玻璃质量在线视觉检测系统光源的设计探索

　　摘要：在玻璃生产过程中，为了自动检测玻璃质量，通常会以机器视觉法检测生产线中的玻璃缺陷。图像采集是视觉检测过程中的重要环节，而此环节中的差异化光照方式会对图像采集质量产生很大影响，为了保证玻璃检测效果，防止检测环节受到不良光照效果的影响，需要在玻璃质量在线视觉检测系统当中对光源实现优化设计，确保视觉检测系统可对玻璃多种裂痕实现充分识别。为此，本文结合光源在在线视觉检测系统中的作用，深入探索玻璃质量在线视觉检测系统光源的设计。

　　关键词：玻璃质量;在线视觉检测系统;光源

　　1 前言

　　通过在线视觉检测系统检测玻璃质量，需要对玻璃图像进行拍摄，而光源系统会对图像中呈现的玻璃合格部分及缺陷部分产生直接影响。为了有效提升玻璃质量检测水平，有必要对玻璃质量在线视觉检测系统进行光源设计，在优质光源系统支持下，摄取符合拍摄要求的优质玻璃图像，实现多种类型玻璃裂痕的全面、准确检测。

　　2 光源在在线视觉检测系统中的作用

　　玻璃生产过程中，在线检测系统实际监测水平会直接影响玻璃产品最终生产质量，而将机器视觉检测系统应用到玻璃生产线当中，不仅有助于解放人力，还可提升检测准确性，属于一种安全、可靠、无接触、无损伤的检测方法，非常适合应用在环境相对恶劣或者复杂的生产现场。[1]在线视觉检测系统设置的工业接口属于通用性质，因此可移植、可通用。此系统通过摄像机拍摄图片替代人眼识别，可通过合理、精准的参数设计，自动、高效、精准地实现监测，同时进行科学分析。玻璃材质相对特殊，因此需要拍摄条件满足更多需求，那么图像采集系统应用中要获得优质玻璃图片，需要重点进行光源系统设计，促使视觉检测系统在运行中最大限度提升检测准确率。正常情况下，既有所用光源系统已经设置好的照明方式可以满足图片拍摄要求，且能够比较明晰地呈现出玻璃气泡、裂痕、杂质等缺陷。[2]拍摄过程中会受到受力方位、深度等因素影响，使裂痕在照片中表现出不一样的形态。不同的光源系统以及所使用的差异化照明方式，会对裂痕成像质量产生直接影响，所以需要在对玻璃质量实现在线视觉检测过程中，对相关检测系統充分做好光源设计。

　　3 玻璃质量在线视觉检测系统光源的设计

　　本文基于玻璃生产线速度、镜头现场、摄像机扫描频率等相关参数，仿真生产线建立玻璃质量检测系统，通过设置差异化实验条件，对各自条件下生产线玻璃状况进行图片拍摄，经后续处理与自动分析，最终得到多种差异化检测结果[3]。经实验证明，文中基于各项参数模拟构建的玻璃生产线检测系统和所设置的光照方式，都可以满足玻璃质量检测要求。

　　3.1 检验系统设计

　　基于不同的光源、视觉摄像机还有玻璃三者的相对位置，区别呈现出两种差异化照明方式，一种是正光源方式，另一种是背光源方式。在第一种方式下，摄像机、光源以及玻璃同在一侧;在第二种方式下，玻璃居于中间，摄像机和光源分别分布在其两侧。[4]具体位置可见图1。

　　3.1.1 正光源方式下的测试分析

　　在此方式下，需要先适当调整光源以及摄像机之间的相对角度，同步实现差异化参数设置。基于玻璃材质具备的特殊性，此方式下很容易出现局部不清晰或是反光情况。比如，在拍摄玻璃图像的过程中出现反光情况，可能会导致部分缺陷图像丢失，即便后续经过处理也不能改良图片质量，也就不能对相应部分的裂痕实现有效检测，在这种情况下会导致出现漏检问题。之后，研究当中一定程度的调低光源亮度，这可对上面的问题加以改善，不过所摄取的图片中整体灰度值没有发生较大变化，依旧不能对玻璃裂痕进行清晰的区分。这类图片在后期处理期间，有可能误将非缺陷显示误提取为缺陷，进而引发误检，将无缺陷产品列入废品类型，造成资源浪费，且会增加生产成本。

　　3.1.2 在线视觉检测系统设计

　　根据3.1.1的分析，对玻璃进行在线视觉检测过程中，更适合通过背光源方式拍摄玻璃图片。为此，文章重点基于背光源方式进行一系列设计及研究。在背光源条件下，所设计系统可见图2，整体系统结构包括了采集系统、处理系统，而采集系统又涵盖了光源系统、工业摄像系统还有模拟生产线。

　　3.2 背光源照射方式下的设备参数

　　在背光源照射条件下对光源照度进行适当调整，在对玻璃表面进行测试期间，将光源照度调整至6 600～6 800 lx区间，此时可获得最佳拍摄效果。所以，光源照射度调整这一区间内固定不变，同步对摄像机作出一定调整，使光源与玻璃在多种差异化角度下实现研究试验与分析。在此实验测试环节，玻璃生产线始终匀速，系统所设线性扫描摄像机始终维持相同行频。在实验过程中，为了防止光源波长对图像质量产生影响，所设计的光源系统需要对光源波段进行合理化选择，以确保图像传感器具备良好的响应效果。结合线性摄像机当中CCD传感器涉及的光谱响应情况，可发现波长保持在630～760nm区间内时传感器响应值比较高，且有良好的稳定性，因此，光源系统将光源波长区间设计在630～770nm区间。[5]

　　3.3 背光源照射方式下的相对位置角度

　　在背光源照射方式下，光源系统中的玻璃、摄像机和光源相对角度主要可以保持三种位置关系。为此，本文针对两种裂痕拍摄质量，对这三种位置关系加以对比并分析，选出和生产线实践要求最相符的光源系统。本研究使裂痕深度、玻璃截面保持差异化相对位置，进而将玻璃裂痕分成两种类型：①玻璃切割面和裂痕深度两方向不平衡且保持任意角度;②玻璃切割面和裂痕深度保持平行方向。根据有关理论和实践，分别列出三种差异化位置关系，分析各关系下两裂痕所摄图片受到怎样的影响，经后续处理，对缺陷尺寸加以计算，对缺陷位置加以分析。

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文章名称： 玻璃质量在线视觉检测系统光源的设计探索

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