CN107966459A - 一种宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，包括用于放置待检测玻璃样片、且能带动所述待检测玻璃样片在其上移动的检测平台；所述检测平台一侧设有控制执行系统；视觉检测系统和玻璃预处理系统横跨在所述检测平台两侧。本发明可以完成现场生产线上玻璃制品的实时检测、跟踪、报警、信息统计的功能，实现宽幅玻璃表面细微划伤划痕的高准确率的在线检测。

Description

一种宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置

技术领域

本发明涉及机器视觉检测领域，特别是一种宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置。

背景技术

玻璃产品广泛应用在航空航天、汽车制造、智能手机、自动化仪表、建筑工程、核工程等关键工程领域，根据其应用主要分为普通平板玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃以及其他特殊玻璃等。普通平板玻璃即为玻璃原片，夹层玻璃是由两片或者两片以上的玻璃原片用合成树脂粘结在一起而制成，钢化玻璃及其他特殊玻璃亦是由玻璃原片深加工而成。可知，各类型的玻璃原片是玻璃产品的基础，要想提高玻璃的生产效率和产品质量，避免造成大量的废品和次品，必须在玻璃原片进行深层加工前就对其进行系统性的质量检测。

玻璃产品生产的各个环节依次在一条高速生产流水线上完成，从而实现大批量的生产需求。而玻璃原片的质量检测即在其进行深加工之前，主要在线检测玻璃原片在之前的生产过程中产生的缺陷（如疵点、气泡、结石、玻璃碎、色斑、划伤、夹杂等），根据缺陷的类别及数量判定玻璃原片的质量状态与等级。

经调研，由于智能检测技术及装备的缺乏，目前国内各大玻璃生产厂家针对玻璃制品的检测方式还处于人工检测阶段。然而不断提高的生产能力（高速、大幅面）和质量水平（高精度的缺陷识别），使得人工检测已经无法满足需求。主要体现在以下几个方面：(1)速度慢，容易产生漏检、误检；(2)占用大量的资源且无法保证统一的质量标准。目前玻璃质量的检测已逐渐被基于机器视觉的在线检测系统取代。

机器视觉在线检测技术是人工智能快速发展的一个分支，用工业相机成像代替人眼来做测量和判断。其设备及构架如图1所示，在控制总线上构建三个主要部分：运动控制和数据处理系统，工业相机成像系统和工件固定和运动控制装置。通过工控机采集和处理得到的生产数据可以及时反馈，实现缺陷实时在线检测。

现有玻璃表面细微划伤检测技术主要是机器视觉在线检测技术。基于机器视觉的玻璃表面缺陷在线检测系统包括图象采集部分、图象处理、输入输出部分、智能控制及机械执行等几个部分组成，如图2所示。其具体工作过程为:将待检玻璃置于尽可能均匀照明的可控背景前(采用背面式LED红光),智能控制系统给图像获取模块(CCD摄像机)发出控制信号,CCD摄像机摄取到的玻璃表面缺陷图像,经过图像采集卡把图像数据采集到计算机内存,利用研制开发的玻璃表面缺陷图像处理与测量软件,实现对玻璃表面缺陷的检测,最后通过输出设备输出检测结果。

玻璃质量缺陷检测是采用先进的CCD成像技术和智能光源。系统照明采用背光式照明,其原理如图3所示,即在玻璃的背面放置光源,光线经待检玻璃,透射进入摄像头。光线垂直入射玻璃后,当玻璃中没有杂质时,出射的方向不会发生改变,CCD摄像机的靶面探测到的光也是均匀的；当玻璃中含有杂质时,出射的光线会发生变化,CCD摄像机的靶面探测到的光也要随之改变。

玻璃中含有的缺陷主要分为两种：一是光吸收型(如砂粒、夹锡夹杂物),光透射玻璃时,该缺陷位置的光会变弱,CCD摄像机的靶面上探测到的光比周围的光要弱；二是光透射型(如裂纹、气泡等),光线在该缺陷位置发生了折射,光的强度比周围的要大,因而CCD摄像机的靶面上探测到的光也相应增强。

（1）现有基于机器视觉的玻璃表面缺陷在线检测系统，一般采用线扫描成像系统，正光源、背光源在亮场情况下，前倾或后倾来提供照明，且平行于扫描线的线光源，对玻璃进行扫描（如图3所示）。这种检测方法对平行于扫描线的缺陷（如砂粒、夹锡夹杂物、气泡）容易检出，但是不能探测到以下细微划伤：a、垂直于扫描线的划伤；b、宽幅玻璃上不规则划伤划痕。因此，在经过现有装备的检测后，仍有部分缺陷玻璃产品流出，对产品质量造成了不利影响。

（2）现有技术在宽幅玻璃（大于1m）的在线检测过程中存在缺陷漏检率、错检率较高的缺点，部分能解决该缺点的方式成本偏高，不适用于小微企业使用现状。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，完成现场生产线上玻璃制品的实时检测、跟踪、报警、信息统计的功能，实现宽幅玻璃表面细微划伤划痕的高准确率的在线检测。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，包括用于放置待检测玻璃样片、且能带动所述待检测玻璃样片在其上移动的检测平台；所述检测平台一侧设有控制执行系统；视觉检测系统和玻璃预处理系统均未龙门式结构，且横跨在所述检测平台两侧；所述控制执行系统与所述视觉检测系统、玻璃预处理系统电连接；所述控制执行系统控制所述玻璃预处理系统对待检测玻璃样片进行干燥除尘除静电处理，然后所述检测平台将所述待检测玻璃样片输送至所述视觉检测系统下方，所述视觉检测系统对处理后待检测玻璃样片进行表面细微划伤划痕检测。

所述玻璃预处理系统包括左机架和右机架；所述左机架和右机架之间通过连接工装连接；所述连接工装上设置有至少一个透明传感器；所述连接工装上方设置有至少一套等离子风刀；所述左机架和/或右机架上设置有用于驱动所述等离子风刀的风刀气源。

所述等离子风刀的出风口与所述待检测玻璃样片输送方向成45º～60º角。

所述左机架顶端、右机架顶端通过第一防护罩连接。

所述视觉执行系统包括第一机架和第二机架；所述第一机架、第二机架之间通过暗场照明装置连接；所述暗场照明装置上方的第一机架、第二机架之间通过自动滑台连接；所述自动滑台上设置有水平仪和多个相机。

所述自动滑台上方设置有第二防护罩。

所述暗场照明装置包括左支架、右支架；所述左支架、右支架之间安装有能沿轴向转动的光源和；所述光源外设有光源反射工作板，且所述光源反射工作板两端分别与所述左支架、右支架固定连接。

所述自动滑台包括滑杆；所述滑杆上设有多个能在所述滑杆上滑动的滑块；每个所述滑块上均设置有相机；所述滑杆两端各通过一根连杆分别与所述第一机架、第二机架连接，且所述连杆能沿所述第一机架、第二机架的宽度方向移动；所述滑杆能沿所述连杆移动。

所述控制执行系统包括工业控制主机；所述工业控制主机与控制器、警报警示系统、多个图像采集卡连接；每个所述图像采集卡与一个相机连接；所述控制器与所述暗场照明装置、透明传感器、自动滑台电连接。

所有的图像采集卡均与编码器电连接，所述编码器与所述控制器电连接。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明可以完成现场生产线上玻璃制品的实时检测、跟踪、报警、信息统计的功能，实现宽幅玻璃表面细微划伤划痕的高准确率的在线检测。

附图说明

图1为本发明实施例系统构架框图；

图2为本发明实施例结构示意图；

图3为本发明实施例玻璃预处理系统示意图；

图4为本发明视觉执行系统结构图；

图5为本发明暗场照明装置总成结构图；

图6为本发明系统自动控制原理图；

图7为本发明工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明主要由现场模拟工况系统、待检测玻璃样品、警示警报系统、控制执行系统、视觉执行系统、防护罩及玻璃预处理系统组成。现场模拟工况系统（即检测平台）主要用于模拟玻璃制品实际生产流水线，具有自启动暂停、运行速度调节、方向调节等功能，作为基础载物台实现待检测样品各种工况的模拟；待检测玻璃样品是玻璃原片，可以是实际生产线上检测环节的玻璃制品；警示警报系统实现缺陷玻璃样品检出的报警和提示功能；控制执行系统集成本装置所有动作操控，包括：1、现场模拟工况系统的启停、暂停、调速与转向，2、视觉执行系统中XYZ三个方向的运动，3、玻璃预处理系统中风刀的启停、暂停与调速，4、警示警报系统的启停控制，5、暗场照明装置中光源的角度调节和亮度调节；视觉执行系统是装置的核心，采用视觉系统实现玻璃各类缺陷的高精度检测，并以图像数据输出；防护罩具有保护装置内精密件，挡光防尘等功能。

如图2，玻璃预处理系统顺延中试线加装在现场玻璃清洗机之后，对待检测玻璃制品进行干燥除尘除静电处理。该系统主要由左右机架、可调连接装置、离子风刀以及连接管路组成。

两套离子风刀安置于中试线上下适当位置，出风口与玻璃制品输送方向成45º至60º角度倾斜。离子棒在高压下产生出大量正负离子，通过风刀吹出的气幕作为载体，把大量离子带向待检测玻璃的表面，而迅速中和其表面的静电，气幕还可有效清除表面水渍、灰尘及其它微粒。在整体结构上，玻璃预处理系统与视觉执行系统进行柔性密闭结合，防止二次污染。加装该系统可以有效去除待检测玻璃制品上残留的水渍和绒毛，同时去除玻璃制品上的静电。对保证产品检测合格率，降低误判率起到关键作用。

根据计算选型的线阵相机安装在一套XYZ三维可调自动滑台装置上，依据生产线和玻璃制品的实际情况线阵相机可以在三个方面做以下适应性的调节：

X方向：调节线阵相机的作业宽幅（手动调节）

Y方向：调节线阵相机与智能光源的相对位置（手动调节）

Z方向：调节相机高度实现精准对焦（自动调节）

自动滑台左右有机架支撑，形成龙门式结构。左右两端机架均采用钢结构焊接而成，底部安置有带减振调整螺栓的万向轮，方便检测系统整体移动和固定，同时保证相机镜头的稳定性。

暗场照明装置总成横跨安装在两端机架内，根据生产线实际情况高度左右均可做调整，保证光源可以与线阵相机形成合适光路系统。如图5，暗场照明装置包括左支架531，右支架532，左支架531、右支架532之间设置光源534和光源反射工作板537，该光源534两端分别通过连接件533与联轴器535连接，两个联轴器535各与一个减速机536输出轴连接，两个减速机分别固定于左支架531、右支架532上。控制器带动减速机转动，减速机带动光源轴向转动。

XYZ三维可调自动滑台装置集成安装在机架上，安装位置高度控制其精度，安装时水平仪实时检测，使其满足相机使用要求。如有些生产线安装位置龙门式结构无法安装，该机械结构同样可以模块化拆卸后再组装。

防护罩采用薄板折弯成型，内部焊接龙骨加强。防护罩上配置钢制拉手，方便防护罩的开关闭合。闭合时通过快速压紧搭扣可实现防护罩的固定夹紧。在防护罩中心位置开气动调节门，方便视觉系统检查与维护。防护罩的作用：保护执行机构，阻挡干扰光源。

实施方式说明（如图7所示）：

（1）根据玻璃制品样式粗调节XYZ三个方向，确定线阵相机的初始位置。通过图像预览，实时反馈调节驱动电机，控制滑台运动，从而实现相机的精准对焦；

（2）根据相机位置调节智能背光光源位置及打光方式，暗场照明装置预先启动背光直线打光；

（3）待检测玻璃运输至玻璃预处理系统时，透明传感器探测其位置，将信号传输给控制器，控制器做延时处理，离子风刀开启运行状态；

（4）玻璃制品输送到编码器位置（编码器与现场模拟工况系统的运转轴对心安装），测定生产线实际运行速度，将信号传输至控制器；

（5）线阵相机摄取所检测第一次制品成像，经数据线传输至图像采集卡，编码器发送实时转速信号至图像采集卡，图像数据经采集卡处理后输送到工业计算机；

（6）在预先验证设定的模式下，暗场照明装置启动减速机，线性光源调至第一计算角度（通过减速机旋转运动调整），待检测玻璃返回传输，光线通过光源反射工作板反射至待检测玻璃面，实现暗场照明，线阵相机摄取所检测第二次制品成像。

（7）在预先验证设定的模式下，暗场照明装置启动减速机，线性光源调至第二计算角度，待检测玻璃在原状态下正向传输，光线通过光源反射工作板537反射至待检测玻璃面，实现暗场照明，线阵相机摄取所检测第三次制品成像。

（8）对所采集图像进行处理，得到所需图像信息和处理结果。最终信息通过显示器实时显示，并通过现场IO关联外部事件，输出控制信号。比如检测到不合格玻璃制品时立即触发警示警报系统，同时向中试线控制器发出开关指令；

（9）当更换玻璃制品规格型号时，操作者在人机交互界面上选择相应的玻璃尺寸，相机能实现自动对焦，可以适应多种产品多种生产线的在线检测。

Claims (10)

1.一种宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，包括用于放置待检测玻璃样片（2）、且能带动所述待检测玻璃样片在其上移动的检测平台（1）；所述检测平台（1）一侧设有控制执行系统（3）；视觉检测系统（5）和玻璃预处理系统（7）均为龙门式结构，且所述视觉检测系统（5）和玻璃预处理系统（7）均横跨在所述检测平台（1）两侧；所述控制执行系统（3）与所述视觉检测系统（5）、玻璃预处理系统（7）电连接；所述控制执行系统（5）控制所述玻璃预处理系统（7）对待检测玻璃样片（2）进行干燥除尘除静电处理，然后所述检测平台（1）将所述待检测玻璃样片（2）输送至所述视觉检测系统（5）下方，所述视觉检测系统（5）对处理后待检测玻璃样片（2）进行表面细微划伤划痕检测。

2.根据权利要求1所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述玻璃预处理系统（7）包括左机架（71）和右机架（72）；所述左机架（71）和右机架（72）之间通过连接工装（73）连接；所述连接工装（73）上设置有至少一个透明传感器（74）；所述连接工装（73）上方设置有至少一套等离子风刀（75）；所述左机架（71）和/或右机架（72）上设置有用于驱动所述等离子风刀（75）的风刀气源（76）。

3.根据权利要求2所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述等离子风刀（75）的出风口与所述待检测玻璃样片（2）输送方向成45º～60º角。

4.根据权利要求2所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述左机架（71）顶端、右机架（72）顶端通过第一防护罩（77）连接。

5.根据权利要求2所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述视觉执行系统（5）包括第一机架（51）和第二机架（52）；所述第一机架（51）、第二机架（52）之间通过暗场照明装置（53）连接；所述暗场照明装置（53）上方的第一机架（51）、第二机架（52）之间通过自动滑台（54）连接；所述自动滑台（54）上设置有水平仪（55）和多个相机（56）。

6.根据权利要求5所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述自动滑台（54）上方设置有第二防护罩（57）。

7.根据权利要求5所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述暗场照明装置（53）包括左支架（531）、右支架（532）；所述左支架（531）、右支架（532）之间安装有能沿轴向转动的光源（534）；所述光源（534）外设有光源反射工作板（537），且所述光源反射工作板（537）两端分别与所述左支架（531）、右支架（532）固定连接。

8.根据权利要求5所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述自动滑台（54）包括滑杆；所述滑杆上设有多个能在所述滑杆上滑动的滑块；每个所述滑块上均设置有相机（56）；所述滑杆两端各通过一根连杆分别与所述第一机架（51）、第二机架（52）连接，且所述连杆能沿所述第一机架（51）、第二机架（52）的宽度方向移动；所述滑杆能沿所述连杆移动。

9.根据权利要求5所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所述控制执行系统（3）包括工业控制主机；所述工业控制主机与控制器、警报警示系统、多个图像采集卡连接；每个所述图像采集卡与一个相机（56）连接；所述控制器与所述暗场照明装置（53）、透明传感器（74）、自动滑台（54）电连接。

10.根据权利要求9所述的宽幅面玻璃细微划伤在线检测装置，其特征在于，所有的图像采集卡均与编码器电连接，所述编码器与所述控制器电连接。