(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210129041.5 (22)申请日 2022.02.11 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市雁塔区太白南 路2号 (72)发明人 杨刚　乔城阳　周士巧　陈景思　 刘松杰　罗检　 (74)专利代理 机构 西安西达专利代理有限责任 公司 61202 专利代理师 刘华 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/892(2006.01) G01N 21/88(2006.01) B07C 5/342(2006.01)B07C 5/36(2006.01) (54)发明名称 一种反光曲面的快速高精度外观质量检测 系统及检测方法 (57)摘要 一种反光曲面的快速高精度外观质量检测 系统及检测方法， 包括高速光源控制系统、 运动 控制系统、 线扫描图像采集系统和一块实时控制 器。 检测前预先使用光源控制技术测试表面反射 的光路信息， 或使用CAD模型靠计算机分析自动 生成， 得到工作表面反射的模型。 在检测时， 使用 高分辨率线扫相机扫过曲面的同时， 通过已知反 光模型信息， 控制光源特定角度的LED点亮， 最终 获得无反光的多角度漫反射图像和一幅适当亮 度的镜面反射图像。 这两幅图像作差后不管对具 用漫反射特性的划伤、 脏污等缺陷， 还是对崩边、 凹凸点等表 面损伤类缺陷均有良好的增强效果， 保证了好的成像质量， 有助于提高反光表面微小 缺陷的检测准确性。 同时针对曲面检测的问题， 通过光源、 相机等硬件的调整， 在保证检测速度 的前提下完成了120度范围内的精确检测。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114527073 A 2022.05.24 CN 114527073 A 1.一种反光曲面的快速 高精度外观质量检测系统， 包括环绕待检样品放置的高速多角 度光源控制系统、 运动控制系统、 线扫描图像采集系统和实时控制器， 其特 征在于： 所述的运动控制系统包括直线伺服运动台(2)及旋转校正台(1)， 旋转校正台(1)位于 直线伺服 运动台(2)前 方， 直线伺服 运动台(2)中间为线扫检测工位(3)； 所述的高速多角度光源控制系统包括第一光源(4)、 第二光源(8)， 第一光源(4)与第二 光源(8)呈不同角度位于线扫检测工位(3)上方和前方； 第一光源(4)、 第二光源(8)由光源 主控制器(7)控制， 光源主控制器(7)控制位于第一光源(4)、 第二光源(8)背面的区域控制 器(6)， 区域控制器(6)控制位于第一 光源(4)、 第二 光源(8)背面的LED驱动器(5)； 所述的线扫描图像采集系统由线扫工业相机(9)、 图像采集 卡和工控计算机组成； 所述的高速多角度光源控制及线扫描图像采集系统安装在检测系统安装架(10)上， 检 测系统安装架(10)与的运动控制系统装配使用。 所述的实时控制器为Cyclone  V Soc FPGA， 负责高速多角度光源控制系统、 运动控制 系统及线扫描图像采集系统的实时控制， 其内部的ARM处理器主要负责系统非实时性控制， 搭载Linux系统上的应用程序将LED控制序列信息通过CAN总线发送至光源控制系统， 另外 使用TCP协议与图像采集系统通信， 内部的FPGA核与ARM核之间用高速互联总线AXI进行数 据传输， FPGA核负责实时控制， 向运动控制系统发送脉冲指令并接收运动台上的编码器信 息， 解码后实时同步触发光源、 相机 完成图像采集。 2.根据权利要求1所述的一种反光曲面的快速高精度外观质量检测系统， 其特征在于， 所述的直线运动台负责运输待测样品均速通过线扫检测工位， 与其同轴连接的运动台编码 器将实时位置信息传输至实时控制 器， 旋转校正台上带有一定布局的光电检测开关， 可识 别到待测样品的位姿信息， 通过伺服旋转台和伺服推杆使 待测样品摆正到需要的位姿。 3.根据权利要求1所述的一种反光曲面的快速高精度外观质量检测系统， 其特征在于， 所述的旋转校正台(1)由旋转台、 推杆、 光电传感器、 伺服电机及 控制器组成， 功能在于把待 测样品校正位姿， 旋转至需要的角度， 旋转台上方放有多个光电传感器， 其中至少两个光电 传感器位于垂直于流水线的方向上， 如待测样品是圆形及其他种不是直线段组成的外轮 廓， 则添加其 他光电传感器辅助校正。 4.根据权利要求1所述的一种反光曲面的快速高精度外观质量检测系统， 其特征在于， 所述的光源由多块灯板组成， 环绕分布在待测工件周围， 每个灯板装有若干LED， 灯板背面 带有散热器和板载控制器， 光源控制系统中设有三级控制器， 总控制器负责接收配置信息， 存储到本地Flash中， 当收到实时触发信号后， 将对应的亮灯信息通过SPI写入局域控制器 中， 局域控制器则输出PWM控制对应LED驱动器， 使其输出预定的亮度， 发光板大小视待测样 品大小来定 。 5.根据权利要求4所述的一种反光曲面的快速高精度外观质量检测系统， 其特征在于， 所述的灯板使用的灯珠为贴片型发光 二级管， 适应选用发光 面较大， 引脚小的小封装类型。 6.根据权利要求1所述的一种反光曲面的快速高精度外观质量检测系统， 其特征在于， 所述的图像采集系统包括线扫相机、 图像采集卡和工控计算机， 线扫相机倾斜30度安装， 通 过高速CoaXPress同轴线缆与图像采集卡连接， 图像采集卡插在工控计算机的PCI_E插槽 上。 工控计算机与实时控制器使用网线连接， 使用TCP协议传输数据。 7.一种反光曲面的快速高精度外观质量检测技术， 其检测方法特征在于， 包括以下步权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114527073 A 2骤： 检测前对反光的曲面建立反射模型， 如果有待测样品的CAD模型可以通过软件自动生 成； 如果不提供， 则使用标准样品自主建模， 具体流 程为： 先将待测样品运送至第一个扫描位置， 然后控制光源每次开启一行LED并采集一次图 像， 从第一行遍历 至最后一行， 完成竖直方向的采集。 比较每次采集的图像同一像素点上的 数值大小， 求平滑后峰值的位置， 即对应的LED行号a， 同理再完成一次水平方向的采集， 求 出对应的LED列号b。 这样经过两次正交方向的光源控制， 根据LED行号和列号可得到一个 LED的具体位置(a,b)， 即从这颗LED发出的光， 会被待测样品表面上的一点反射到相机上。 按此方法求得这 一扫描位置上其 点像素点以其 他扫描位置的反射信息， 记为 F(x,y)＝(a,b) x为扫描行 数， y为每次描扫图像的列坐标， (a,b)为 LED在灯板上的位置 。 然后使光源生成水平方向分布的黑白条纹图案， 求得边缘模糊带的宽度d， 代表镜面反 射瓣的大小， 最后生 成一幅全亮图案， 逐渐调整每颗LED的亮度， 使图像灰度值分布在2 45左 右， 记下此时LED亮度值 l； 检测时， 先在旋转校正台上校正待测样品位姿， 然后使待测样品匀速通过线扫检测工 位， 同时光源和相 机开始工作， 采集完一帧图像后， 待测样品回退至旋转校正台， 顺时针旋 转120度， 再次重复以上动作二次， 最终获得三幅图像， 等同于从待测样品周围的三个方向 采集三幅图像； 在采集图像时， 通过编码器输出的位置x， 调取反射模型F(x,y)， 生成对应亮灯信号， 亮 度调为为l,相机开始一次同步采集称为镜面反射图像， 然后将此时点亮的LED及其周围的 d/2宽度内的LED禁用， 并全功率点亮其余所有LED灯， 相机再启动一次同步采集称为漫反射 图像， 两幅图像作差即为 最终生成图像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114527073 A 3