一种缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及产品质量检测技术领域，特别涉及一种单工位多视角缺陷检测装置及方法。

背景技术

产品生产制作过程中需要对其缺陷进行检测，一件产品往往需要对其多个表面检测多种缺陷，仅仅靠人工以肉眼观察缺陷效率较低，且易受主观因素干扰，准确率也不高。

产品中如电子烟外壳等，其具有较大的弧面结构以及多种不同的缺陷，仅在一个视角下无法看到产品的全貌，仅依靠一种检测组件也无法对产品缺陷进行全检。

为此，现有的一些缺陷检测装置会设置多个工位分别检测不同类型的缺陷，设置搬移机构在不同工位之间进行产品的流转，设置多组定位装置分别将产品定位在不同工位对应的预设角度；还有一些缺陷检测装置设置有翻转机构，利用翻转机构对待检测产品进行多次翻转，翻转的过程中同样涉及到复杂的定位问题，因此现有的缺陷检测装置存在整体结构较为复杂，检测工序较多、检测效率不高的问题。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明提供了一种缺陷检测装置及方法，通过设置一个工位配合五个检测组件即可完成产品的全面缺陷检测，待检测产品无需移动或翻转，检测工序简单，节省时间，检测效率高。所述技术方案如下：

本发明具体提供了一种缺陷检测装置，包括底座，还包括分别设置在所述底座上的载物台和检测模块；所述载物台设置有放置待检测产品的容置空间，所述检测模块设置有多组针对不同缺陷类型的检测组件，多组所述检测组件分列于所述载物台的四周，且多组所述检测组件的检测方向均朝向所述载物台。

进一步，至少其中一个所述检测组件包括第一成像装置，至少其中另一个所述检测组件包括第二成像装置，且所述第一成像装置的成像清晰度高于所述第二成像装置的成像清晰度。

进一步，所述待检测产品具有多个待检测区域，所述检测模块具有与所述待检测区域数量相同的检测组件，且多个所述检测组件分别与各自对应的待检测区域相对布置。

进一步，所述检测模块包括第一检测组件，所述第一检测组件包括第一环形光源和第一高清相机，所述第一高清相机和所述第一环形光源均设置在所述载物台的上方，所述第一环形光源的光照方向和所述第一高清相机的镜头均朝向所述载物台。

进一步，所述检测模块包括第二检测组件，所述第二检测组件包括设置在所述载物台的上方第二环形光源和多个周向排列在所述载物台的上方的第二USB相机，所述第二环形光源的光照方向和多个所述第二USB相机的镜头均朝向所述载物台。

进一步，所述检测模块包括第四检测组件，所述第四检测组件包括第四条形光源、第四高清相机和标定板，所述标定板设置在所述容置空间的侧方，所述第四高清相机和所述第四条形光源设置在所述载物台的同一侧方，所述第四条形光源的光照方向朝向所述载物台，所述第四高清相机的拍摄范围包括所述载物台和所述标定板。

本发明还提供了一种缺陷检测方法，所述方法包括：将待检测产品按照缺陷种类划分成多个待检测区域，采用不同的光源对所有所述待检测区域打光以满足不同种类缺陷的成像要求，通过多个成像装置对所有所述待检测区域成像，对所述成像进行分析从而确定检测结果。

进一步，所述待检测区域为产品上表面、缺陷种类为表面碰伤/撞伤缺陷时，所述对所述成像进行分析从而确定检测结果，具体为：确定所述成像的目标ROI区域，对所述目标ROI区域上的图像使用阈值分割和形态学处理操作提取碰伤、撞伤的区域，根据所述碰伤、撞伤的区域的面积、形状、区域图像灰度值特征判断该区域是否为目标缺陷区域，并确定检测结果。

进一步，所述待检测区域为产品内部、缺陷种类为螺纹缺陷时，所述对所述成像进行分析从而确定检测结果，具体为：通过直线抓取算法确定所述成像中目标边缘位置，通过所述目标边缘位置确定目标内侧ROI区域，在所述目标内侧ROI区域内使用高斯线提取算法提取目标高斯线，根据所述高斯线的个数确定该区域是否存在螺纹缺陷，并确定检测结果。

进一步，所述待检测区域为产品正面、缺陷种类为尺寸缺陷时，所述对所述成像进行分析从而确定检测结果，具体为：利用相机标定算法和采集的带有标定板的所述成像去标定相机获得相机参数，根据所述成像利用直线抓取算法、线线距离算法计算待测目标待测位置的像素尺寸，利用所述相机参数与所述待测目标待测位置的像素尺寸确定目标的物理尺寸，根据实际测量的所述目标的物理尺寸与标准值的差异大小确定是否存在尺寸缺陷，并确定检测结果。

本发明的有益效果：

首先，本发明的缺陷检测装置只需一个工位配合五个检测组件即可完成产品的全面缺陷检测，待检测产品无需移动或翻转，因此无需额外设置搬移机构或者翻转机构对产品进行流转。装置只有一个检测工位，因此也无需复杂的定位机构使其分别匹配多个不同的检测工位，装置的整体结构相对简单。五组检测组件可以同时对产品进行缺陷检测，检测工序简单，节省时间，检测效率高。

其次，本发明的缺陷检测装置根据不同的缺陷种类设置不同的检测组件，每个检测组件设置不同类型的相机、镜头与光源，达到了既能满足检测需求，又能降低成本，减少空间、提高单工位的影像视角数量，提高检测效率的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是第一个实施例的整体结构示意图；

在所有的视图中，相同的标号表示等同或类似的零件或部件。

10、底座；20、载物台；30、第一检测组件；40、第二检测组件；50、第三检测组件；60、第四检测组件；70、第五检测组件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，若出现术语″实施例一″、″本实施例″、″在一个实施例中″等描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语″连接″、″安装″、″固定″、″设置″、″具有″等均做广义理解，例如，″连接″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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在一个实施例中，如图1所示，一种缺陷检测装置包括底座10、载物台20和检测模块，载物台20和检测模块均固定在底座10上。检测模块包括多组针对不同缺陷类型的检测组件，多组检测组件分列于载物台20的四周，多组检测组件的检测方向均朝向载物台20。载物台20上设置有放置待检测产品的容置空间。

本实施例的缺陷检测装置只需一个工位配合多个检测组件即可完成产品的全面缺陷检测，待检测产品无需移动或翻转，因此无需额外设置搬移机构或者翻转机构对产品进行流转，也无需复杂的定位机构使其匹配对应的检测工位，仅需要一个载物台20来固定待检测产品，装置的整体结构相对简单。五组检测组件可以同时对产品进行缺陷检测，检测工序简单，节省时间，检测效率高。

具体地，检测模块包括第一检测组件30、第二检测组件40、第三检测组件50、第四检测组件60和第五检测组件70，五组检测组件分别针对不同缺陷类型。在其他实施例中，可以根据具体检测的产品的缺陷位置和种类组合两种或者多种检测组件进行检测。

在一个实施例中，第一检测组件30用于检测产品上表面的缺陷，其包括第一环形光源和第一高清相机，第一环形光源设置在载物台20的正上方，第一环形光源可以保证待检测产品的顶部获得亮度均匀的光源。第一高清相机设置在载物台20的正上方，且其光照方向朝向载物台20，第一高清相机的镜头正对载物台20，第一环形光源设置在第一高清相机和载物台20之间。第一高清相机具体为设置有高清镜头的工业相机，其镜头畸变低，光源均匀，便于检测产品上表面较小的碰伤缺陷。以检测电子烟外壳缺陷为例，第一高清相机获得外壳上表面的拍摄图片后，通过图像处理操作定位产品上表面需要检测撞伤缺陷的环形ROI区域，然后在ROI区域内使用阈值分割方法检测是否存在表面碰伤、撞伤缺陷，并确定检测结果。

在一个实施例中，第二检测组件40用于检测产品内部螺纹的缺陷，其包括第二环形光源和三个第二USB相机，三个第二USB相机等间距呈环形放置在载物台20的正上方，三个第二USB相机的镜头倾斜朝向载物台20，三个第二USB相机设置在载物台20和第一检测组件30的第二环形光源之间。产品的内部螺纹因视角受阻难以通过单一的相机通过一次拍摄获得缺陷信息，因此本实施例设置了三个第二USB相机，三个第二USB相机共同进行一次拍摄即可获得产品内部全部螺纹的缺陷情况，无需设置额外的旋转装置多次旋转待检测产品并多次拍照，机械结构简单，检测时间较短。在其他实施例中，还可以根据待检测样品的尺寸等实际情况设置两个、四个甚至更多个第二USB相机。在其他实施例中，第二环形光源可以和第一环形光源可以为同一个。

进一步，因为对产品内部螺纹缺陷的检测无需太高的精度，因此本实施例采用的是三个第二USB相机，三个第二USB相机均使用斜俯视角拍摄产品的斜俯视图图像。一方面，相对于工业相机，第二USB相机价格较低，可以节省硬件成本；另一方面，第二USB相机的尺寸小于工业相机的尺寸，采用第二USB相机可以节省空间，提高空间利用率。

最后，三个第二USB相机通过拍照采集到产品内部全部螺纹信息后，提取拍摄图片中的高斯线可以确定产品内部的螺纹位置和形态，通过与合格产品对比可以判断待检测产品是否存在内螺纹缺陷。

在其他实施例中，可以仅设置一个第二USB相机，在载物台20下方设置旋转机构，旋转机构通过旋转载物台20带动待检测产品转动，使得产品内部全部螺纹均可以被第二USB相机采集成像，也可以实现对待检测产品内部螺纹缺陷的检测。

在一个实施例中，第三检测组件50用于检测产品侧面结构轮廓的缺陷，其包括两个第三条形光源和两个第三USB相机，两个第三条形光源以载物台20为中心对称设置在载物台20的两侧，且其光照方向均朝向载物台20。两个第三USB相机同样以载物台20为中心对称设置在载物台20的两侧，且第三USB相机设置在第三条形光源和载物台20之间，第三USB相机的镜头朝向载物台20并使用侧视角拍摄产品的侧视图图像。由于没有精确的尺寸检测需求，为了降低成本，该机位采用USB模组相机拍摄。产品侧面结构轮廓的缺陷属于大尺度上的缺陷，因此第三检测组件50设置集成度更高体积更小的第三USB相机来进行拍摄，相对于工业相机，既能节省成本，也可以节约空间。不同产品侧面结构轮廓的缺陷不同，在其他实施例中，可以根据不同产品的实际检测需要设置一个或者多个第三条形光源，并配合使用一个或者多个第三USB相机。其中，设置一个第三条形光源，配合使用一个第三USB相机的实施例中，可以在载物台20下方设置旋转机构，旋转机构通过旋转载物台20带动待检测产品转动，使得产品侧面结构轮廓均可以被第三USB相机采集成像，也可以实现对待检测产品侧面结构轮廓缺陷的检测。

此外，因为此类缺陷检测需要获取产品的侧视图图像，需要使用平行光照射在样品侧面上，使得拍摄图像的亮度均匀便于后期图像处理，因此在载物台20的两侧采用第三条形光源照明，相对于其他光源，条形光源足够长，可以保证产品从上到下都存在均匀的光照。而且此类缺陷对光线要求不高，因此第三条形光源可以采用普通的LED灯，在其他实施例中，第三条形光源甚至可以采用室内环境光。

最后，两个第三USB相机获得产品侧面的图片后，通过对图片中指定位置提取轮廓信息，然后判断轮廓的高度以确定产品侧面是否存在漏铣等结构轮廓缺陷。

在一个实施例中，载物台20上还设置有标定板的容置空间，载物台20上开设有分别对应待检测产品和标定板的第一凹槽和第二凹槽，待检测产品和标定板可以分别被竖直插接固定在第一凹槽和第二凹槽内第二凹槽长度的延伸方向经过第一凹槽，从而标定板的板面和待检测产品可以被设置在同一平面内，便于通过标定板标定相机参数。在其他实施例中，第二凹槽可以开设在底座10上并用于插接标定板，第二凹槽的长度的延伸方向同样需要经过第一凹槽。

第四检测组件60用于检测产品外壳正面结构的缺陷，其包括第四条形光源和第四高清相机，第四条形光源和第四高清相机均设置在载物台20的正前方，且第四高清相机在载物台20和第四条形光源之间，第四条形光源的光照方向朝向所述载物台20，第四高清相机的拍摄范围包括载物台20和标定板。产品外壳正面结构缺陷包括尺寸缺陷以及内卷边缺陷，尺寸缺陷检测对图像畸变的要求很高，为了提高测量精度，第四检测组件60设置了第四高清相机，并为其配备低畸变的镜头，在其他实施例中甚至可以采用远心镜头。同时，产品外壳需要获得平行光照明，因此采用第四条形光源，相对于其他光源，条形光源足够长，可以保证产品从上到下都存在均匀的光照。而且为了保证低畸变，第四条形光源可以采用LED平行光，甚至是远心光源。

检测尺寸缺陷时，第四高清相机首先拍摄几张不同位置的标定版的图片，然后利用最小二乘法估计畸变系数，获取第四高清相机的内部参数。最后第四高清相机拍摄待检测产品和标定版的图片，利用标定版和待检测产品在同一平面的位姿信息、标定版自身的位姿信息结合第四高清相机的内部参数，计算待检测产品的真实尺寸。

检测内卷边缺陷时，第四高清相机拍摄获得产品外壳正面的图像后，通过在指定ROI内对图像做形态学处理可以判断缺陷情况。

在一个实施例中，第五检测组件70用于检测产品孔内螺纹的缺陷，其包括第五条形光源和第五高清相机，第五条形光源设置在待检测产品的侧面，第五高清相机设置在待检测产品和第五条形光源之间。第五高清相机的镜头倾斜朝向待检测孔内。检测产品孔内螺纹缺陷时，因为需要获得产品的侧面图像，因此设置第五条形光源，条形光源足够长，可以保证产品从上到下都存在均匀的光照，利用其发出的平行光斜射在产品上，以便第五高清相机拍摄清晰的孔内螺纹信息。获得孔内图片后，通过对指定位置做阈值分割并通过形态学处理统计亮区域的个数，判断是否为孔内螺纹缺陷样品。其中，第五高清相机为设置有高清镜头的工业相机。

缺陷检测装置还包括固定在底座10上的工件支架，第一环形光源、第一高清相机、第二环形光源、第二USB相机、第三条形光源、第三USB相机、第四条形光源、第四高清相机均设置在工件支架上。

上述实施例中的缺陷检测装置可以用于电子烟外壳缺陷检测，也可以用在类似的具有大弧面、单一视野无法查看整个工件全部缺陷的检测场景中。

在一个实施例中，针对手机中框外观缺陷，缺陷检测装置包括底座10、载物台20、上表面检测组件、侧边检测组件和拐角检测组件。载物台20、上表面检测组件、侧边检测组件和拐角检测组件均固定在底座10上，载物台20上设置有手机中框的容置空间。上表面检测组件用于检测上表面缺陷，侧边检测组件用于检测手机中框的侧面缺陷，拐角检测组件用于检测手机中框拐角曲面型的表面缺陷。

具体地，上表面检测组件包括一个大视野高清相机和一个面阵光源，高清相机和面阵光源均设置在手机中框的上表面，面阵光源从上往下平行照射在手机中框上表面，大视野相机采集整个手机中框的上表面图像。

侧边检测组件包括四个高清相机和四个条形光源，四个条形光源分别间隔固定在手机中框的侧边，四个条形光源分别和手机中框的四个侧边平行，四个高清相机的镜头分别正对在手机中框的四个侧边，高清相机便于采集到清晰的划痕、碰伤等缺陷图像，条形光源可以为侧边高清相机的拍摄提供均匀光照。

拐角检测组件包括八个USB模组相机，因为拐角包括曲面，单个相机无法让曲面上每个位置都可清晰对焦，所以每个拐角采用两个USB模组相机拍摄带有曲面物体的表面图像，USB模组相机体积小，便于在有限空间安装多个相机。

在其他实施例中，缺陷检测装置还可以根据待测样品的性质和缺陷类型，自由组合几组检测装置，包括相机和光源，以采集不同视角对应的缺陷图片。基于该装置可以同时采集所需的各类缺陷数据，自动完成缺陷检测，且支持检测的缺陷类型较多，检测速度快，设备简单，成本较低，应用范围广泛。

在一个实施例中，一种缺陷检测方法包括以下步骤：将待检测产品按照缺陷种类划分成多个待检测区域，采用不同的光源对所有所述待检测区域打光以满足不同种类缺陷的成像要求，通过多个成像装置对所有所述待检测区域成像，对所述成像进行分析从而确定检测结果。本实施例中的缺陷检测方法步骤较少，节省检测时间，且检测范围全面，可以实现多种缺陷的检测，适用于不同产品的缺陷检测，适用范围广，检测效率高。

在一个实施例中，以检测电子烟外壳缺陷为例，按照电子烟外壳六种缺陷将待检测产品划分成五个待检测区域，分别为产品上表面、产品内部、产品侧面、产品正面和产品斜侧面。其中，产品上表面区域对应检测表面碰伤/撞伤缺陷，产品内部区域对应检测螺纹缺陷，产品侧面区域对应检测漏铣缺陷，产品正面区域对应检测内卷边缺陷和尺寸缺陷，产品斜侧面区域对应检测孔内螺纹缺陷。

为满足不同种类缺陷的成像要求，根据表面碰伤/撞伤缺陷，利用第一环形光源对产品上表面打光；根据螺纹缺陷，利用第二环形光源对产品内部打光；根据漏铣缺陷，利用两个第三条形光源对产品侧面打光；根据内卷边缺陷和尺寸缺陷，利用第四条形光源对产品正面打光；根据孔内螺纹缺陷，利用第五条形光源对产品斜侧面打光。

利用第一高清相机对产品上表面成像，在第一高清相机采集的图像中通过图像处理操作(如阈值分割，区域筛选等)确定目标ROI区域，在目标ROI区域上的图像进一步使用阈值分割和形态学处理操作提取碰伤、撞伤的区域，根据对提取的区域的面积、形状、区域图像灰度值等特征判断该区域是否为目标缺陷区域，并确定检测结果。比如当提取区域面积大于设定的门限、且区域图像的平均灰度值小于设定的门限时，认为提取的区域是缺陷区域；否则，认为提取的区域不是缺陷区域。

利用三个第二USB相机对产品内部成像，通过直线抓取算法确定成像中目标边缘位置，通过目标边缘位置确定目标内侧ROI区域，在目标内侧ROI区域内使用高斯线提取算法提取目标高斯线，通过提取的高斯线个数确定目标区域是否存在螺纹缺陷，并确定检测结果。例如提取的高斯线大于1条时，认为提取的区域存在缺陷；否则，认为提取的区域不存在缺陷。

利用两个第三USB相机对产品侧面成像，在产品侧面的成像中通过直线抓取算法抓取两处相互垂直的直线，建立坐标系，通过坐标系确定待检测位置区域，在该区域的图像上提取轮廓信息，并通过轮廓长度筛选算法去除有干扰的轮廓，通过筛选后的轮廓长度、形状、面积等特征判断该位置是否存在漏铣缺陷。比如当轮廓长度小于设定门限且轮廓面积小于设定门限时，认为该位置存在缺陷；否则，认为该位置不存在缺陷。

利用第四高清相机对产品正面成像，其一，通过在指定ROI内对所述成像做形态学处理可以判断，确定产品正面是否存在内卷边缺陷，并确定检测结果。其二，将标定板放置在待测目标所在的平面内，使用正面相机拍摄多张标定板在不同位置的图片，利用相机标定算法和采集的带有标定板图像去标定相机获得相机参数。根据第四高清相机对产品正面的成像，利用直线抓取算法、线线距离算法等计算待测目标待测位置的像素尺寸，利用标定获得的相机参数与待测目标的像素尺寸确定目标的物理尺寸，根据实际测量值与标准值的差异大小确定是否存在尺寸缺陷，并确定检测结果。比如，当差异值大于设定门限，则认为存在尺寸缺陷；否则，认为尺寸正常。

利用第五高清相机对产品上孔的内部成像，首先在第五高清相机采集的图像上通过直线抓取算法抓取目标的边缘直线，根据边缘直线确定待检测区域，然后在待检测区域内利用高斯线算法提取高斯线，并且利用轮廓筛选算法通过轮廓长度去除干扰的轮廓，最后根据去除干扰后的高斯线的个数确定该目标区域是否存在孔内螺纹缺陷，并确定检测结果。比如高斯线个数小于3条，则认为存在孔内螺纹缺陷；否则认为孔内螺纹正常。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本发明技术效果之外；②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本发明技术效果相同；③以本发明技术方案为基础进行可拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；④利用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域。