器的线偏振光分为两束光，第一束光直接进入所述主检测相机形成所述待检测透明玻璃容器的亮部图像，第二束光经过所述反射镜的反射之后、再穿过所述偏振镜进入所述主检测相机形成所述待检测透明玻璃容器的暗部图像；

所述辅助检测相机的镜头倾斜向上面向所述待检测透明玻璃容器，根据穿过所述待检测透明玻璃容器的线偏振光形成所述待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像；

所述主检测相机和所述辅助检测相机将其形成的图像发送至处理装置，以使所述处理装置确定所述待检测透明玻璃容器是否有缺陷。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述偏振镜的偏振角度与所述偏振片的偏振角度相互垂直。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主检测相机的一半视野范围是根据所述第一束光形成的在宽度方向上所述待检测透明玻璃容器的完整的亮部图像；

所述主检测相机的另一半视野范围是根据所述第二束光形成的在宽度方向上所述待检测透明玻璃容器的完整的暗部图像。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助检测相机的光心高度与所述待检测透明玻璃容器的底部高度相同。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主检测相机和所述辅助检测相机均为工业相机。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主检测相机成像的相机亮度为既不过暗致使难以观测到缺陷，也不过亮使微小缺陷由于图像过曝而消失。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助检测相机成像的亮度为亮到不平滑区域阴影完全消失。

8.一种基于权利要求1至7中任一项所述系统的透明玻璃容器制造缺陷视觉检测方法，其特征在于，包括：

获取主检测相机发送的待检测透明玻璃容器的图像；

根据所述主检测相机发送的图像中的亮部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的结石、结瘤、炸裂、尺寸不正确、歪斜变形的缺陷；

根据所述主检测相机发送的图像中的暗部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的应力集中的缺陷；

获取辅助检测相机发送的待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像；

根据所述辅助检测相机发送的待检测透明玻璃容器从底部到瓶肩区域的图像，检测所述待检测透明玻璃容器的瓶底厚度和瓶身肩部徽标logo区域的缺陷。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述主检测相机发送的图像中的暗部图像，检测所述待检测透明玻璃容器的应力集中的缺陷，具体包括：

检测所述主检测相机发送的图像中的暗部图像中是否存在亮斑，若存在亮斑，则确定所述待检测透明玻璃容器具有应力集中的缺陷。