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CN110361395A - 一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法及设备 - Google Patents

一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法及设备 Download PDF

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CN110361395A
CN110361395A CN201910721539.9A CN201910721539A CN110361395A CN 110361395 A CN110361395 A CN 110361395A CN 201910721539 A CN201910721539 A CN 201910721539A CN 110361395 A CN110361395 A CN 110361395A
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CN
China
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light source
film
picture
camera
controller
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Application number
CN201910721539.9A
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Inventor
许建民
吉艳涛
王伟
彭青枫
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Tianjin Sunbo Industrial Technology Co Ltd
Original Assignee
Tianjin Sunbo Industrial Technology Co Ltd
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Publication date
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Priority to CN201910721539.9A priority Critical patent/CN110361395A/zh
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Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法及设备，包括步骤一：将待检测膜放在光源和相机之间，其中光源位于待检测膜下方，相机位于待检测膜上方；步骤二：根据不同的待检测膜的叠层和装配结构，调整光源与待检测膜的入射角度，使得光源与产品结构进行配合；步骤三：相机对待检测膜拍摄实物图像，完成待检测膜的平整度缺陷测试、全尺寸测试和外观缺陷测试。本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法及设备，通过光源与测试过程配合，完成了低成本高精度测试平整度，有效保证产品出货的品质。

Description

一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法及设备
技术领域
本发明属于模切测试领域，尤其是涉及一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法及设备。
背景技术
随着科技的进步，品牌厂商对消费电子产品防护性不断提高，特别防水性是重中之重，防水透气膜原材料由于本身的特性，薄的同时比较软，容易出现损伤的问题，在生成和加工过程中容易出现异物，损坏，毛刺等问题，使最终产品出货不能得到保障。目前的防水透气膜价格相对普通模切产品，附加值较高，客户要求的绝对质量较高，允许不良空间很低。
现在市面的设备，有的只能测试尺寸，不能测试其他缺陷；有的能测试缺陷，但是精度在0.1mm左右，无法监测防水透气膜，也无法反馈防水透气膜的状态。这样迫切的需要一种能高精度的检测防水透气膜的设备，对防水透气膜100％投入全检，同时对微观状况有充分的了解，检测出的大数据进行分析和判断，给方案设计和材料选择，制造工艺提供参考。防水透气膜的防水性是重中之重.防水透气膜原材料由于本身的特性，薄的同时比较软，在生成和加工过程中容易出现起皱等问题，使最终产品出现平整度问题。平均平整度在10微米左右，市场上的3D相机等传感器的最好公差在10微米，基恩士的误差在100微米，无法满足防水透气膜平整度测试要求。同时传统方法成本很高，无法低成本的对项目进行测试。平整度问题会很严重的影响防水透气膜的声学效果，在使用段迫切的需要一种低成本，高精度测试平整度的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，以提供一种低成本、高精度、有效保障产品质量的防水透气膜缺陷测试方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，包括步骤一：将待检测膜放在光源和相机之间，其中光源位于待检测膜下方，相机位于待检测膜上方；
步骤二：根据不同的待检测膜的叠层和装配结构，调整光源与待检测膜的入射角度，使得光源与产品结构进行配合；
步骤三：相机对待检测膜拍摄实物图像，完成待检测膜的平整度缺陷测试、全尺寸测试和外观缺陷测试。
进一步的，待检测膜的平整度缺陷测试的具体方法为：
步骤11：相机拍摄实物图像后，相机的控制器对图片进行Blob处理；
步骤12：控制器根据内部设定的模板位置和现有待检测膜的放置位置进行匹配，从而判断待检测膜的放置位置是否正确，并通过屏幕显示，当放置位置不正确时，可人工调整，直至待检测膜位置正确(即产品定位)；
步骤13：控制器对图片进行图形分割处理，处理后的图形再次进行傅里叶变换，实现图像数据时域到频域的变换；
步骤14：控制器对步骤13中所述图片的频域进行高斯处理；
步骤15：控制器对步骤14中图片进行傅里叶反变换；
步骤16：控制器将步骤15中的图片与原始图片对比，得到不平整区域；
步骤17：控制器对步骤16中的不平整区域进行时域线性高斯处理，用于过滤干扰因素；
步骤18：输出判定结果和图形。
进一步的，待检测膜的全尺寸测试的具体方法为：
步骤21：相机拍摄实物图像后，相机的控制器对图片进行Blob处理；
步骤22：控制器根据内部设定的模板位置和现有待检测膜的放置位置进行匹配，从而判断待检测膜的放置位置是否正确，并通过屏幕显示，当放置位置不正确时，可人工调整，直至待检测膜位置正确；
步骤23：相机的控制器对图片的灰度边界进行判定；
步骤24：控制器对步骤23中的图片进行像素插值算法，从而精确绘制出边界线；
步骤25：控制器对步骤24中的图片进行二次像素插值算法，从而更加精确的绘制图片的边界线；
步骤26：控制器对步骤25中的图片进行二维解析几何处理，并将处理后的数据与其内部存储的标准值进行对比判定；
步骤27：控制器得到尺寸结论并输出结论。
进一步的，外观缺陷测试的具体方法为：
步骤31：相机拍摄实物图像；
步骤32：相机的控制器将步骤31中的图片进行滤波处理；
步骤33：控制器将步骤32中的图片与步骤31中的图片进行对比，找到外观不良的部位；
步骤34：控制器对外观不良的部位进行特征提取；
步骤35：控制器将步骤34中的不良特征，与其内部存储的标准数据进行比较，输出结论；
步骤36：相机输出外观状况汇总。
相对于现有技术，本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法具有以下优势：
(1)本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，通过光源与测试过程配合，完成了低成本高精度测试平整度，有效保证产品出货的品质。
(2)本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，根据不同的产品特性，使用不同的光源及光源组合，通用性强。
(3)本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，侧面光源的散射角不超过5°，有效保证产品范围内的光照均匀度。
本发明的另一目的在于提出一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，以一种低成本、高精度、有效保障产品质量的防水透气膜缺陷测试设备。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，包括检测装置和上位机，检测装置底部设有底座，底座一侧安装支撑骨架，支撑骨架上方安装相机，底座的上方通过治具安装光源，光源位于相机镜头的下方，光源与相机的镜头之间设有放置待检测膜的空间，相机的控制器信号连接至上位机。
进一步的，光源为侧面光源和背光源的组合，治具上表面设有片材定位区，片材定位区的下方设有光学玻璃槽，光学玻璃槽的两侧设有若干吸附开孔，每个吸附开孔分别与治具侧面设置的真空抽气口、治具上表面设置的直接吸附片材抽气口连通，光学玻璃槽的下方安装背光源，片材定位区的侧面上方分别安装一个侧面光源。
进一步的，侧面光源为条形侧面光源或环形侧面光源。
进一步的，治具的一侧安装送料装置，另一侧安装收料装置，送料装置和收料装置均为传送带或传送轮或传送轨道，送料装置内的送料电机信号连接至上位机，收料装置内的收料电机信号连接至上位机。
进一步的，上位机为电脑，电脑分别信号连接至键盘和鼠标，检测装置、上位机、键盘和鼠标均安装在工作台上，工作台下方设有工作柜，检测装置外部设有壳体结构，壳体结构上设有送料口、收料口和观察口，送料口与送料装置对应设置，收料口和收料装置对应设置。
相对于现有技术，本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备具有以下优势：
(1)本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，设置的XY直线导轨和相机微调模组，从而调整光源、待检测膜和相机的位置，使得检测设备实用性更强。
(2)本发明所述的基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，设置的机器人手臂、送料装置和收料装置，自动化程度高，大大提供了待检测产品的检测效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的待检测膜的平整度缺陷测试的步骤；
图2为本发明实施例所述的待检测膜的全尺寸测试的步骤；
图3为本发明实施例所述的外观缺陷测试的步骤；
图4为本发明实施例所述的半自动设备的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的全自动设备的结构示意图；
图6为本发明实施例所述的检测装置的结构示意图；
图7为本发明实施例所述的条形侧面光源与背光源配合的结构示意图；
图8为本发明实施例所述的环形侧面光源与背光源配合的结构示意图；
图9为本发明实施例所述的治具的俯视图；
图10为本发明实施例所述的治具的侧视图。
附图标记说明：
1-检测装置；2-上位机；3-键盘；4-鼠标；5-工作台；6-工作柜；7-相机微调模组；8-相机；9-光源；10-片材定位区；11-治具；12-XY直线导轨；13-支撑骨架；14-底座；15-送料装置；16-收料装置；17-吸附开孔；18-光学玻璃槽；19-侧面光源；20-背光源；21-直接吸附片材抽气口；22-真空抽气口；23-定位柱。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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”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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
名词解释：
Blob处理：就是对前景/背景分离后的二值图像，进行连通域提取和标记。
一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，如图1至图3所示，包括
步骤一：将待检测膜放在光源和相机之间，其中光源位于待检测膜下方，相机位于待检测膜上方；
步骤二：根据不同的待检测膜的叠层和装配结构，调整光源的入射角度，使得光源与产品结构进行配合；
步骤三：相机对待检测膜拍摄实物图像，完成待检测膜的平整度缺陷测试、全尺寸测试和外观缺陷测试。
相机为CMOS工业相机，其像素分辨率根据产品的排版大小而改变，相机的像素范围为200～3000万像素。
光源为背光源、正面照明光源、侧面光源或上述多种光源同时使用。
针对尺寸及普通外观问题的产品，使用背光源，和正面照明光源。正面照明光源包括穹顶光，同轴光，环形光等。背光源适用于结构不复杂的机械结构，或产品对精度要求高的领域。也可以同时配置背光源和正面照明光源，适用于测试要求复杂，单一光源无法满足的产品领域。
侧面光源主要用于产品有褶皱等Z方向的缺陷测试时，光源入射角角从-10度到50度角。主要功用在于低成本替代3D相机系统，或3D系统无法测试的情况。
侧面光源的散射角不超过5°，有效保证产品范围内的光照均匀度。
侧面光源的颜色为蓝色光源或绿色光源。
侧面光源为环形侧面光源或条形侧面光源或椭圆形侧面光源。
待检测膜的平整度缺陷测试的具体方法为：
步骤11：相机拍摄实物图像后，相机的控制器对图片进行Blob处理；
步骤12：控制器根据内部设定的模板位置和现有待检测膜的放置位置进行匹配，从而判断待检测膜的放置位置是否正确，并通过屏幕显示，当放置位置不正确时，可人工调整，直至待检测膜位置正确(即产品定位)；
步骤13：控制器对图片进行图形分割处理，处理后的图形再次进行傅里叶变换，实现图像数据时域到频域的变换；
步骤14：控制器对步骤13中所述图片的频域进行高斯处理；
步骤15：控制器对步骤14中图片进行傅里叶反变换；
步骤16：控制器将步骤15中的图片与原始图片对比，得到不平整区域；
步骤17：控制器对步骤16中的不平整区域进行时域线性高斯处理，用于过滤干扰因素；
步骤18：输出判定结果和图形。
待检测膜的全尺寸测试的具体方法为：
步骤21：相机拍摄实物图像后，相机的控制器对图片进行Blob处理；
步骤22：控制器根据内部设定的模板位置和现有待检测膜的放置位置进行匹配，从而判断待检测膜的放置位置是否正确，并通过屏幕显示，当放置位置不正确时，可人工调整，直至待检测膜位置正确(即产品定位)；
步骤23：相机的控制器对图片的灰度边界进行判定；
步骤24：控制器对步骤23中的图片进行像素插值算法(又称为卡尺插值算法)，从而精确绘制出边界线；
步骤25：控制器对步骤24中的图片进行二次像素插值算法，从而更加精确的绘制图片的边界线；
步骤26：控制器对步骤25中的图片进行二维解析几何处理，并将处理后的数据与其内部存储的标准值进行对比判定；
步骤27：控制器得到尺寸结论并输出结论。
外观缺陷测试的具体方法为：
步骤31：相机拍摄实物图像；
步骤32：相机的控制器将步骤31中的图片进行滤波处理；
步骤33：控制器将步骤32中的图片与步骤31中的图片进行对比，找到外观不良的部位；
步骤34：控制器对外观不良的部位进行特征提取；
步骤35：控制器将步骤34中的不良特征，与其内部存储的标准数据进行比较，输出结论；
步骤36：相机输出外观状况汇总。
一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，如图7至图10所示，包括检测装置1和上位机2，检测装置1包括相机微调模组7、相机8、光源9、治具11、XY直线导轨12、支撑骨架13、底座14，底座14一侧安装支撑骨架13，支撑骨架13上方安装相机微调模组7，相机微调模组7上安装相机8，底座14的上方安装XY直线导轨12，XY直线导轨12上方通过治具11安装光源9，光源9位于相机8镜头的下方，光源9与相机8的镜头之间设有放置待检测膜的空间，相机8的控制器、XY直线导轨12的X向电机和Y向电机均信号连接至上位机2。根据实际情况调整XY直线导轨12，从而调整光源9和待检测膜的位置，使得检测设备实用性更强。
相机微调模组7为线扫相机调节模组，可以根据不同的待检测膜来对相机8的角度进行微调，适应性更强。
光源9为背光源、正面照明光源、侧面光源或上述多种光源同时使用。
光源9为侧面光源19和背光源20的组合，治具11为矩形结构，其上表面设有片材定位区10，片材定位区10的下方设有光学玻璃槽18，光学玻璃槽18的两侧设有吸附开孔17，吸附开孔17分别与治具11侧面设置的真空抽气口22、治具11上表面设置的直接吸附片材抽气口21连通组成吸附通道，直接吸附片材抽气口21外部连接吸附机，吸附机信号连接至上位机2，用于吸附待检测膜，同时防止片材变形影响测试效果，光学玻璃槽18的下方安装背光源20，片材定位区10的侧面上方分别安装一个侧面光源19，用于对待检测膜进行照明。
片材定位区10的边缘处设有定位柱23，使得定位柱23与待检测产品之间有一定间隙，减少定位柱对光源的影响
侧面光源19为条形侧面光源或环形侧面光源。
片材定位区10的任意三个侧面上方分别安装一个条形侧面光源。
上位机2为电脑，电脑分别信号连接至键盘3和鼠标4，方便操作。
治具11的一侧安装送料装置15，另一侧安装收料装置16，一端安装机器人手臂，送料装置15和收料装置16均为传送带或传送轮或传送轨道，送料装置15内的送料电机信号连接至上位机2，收料装置16内的收料电机和机器人手臂均信号连接至上位机2，使得设备为自动化设备，大大提高了工作效率。将待检测膜通过送料装置15传送到治具11上方，并通过上位机2控制机器人手臂放置在片材定位区10，当检测完毕后，上位机2控制机器人手臂将检测膜放置到收料装置16上，大大提高了工作效率。
检测装置1、上位机2、键盘3和鼠标4均安装在工作台5上，工作台5下方设有工作柜6，检测装置1外部设有壳体结构，限制光源9中光线的射出，防止伤害作业和维护人员的眼睛，壳体结构上设有送料口、收料口和观察口，送料口与送料装置15对应设置，收料口和收料装置16对应设置，观察口用于观察壳体结构内部情况。检测装置1、上位机2、键盘3、鼠标4、XY直线导轨12、送料装置15和收料装置16的电机均连接至外部电源。
当设备没有上料装置15和收料装置16时，为半自动设备，上料和收料均需要人工处理，当设备安装上料装置15和收料装置16时，为全自动设备，现已半自动设备为例，进行说明，具体如下：
一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法的设备的工作过程为：
工作人员根据待检测膜的结构和层次，选择分辨率不同的相机8，选择对应的侧面光源9，将待检测膜放置在片材定位区10，打开设备总开关，光源9同时通电，相机8对待检测膜进行拍照，相机8根据内部设定的模板位置和现有待检测膜的放置位置进行匹配，从而判断待检测膜的放置位置是否正确，并通过屏幕显示，同时通过电脑的显示屏显示，当放置位置不正确时，可人工调整，直至待检测膜位置正确(即产品定位)，此时待检测膜覆盖直接吸附片材抽气口21，当待检测膜位置正确时，相机8的控制器会给电脑发送信号，电脑控制吸附机通过吸附通道，然后相机8对待检测膜的图片信息分析，并根据实际需求采取不同的测试方法进行测试，并最终将结果输送到电脑，通过电脑屏幕进行显示或输出，电脑输出最终结果后，将待检测膜拿走。
以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，其特征在于：包括
步骤一：将待检测膜放在光源和相机之间，其中光源位于待检测膜下方，相机位于待检测膜上方；
步骤二：根据不同的待检测膜的叠层和装配结构，调整光源与待检测膜的入射角度，使得光源与产品结构进行配合；
步骤三：相机对待检测膜拍摄实物图像，完成待检测膜的平整度缺陷测试、全尺寸测试和外观缺陷测试。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，其特征在于：待检测膜的平整度缺陷测试的具体方法为：
步骤11：相机拍摄实物图像后，相机的控制器对图片进行Blob处理；
步骤12：控制器根据内部设定的模板位置和现有待检测膜的放置位置进行匹配，从而判断待检测膜的放置位置是否正确，并通过屏幕显示，当放置位置不正确时，可人工调整，直至待检测膜位置正确(即产品定位)；
步骤13：控制器对图片进行图形分割处理，处理后的图形再次进行傅里叶变换，实现图像数据时域到频域的变换；
步骤14：控制器对步骤13中所述图片的频域进行高斯处理；
步骤15：控制器对步骤14中图片进行傅里叶反变换；
步骤16：控制器将步骤15中的图片与原始图片对比，得到不平整区域；
步骤17：控制器对步骤16中的不平整区域进行时域线性高斯处理，用于过滤干扰因素；
步骤18：输出判定结果和图形。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，其特征在于：待检测膜的全尺寸测试的具体方法为：
步骤21：相机拍摄实物图像后，相机的控制器对图片进行Blob处理；
步骤22：控制器根据内部设定的模板位置和现有待检测膜的放置位置进行匹配，从而判断待检测膜的放置位置是否正确，并通过屏幕显示，当放置位置不正确时，可人工调整，直至待检测膜位置正确；
步骤23：相机的控制器对图片的灰度边界进行判定；
步骤24：控制器对步骤23中的图片进行像素插值算法，从而精确绘制出边界线；
步骤25：控制器对步骤24中的图片进行二次像素插值算法，从而更加精确的绘制图片的边界线；
步骤26：控制器对步骤25中的图片进行二维解析几何处理，并将处理后的数据与其内部存储的标准值进行对比判定；
步骤27：控制器得到尺寸结论并输出结论。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，其特征在于：外观缺陷测试的具体方法为：
步骤31：相机拍摄实物图像；
步骤32：相机的控制器将步骤31中的图片进行滤波处理；
步骤33：控制器将步骤32中的图片与步骤31中的图片进行对比，找到外观不良的部位；
步骤34：控制器对外观不良的部位进行特征提取；
步骤35：控制器将步骤34中的不良特征，与其内部存储的标准数据进行比较，输出结论；
步骤36：相机输出外观状况汇总。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试方法，其特征在于：光源为背光源、正面照明光源、侧面光源或上述多种光源同时使用。
6.一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，其特征在于：包括检测装置和上位机，检测装置底部设有底座，底座一侧安装支撑骨架，支撑骨架上方安装相机，底座的上方通过治具安装光源，光源位于相机镜头的下方，光源与相机的镜头之间设有放置待检测膜的空间，相机的控制器、信号连接至上位机。
7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，其特征在于：光源为侧面光源和背光源的组合，治具上表面设有片材定位区，片材定位区的下方设有光学玻璃槽，光学玻璃槽的两侧设有若干吸附开孔，每个吸附开孔分别与治具侧面设置的真空抽气口、治具上表面设置的直接吸附片材抽气口连通，光学玻璃槽的下方安装背光源，片材定位区的侧面上方分别安装一个侧面光源。
8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，其特征在于：侧面光源为条形侧面光源或环形侧面光源。
9.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，其特征在于：治具的一侧安装送料装置，另一侧安装收料装置，送料装置和收料装置均为传送带或传送轮或传送轨道，送料装置内的送料电机信号连接至上位机，收料装置内的收料电机信号连接至上位机。
10.根据权利要求9所述的一种基于机器视觉的防水透气膜缺陷测试设备，其特征在于：上位机为电脑，电脑分别信号连接至键盘和鼠标，检测装置、上位机、键盘和鼠标均安装在工作台上，工作台下方设有工作柜，检测装置外部设有壳体结构，壳体结构上设有送料口、收料口和观察口，送料口与送料装置对应设置，收料口和收料装置对应设置。
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