一種物體表面質(zhì)感特征在線檢測系統(tǒng)及工作原理的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種物體表面質(zhì)感特征在線檢測系統(tǒng)，具體地說是利用光學(xué)方法及CCD成像技術(shù)通過在不同角度檢測面板的顏色、光澤度的差別鑒定物體表面質(zhì)感特征的檢測設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的材料質(zhì)量檢測包括化學(xué)檢測、缺陷檢測等內(nèi)容。隨著現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)水平的提高，企業(yè)對產(chǎn)品表面的色彩、材料、表面處理工藝的要求也越來越高，很多材料表面具有很大的相似性，但是表面的質(zhì)感不同。但是在實際生產(chǎn)時，產(chǎn)品與樣品的比對還是通過人工的視覺比對方法，此種方法不僅對專業(yè)性要求高，而且效率低，往往不能區(qū)分細(xì)微的材料表面質(zhì)感特征變化，因此，亟需一種能夠定量分析物體表面質(zhì)感特征的方法。
[0003]近年來，隨著機器視覺的發(fā)展，機器視覺技術(shù)在各個領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。機器視覺檢測技術(shù)作為新興的物體表面質(zhì)量檢測技術(shù)，隨著計算機技術(shù)與人工智能等技術(shù)的長足發(fā)展，越來越受到表面檢測領(lǐng)域的青睞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種物體表面質(zhì)感特征在線檢測系統(tǒng)。為了克服現(xiàn)有物體表面特征檢測手段在使用中的不足，本發(fā)明提供了一種利用光學(xué)方法和CCD成像技術(shù)，通過在不同角度檢測面板的顏色、光澤度的區(qū)別鑒定物體表面質(zhì)感特征的在線檢測系統(tǒng)。利用三軸移動平臺與可以自由旋轉(zhuǎn)、俯仰的步進(jìn)電機控制云臺實現(xiàn)光源與相機的運動控制;利用環(huán)形光源與條形光源構(gòu)成光源系統(tǒng)，照射物體表面，其光線部分被物體吸收、部分反射進(jìn)入相機;相機與鏡頭構(gòu)成圖像采集系統(tǒng)，獲得物體在反光光源照射下的圖像，根據(jù)檢測的物體的材質(zhì)和形狀的不同設(shè)定不同的照相位置和角度用于對比檢測；控制系統(tǒng)采用開源的Arduino系統(tǒng)，包括主控板、拓展板和步進(jìn)電機驅(qū)動板，實現(xiàn)步進(jìn)電機和限位開關(guān)的控制，同時通過USB與調(diào)試線的連接，以及發(fā)射脈沖信號實現(xiàn)相機、控制板、步進(jìn)電機、PC的通信功能;軟件系統(tǒng)包括客戶層、應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲功能，包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、配方管理模塊、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、歷史查詢模塊。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種物體表面質(zhì)感特征檢測的新型儀器，包括三軸移動平臺、云臺和光學(xué)照相機構(gòu)成。檢測系統(tǒng)主體采用三軸移動平臺，使物體樣本可以放置到工作臺上，在導(dǎo)軌上沿X軸左右移動，同時水平軸可以沿Y軸在滾珠絲杠的作用下，上下移動，水平相機平臺在同步帶的作用下沿水平軸在Z方向上前后移動。物體樣本和照相機的相對位置移動可以得到全方位立體式的樣本檢測圖像。云臺可以實現(xiàn)水平方向的360度自由旋轉(zhuǎn)，在垂直方向上可以實現(xiàn)180度的自由旋轉(zhuǎn)，并且在步進(jìn)電機的控制下由初始位置開始，在任意需要的角度開始工作。其中三軸平臺以及云臺的移動均由步進(jìn)電機帶動，具有均勻穩(wěn)定的效果，不同方位的變化能夠準(zhǔn)確顯示出來。面對不同的產(chǎn)品樣本，能夠區(qū)分各種樣品的表面特征，并且能夠根據(jù)不同樣品的表面特征對實際生產(chǎn)材料進(jìn)行對比測試，計算出與樣品的特征參數(shù)差別。特征參數(shù)包括:
顏色。以RGB，CMYK，HSB，LAB的顏色模式對物體表面顏色特征進(jìn)行分析，以數(shù)值的方式計算出物體表面顏色的色調(diào)、亮度、飽和度等顏色的量化信息。
[0006]光澤度。通過物體表面反射光線的成像信息，計算出物體表面的視覺量化信息。
[0007]本發(fā)明主要包括運動控制系統(tǒng)、光源系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)五部分。其中，光源系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)集成于測試箱內(nèi)，顯示系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)集成于平板電腦。
[0008]本發(fā)明涉及物體表面質(zhì)感特征在線檢測系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，包含控制系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)及步進(jìn)電機的通信控制等；主要用來控制三軸平臺及云臺的運動，使物體與相機及光源處于一個合適的角度，能夠達(dá)到理想的拍攝效果。相機移動采用皮帶傳動，圖像準(zhǔn)確、穩(wěn)定和清晰。運動精度高，物體樣本運動均采用導(dǎo)軌絲杠及步進(jìn)電機保證運動精度。工作臺帶有自動標(biāo)記自動調(diào)整功能，即能夠記住物體樣本的位置與相機的角度，待到有需要進(jìn)行對比時，自動將對比樣本調(diào)整至相同位置相同角度?？刂葡到y(tǒng)是整個系統(tǒng)的控制中心，是上位機軟件與實際執(zhí)行動作的橋梁。控制系統(tǒng)不僅要執(zhí)行上位機下傳的配方參數(shù)，而且要執(zhí)行內(nèi)部保護(hù)動作，防止意外的發(fā)生。
[0009]本發(fā)明使用Arduino開源控制系統(tǒng)，包括Mega 2560主控板、Rampsl.4拓展板和A4988步進(jìn)電機驅(qū)動模塊。Mega 2560主控板用來存儲嵌入式程序，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)執(zhí)行動作;Ramps 1.4拓展板通過拓展接口完成對配件的控制，包括5路步進(jìn)電機驅(qū)動板和6路機械限位開關(guān);A4988步進(jìn)電機驅(qū)動模塊通過輸出脈沖達(dá)到控制步進(jìn)電機產(chǎn)生微步。控制系統(tǒng)元器件性能可靠，穩(wěn)定性高。人機界面友好、報警信息全面，易于客戶診斷維護(hù)。預(yù)留遠(yuǎn)程控制接口和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理接口為今后的現(xiàn)代化管理奠定了良好的基礎(chǔ)。
[0010]本發(fā)明的光源系統(tǒng)，通過搭建封閉的光源箱，使用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)光源排除外界光線的干擾。光源箱內(nèi)部噴涂白色亞光漆，減少對內(nèi)部被測物提樣本的影響。光源由環(huán)形光源和條型光源共同構(gòu)成，與相機保持固定的位置關(guān)系，可以跟隨相機移動，便于對測試結(jié)果進(jìn)行對比。
[0011]本發(fā)明涉及圖像采集系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)能夠自動控制相機進(jìn)行全方位拍攝，并讀取被測樣本圖像，采用一種高效的中值濾波圖像處理算法，消除圖像中的噪聲，并將濾波去噪后的圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖來處理，提高檢測速度。在灰度化處理的基礎(chǔ)上，分析圖像特征，應(yīng)用圖像處理算法，將圖像中的物體和背景的灰度級別分開，選定邊緣檢測算子作為像素級邊緣定位函數(shù)，得到邊緣檢測圖像，通過程序自動計算出比較合理的閾值，對圖像進(jìn)行二值化。經(jīng)過邊緣檢測，檢測出像素級邊緣后。對灰度邊緣圖進(jìn)行插值處理，得到亞像素級邊緣，即可以計算區(qū)域的各種特征參數(shù)。
[0012]本發(fā)明涉及物體表面質(zhì)感特征在線檢測系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，包含數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，包括配方參數(shù)和結(jié)果顯示等功能，能夠指導(dǎo)操作人員進(jìn)行相