玻璃缺陷在线检验系统标准设计.docx

中国矿业大学
科研创新论文

玻璃缺点在线检测系统设计

姓名：连清
学号：03101257
专业：测控技术和仪器
导师：刘万里

摘要
传统玻璃质量检测关键采取人工检测方法。人工检测不仅工作量大 ，而且易受检测人员主观 原因影响，轻易对玻璃表面缺点造成漏检 ，尤其是变形较小 、畸变不大夹杂缺点漏检 ，极大降低了玻璃 表面质量 ，从而不能够确保检测效率和精度u。现在 ，玻璃缺点检测系统关键是利用激光检测和摩尔干涉原理方法。激光检测易受到外界干扰 ，影响检测精度。摩尔干涉原理因为光栅内莫尔条纹 比较细 ，为确保莫尔条纹有很强对 比度 便于计算机进行分析处理 ，就必需要求光栅有很高明暗对 比度，经过复杂计算机图形处理技术对干涉图形进行处理 ，占用大量检测时间，检测周期很缓慢而在实际检验中并无实用效果 。多年来，快速发展以图像处理技术为基础机器视觉技术恰恰能够处理这一问题。机器视觉关键是采取计算机来模拟人视觉功效，从客观事物图像中提取信息 ，进行处理并加以了解 ，最终用于实际检测 、测量和控制 。本文介绍玻璃表面缺点检测系统采取机器视觉技术 ，完成对玻璃缺点提取 、识别 ，为玻璃分级打标提供信息 ，满足玻璃表面缺点检测要求。

关键字：玻璃表面检测；图像处理；系统设计

目录

1、玻璃缺点在线检测系统设计课题提出………………………4
1.1课题研究背景…………………………………………………4
1.2课题研究意义及目标…………………………………………5
2、中国外玻璃缺点在线检测系统研究现实状况……………………5
3、测量系统简明介绍……………………………………………7
3.1检测系统基础结构……………………………………………7
3.2检测系统原理……………………………………………………8
3.3玻璃表面缺点图像处理（介绍）……………………………9
4、系统设计中关键检测参数和部分要求………………………9
5、课题研究步骤及各阶段完成目标 ……………………………10
相关文件……………………………………………………………11

1、玻璃缺点在线检测系统设计课题提出
1.1课题研究背景
玻璃在生产过程中，会产生多种多样缺点，比如:气泡、条纹和结石。这些缺点全部会影响玻璃外观质量，降低玻璃透光性、机械强度和热稳定性，造成大量废品和次品。为提升浮法玻璃质量和玻璃质量等级划分，必需对浮法玻璃带进行缺点在线检测或人工检测。
目前玻璃缺点在线检测系统关键采取激光检测、莫尔条纹干涉和基于机器视觉检测方法，即使这些设备含有较高测量精度，但系统处理数据量很大，设备生产成本较高。还有些传统玻璃缺点检测中，经过激光扫描或多组静态传感器来实现浮法玻璃缺点自动检测。检测系统采取缺点分析光束图和标准缺点光束图表对比而判别出玻璃缺点。因为检测传感器输出信号含有一般特征和特殊特征相掺和现象，所以，仅能对少部分缺点进行分类，只能够对熔融态玻璃产生缺点和锡槽产生缺点进行检测和定位，而且，不能对缺点性质、形状及尺寸提供正确数据，从而不能很好地控制玻璃质量，灵敏度也受到限制；同时，受聚光灯分辨率影响，检测宽度也很狭窄，直接影响检测速度。
假如依靠工人经过眼睛来识别玻璃中缺点，易产生漏检、误检。然而传统玻璃质量在线检测关键采取人工检测方法。对于人工检测，除了其速度慢，需要占用大量资源外，更有下列多个致命缺点:
1)轻易出现漏检情况。因为长时间反复劳动，人眼极易出现疲惫情况，此时，甚至会将部分严重废品放过去，给玻璃厂家及使用单位带来严重损失，造成极坏社会影响；
2)无法确保统一质量标准，人工检验时，对于很小缺点情况，合格是否是检验者依据感觉主观判定，不一样人甚至同一人在不一样状态下判定标准极难做到统一。
所以把机器视觉技术应用于玻璃生产线来检测玻璃质量，对降低人为误差、提升企业经济效益、降低玻璃生产成本和节省能源等含有极其长远意义。

1.2课题研究意义及目标
现在，玻璃缺点检测分析有着十分关键意义。生产商能够依据检测设备提供数据分析该缺点产生原因和机理，再依据取得数据，设定对应工艺条件和参数，同时优异检测设备也能够保障高质量玻璃产品，提升在市场中竞争能力 。在传统玻璃缺点检测中，经过激光扫描或多组静态传感器来实现浮法玻璃缺点自动检测。检测系统采取缺点分析光束图和标准缺点光束图表对比而判别出玻璃缺点。因为检测传感器输出信号含有一般特征和特殊特征相掺和现象，所以仅能对少部分缺点进行分类，只能够对熔融态玻璃产生缺点和锡槽产生缺点进行检测和定位，但不能对缺点性质、形状及尺寸提供正确数据，从而不能很好地控制玻璃质量，灵敏度也受到限制；同时受聚光灯分辨率影响，检测宽度也很狭窄,直接影响检测速度 。通常检测方法只能检测部分缺点，而且并不能进行具体分类，本文研究这种玻璃缺点检测方法，不仅在精度上有很大提升，对玻璃缺点进行具体分类，且该系统还可应用于玻璃畸变检测，为玻璃生产线上提供可靠数据。
伴随数字图像处理技术在工业领域发展，基于数字图像处理技术机件缺点检测得到了广泛应用。低成本、无损伤、正确，快速，使得机器视觉在缺点检测领域含相关键意义。同时，钢化玻璃表面缺点智能化检测算法设计尤为关键。作为整个检测系统软件部分，智能化检测算法设定对于检测成功是否起到关键作用。
2、中国外玻璃缺点在线检测系统研究现实状况
现在，国际上对玻璃质量检测应用研究较为成熟。近些年来，因为建筑和汽车行业高速增加，推进了相关玻璃制造和使用行业快速发展，对于玻璃质量要求也是越来越高，所以国外很多科研机构全部在开展玻璃缺点在线检测系统研究，下面是其中部分研究结果：
1）德国LASOR企业浮法玻璃在线缺点检测系统。LASOR企业是第一家推出浮法玻璃激光检测设备企业，其产品在世界玻璃生产线上安装数量最多。LASOR企业多年又推出了新型采取数字摄影技术玻璃检测设备2F1装置。2F1检测系统采取优异CCD 成像技术和智能光源，其检测精度大大超出了激光检测系统(能检测出0.1×0.1mm 缺点)，而且含有光学检测功效，能在同一台机器上实现多功效检测。2F1系统能够检测玻璃缺点包含气泡、结石、锡点、玻筋等，它还能够对这些缺点进行分类，以利于对玻璃质量判别。所检测出缺点信息能够实时地显示在操作屏幕上，并能够多个图表形式向用户提供缺点统计信息。
2）丹麦制造“结石检测器”。
3）法国SGCC企业制造M1型全自动多功效玻璃瓶罐在线检测机。
4）德国 INNOMESS 企业INNOMESS光栅在线检测系统。INNOMESS光栅在线检测系统是基于光干涉原理来检测玻璃缺点。因为干涉方法含有很高灵敏度，即使在光学畸变很弱情况下，莫尔检测探头也能检测并计算出玻璃质量缺点光畸变形状和强度，玻璃缺点在线自动检测装置就是依据这一原理来检测并计算出玻璃缺点形状、种类和缺点周围光强度。该设备能够检测到现行钢化玻璃质量标准中要求全部缺点种类，包含:气泡、粘锡、锡滴、夹杂物、硫化物、玻璃瘤、划伤等。
中国也有部分玻璃缺点在线自动检测系统研究结果：
1）ADG—90玻璃缺点在线自动检测系统。该系统是中国开发，能在线自动检测玻璃熔化和成型过程中形成缺点，如气泡、砂粒、结石、光畸变点等，并能区分气泡和夹杂物。
2）CGT-D玻璃缺点在线自动检测系统。该系统首次采取光学变形技术和特殊光阵部署，对细小缺点进行了充足放大，而对玻璃表面附着灰尘、污渍因放大不足而被平滑掉。又因为采取数字图像处理技术有效地消除了背景干扰，实现了二维处理。不仅使装置能检测出小于0.2mm 点状缺点，对 0.3mm~0.5mm 点状缺点正确率高达 90%以上。检测缺点最小尺寸：0.2mm×0.2mm；检测缺点正确率： ≥0.5mm 时为100%；0.3~0.5mm 时为90%以上。
不过就中国总表现实状况而言，现在中国很多玻璃企业依旧是是靠人工检验挑除废品。中国现实状况已经是玻璃生产大国，生产量和需求量一直保持在世界前列，伴随玻璃市场深入扩大，中国玻璃工业迎来了前所未有发展机遇，同时也面临着来自国际市场严峻挑战。所以，中国玻璃行业全部在设法提升产品质量、增强本身竞争力来面对市场挑战。中国玻璃生产现实状况和国际玻璃事业发展趋势要求玻璃企业加紧现代化步伐，坚持高技术起点，依靠技术进步，大力发展高水平优质钢化玻璃，提升在国际市场上竞争能力。所以，在钢化玻璃生产线应用机器视觉技术来检测玻璃质量，降低人为误差，对于降低玻璃生产成本，提升企业经济效益，节省中国能源全部含有十分关键作用和极其长远意义。伴随印刷、玻璃及其相关行业快速发展，对生产过程在线监控系统也开始出现，其中现有基于软件处理检测系统，也有基于硬件电路检测系统。基于软件检测系统工作步骤是用摄像头将生产现场图像采集，然后用软件对图像进行处理，提取对象(如缺点)关键特征，然后和标准图像进行比较，再输出匹配结果。基于硬件检测系统大部分是将软件固化到单片机，采取单片机控制和处理，再经过专用接口电路或是 PLC 进行数据读取或传输，在速度和正确性上虽也能够满足图像处理运算要求，但这种检测系统关键存在问题是缺乏良好人机操作界面，操作直观性差，不能实现远程数据传输或传输困难，而且因为单片机运算速度限制，不可能实时地实现部分复杂数学运算，如小波分析、遗传算法、形态学运算等 ，对图像处理质量造成了一定影响。 基于软件实现缺点在线检测系统研究即使已经取得了较大发展，而且也已开始应用于实际生产，但在以前因为受限于图像采集硬件设备(高速工业数字摄像机) 性能和计算机硬件处理速度，在处理速度、正确性、实时性、可操作性上均存在较大问题。具体到中国来说，该项研究和国外相比还相对落后，而且因为图像技术是一项从国防到生产到科研全部息息相关技术，国外对中国存在一定程度技术封锁，所以，研究含有自主知识产权缺点在线检测系统不仅需要，而且必需。
3、测量系统简明介绍
3.1检测系统基础结构
基于机器视觉玻璃表面缺点在线检测系统包含图象采集部分 、图象处理 、输入输 出部分 、智能控制及机械实施等多个部分组成，以下图1所表示：

图1检测系统基础结构

其具体工作过程为：将待检玻璃置于尽可能均匀照明可控背景前(采取后面式 LE D 红光) ，智能控制系统给图像获取模块(CC D 摄像机)发出控制信号 ,CCD摄像机摄取到玻璃表面缺点图像 ，经过图像采集卡把图像数据采集到计算机内存 ，利用研制开发玻璃表面缺点图像处理和测量软件 ，实现对玻璃表面缺点检测 ，最终经过输出设备输出检测结果。
3.2检测系统原理
3.2.1系统检测原理
玻璃质量缺点检测是采取优异 CCD成像技术和智能光源。系统照明采取背光式照明，其原理图 2 所表示，即在玻璃后面放置光源 ，光线经待检玻璃，透射进人摄像头。光线垂直入射玻璃后 ，当玻璃中没有杂质时，出射方向不会发生改变，CCD 摄像机靶面探测到光也是均匀；当玻璃 中含有杂质时，出射光线会发生改变 ，CCD 摄像机靶面探测到光也要随之改变。玻璃 中含有缺点关键分为两种 :
一是光吸收型(如砂粒 、夹锡夹杂物) ，光透射玻璃时，该缺点位置光会变弱 ，CC D 摄像机靶面上探测到光比周围光要弱;
二是光透射型(如裂纹、气泡等)，光线在该缺点位置发生了折射,光强度比周围要大，所以 CCD 摄像机靶面上探测到光 也对应增强。

图2检测原理图
3.2.2视觉系统组成
在机器视觉检测系统中，光源系统、摄像机和图像采集卡质量影 响整个系统 检测精度。合理选择是获取质量好 、能清楚反应玻璃缺点存在图像关键。
现在在机器视觉系统中，光源系统关键由光源和光学镜头组成。系统采取显色性强、发光强、功耗低、散热小、光谱范围及寿命高 LE D 光作为源。采取后面照明 ，和正面照明相 比较 ，它优点是能取得高对 比度，可得到被测物比较清楚整体轮廓。系统选择高分辨率、高清楚度外触发同时线阵CCDUNIQ650，其分辨率为 752 X 582 像素、24 位图像。
图像采集卡采取基于 PCI 总线是 D H —CG 300 、8 位 、24 位和 32 位真彩色采集卡。视频模拟信号作为采集卡输入 ，经滤波 ，A／D 转换成 24bit数字信号，经过 PCI 总线传送到计算机系统内存，实现摄像机图像到计算机内存 可靠实时传送。以静态图像存入计算机，提供 BMP,JPG 存盘格式。
3.3玻璃表面缺点图像处理（介绍）
玻璃表面缺点图像识别步骤图 3 所表示。

图3玻璃表面缺点图像识别关键步骤

4、系统设计中关键检测参数和部分要求
在检测中，关键包含是被检钢化玻璃表面存在缺点，需要检测部分缺点内容：
缺点
最小能够检测值
气泡
0.1~0.2mm
划痕
0.1x5mm
爆边
0.5mm

系统设计部分要求：
部件
要求
检测速度
4-5米每分钟
摄像机
2台

5、课题研究步骤及各阶段完成目标
1）查阅相关玻璃缺点在线检测内容，了解中国外钢化玻璃在线检测系统研究现实状况。了解机器视觉对于缺点检测关键意义。
时间：1-3周
（2）初步设计整个系统硬件组成和控制系统选择。
（3）对控制系统编程进行研究，选择硬件设备。搭建起一个较为完善检测系统。
（2）、（3）完成时间：4-10周
（4）在过程中对研究方向和内容有更深一步了解，写开题汇报和查阅相关论文。
（5）深入完善和优化整个玻璃缺点在线检测系统。
时间：1-3周。
（6）进行实物安装检测，处理出现实际问题。使系统愈加适应实际检测环境，利于实际生产中利用。
时间：1-2周。
（7）对检测结果分析，综合研究过程，写出玻璃缺点在线检测系统设计论文并进行最终总结。

参考文件
[1]余文勇 ，周祖德，陈幼平．一个浮法玻璃全方面缺点在线检测系统 ．华 中科技 大学学报 (自然科学版)， ，35(8)：l一4．
[2]彭向前，陈幼平，余文勇．一个基于机器视觉浮法玻璃质量在线检测系统．制造业 自动化，，29(12)：50 —53．
[3]王丽萍，蓝天，王少丰．玻璃缺点在线自动检测设备性能及实践．玻璃，，32(5)：46 —48．
[4]唐向阳，张勇，李江有，等．机器视觉关键技术现实状况及应用展望．昆明理工大学学报(理工版)， ，29(2)：72 —93．
[5]陈元琰，姜颖军．基于计算机视觉玻璃瓶裂纹在线检测系统．计算机应用 ，，l1(11)：48 —49．
[6]汪传民 ，叶邦彦．基于计算机视觉轴承外径监测 系统 研究 ．微计算机信息 ， ，22(5)：205 —207．