专利名称：一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于钢化玻璃绝缘子的缺陷检测装置和检测方法，尤其是对于气泡缺陷的检测方法和装置。
背景技术：
绝缘子是架空输电线路的重要组成部分，是电力系统中使用量最大的器件，它的结构比较简单，制造成本也相对较低，但重要性绝不亚于其他设备。钢化玻璃绝缘子在制造过程中，由于许多因素，如配方、原料制取、设备工具的状况、玻璃件的热处理等问题，玻璃件有时会产生气泡、裂纹、结石、毛糙、破损、变形等缺陷，这些缺陷必须严格控制、检测和筛�。员Ｖじ只ＡЬ底映善返闹柿浚岣卟ＡЬ底釉诘缌ο低吃诵械目煽啃�。最原始的检测和筛选方法就是通过人眼来一个一个的目测检测绝缘子有无气泡等缺陷，这种方式效率太低，而且工人在长时间检测工作之后误检就会大大增加。近几年，电脑视觉检测技术发展迅速，在医药、农作物缺陷检测领域应用广泛。电脑视觉检测技术具有其它检测技术不具备的优势，首先，它不依赖于检测者的经验和关注点，能够提高检测效率，并最终提高厂家生产利润。其次，电脑视觉检测技术可以用于工业生产现场，实现实时、可靠的缺陷产品检测及分离，利于大规模的生产检测。但是，由于缺陷部分图像难以从背景图像中分割出来，致使用电脑进行自动视觉检测较为困难。因此，图像分割是钢化玻璃绝缘子质量检测中的技术关键。边缘检测是近些年来应用广泛的图像分割方法，边缘是指其周围像素灰度变化不连续的那些像素的集合，它是背景图像与缺陷图像分离的重要依据。但钢化玻璃绝缘子是复杂的带有多层凹槽的圆盘形玻璃件，相机拍摄到的图片包含大量的圆环形背景光带条纹信息，利用传统的边缘检测或自适应阈值分割的方法往往难以将存在缺陷从背景中有效的分离出来，从而无法进行钢化玻璃绝缘子的质量检测与控制。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种实现钢化玻璃绝缘子缺陷检测的装置。本发明的另一个目的是提供一种能够有效的将缺陷与背景光带从图像中分离开来的钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法。本发明根据绝缘子图像呈现出规律排列的同心圆弧光带，从传统的逐行图像扫描的方法变为同心圆弧图像扫描，并提出了后差分方法，抑制背景光带图像并突出缺陷部分图像，实现图像分割，最后识别出哪些是背景光带图像哪些是缺陷图像。本发明通过下述技术方案实现:一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测装置，包括光学成像系统、图像采集系统、旋转控制系统，其中:所述光学成像系统包括透明托盘、光源，光源固定在旋转控制台下方；所述图像采集系统包括工业相机，工业相机连接电脑；
所述旋转控制系统包括步进电机、旋转控制台、PLC、电脑；PLC和步进电机连接，由电脑通过PLC发出信号控制步进电机的启动和停止；步进电机和旋转控制台的旋转轴相连接，步进电机转动带动旋转控制台上的透明托盘转动；电脑控制工业相机对钢化玻璃绝缘子拍照；电脑读入工业相机拍摄的顺时针旋转中的待检测绝缘子图像后采用以下方法进行处理:I) FFT变换将图像从空间域转化到频率域,再利用Butterworth低通滤波对图像平滑去噪处理，最后FFT反变换；2)边缘提�。酝枷袷┘覥anny算子以获得玻璃绝缘子的边缘图像；3)计算同心光环带圆心坐标，根据边缘提取得到的光环带边缘，计算绝缘子中心坐标位置；4)极坐标变换，根据光环带圆心坐标将原始图像中各环带像素点由直角坐标转换为极坐标，即转换成极坐标图像；5)建立数据库检索对照表，在极坐标下，建立图像中各个像素点的数据库检索对照表，使图像的像素点在笛卡尔坐标系下和在极坐标系下的坐标表示建立一一对应关系；6)对极坐标图像进行基于数据库的同心弧扫描，利用光带背景与缺陷部位的像素变化有明显差别的特点，抑制光带背景条纹；7)在绝缘子的顺时针旋转过程中，用拍到的最新一帧图像减去前一帧图像进行后差分运算，得到后差分后的图像，进一步抑制背景光带条纹，同时若在光带上存在缺陷，则后差分的作用将在缺陷后带边上产生空洞，空洞把缺陷从光带上分割出来，这将极大地有利于下一步的图像分割；8)图像分割，在经过光带背景抑制的后差分图像中，利用自适应阈值法实现图像分割；9)缺陷判断识别，采用支持向量机智能识别方法，判断分割出的图像是否存在缺陷。工业相机通过支架垂直固定在钢化玻璃绝缘子上方，采集绝缘子图像。所述的光源为LED白光源,透明托盘米用透明有机玻璃托盘。所述的光源采用上宽下窄的倒坝形结构。一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法，包括下述步骤:I)利用相机将待检测的绝缘子图像读入电脑；2) FFT变换将图像从空间域转化到频率域,再利用Butterworth低通滤波对图像平滑去噪处理，最后FFT反变换；3)边缘提�。酝枷袷┘覥anny算子以获得绝缘子图像边缘图像；4)计算同心光环带圆心坐标，根据边缘提取得到的光环带边缘，计算绝缘子中心坐标位置；5)极坐标变换，根据光环带圆心坐标将原始图像中各环带像素点由直角坐标转换为极坐标，即转换成极坐标图像；6)建立数据库检索对照表，在极坐标下，建立图像中各个像素点的数据库检索对照表，使图像的像素点在笛卡尔坐标系下和在极坐标系下的坐标表示建立一一对应关系；
7)对极坐标图像进行基于数据库的同心弧扫描，利用光带背景与缺陷部位的像素变化有明显差别的特点，抑制光带背景条纹；8)在绝缘子的顺时针旋转过程中，用拍到的最新一帧图像减去前一帧图像进行后差分运算，得到差分后的图像，进一步抑制背景光带条纹，同时若在光带上存在缺陷，则后差分的作用将在缺陷后带边上产生空洞，把缺陷从光带上分割出来，有利于下一步的图像分割；9)图像分割，在经过光带背景抑制的后差分图像中，利用自适应阈值法进行图像分割；10)缺陷判断识别，采用支持向量机智能识别方法，判断分割出的图像是否存在缺陷。其中步骤4)为:经过边缘检测的图像只呈现出光折射环带的边缘，这些边缘是以绝缘子中心为圆心，以不同的长度为半径的一组同心圆�。徽业桨刖蹲畲蟮脑不。柙不≈忻恳桓鱿袼氐愕暮�、纵坐标分别为Xi和Yi,设圆心坐标(A，B),半径R，圆公式为:(X1-A)MY1-B)2=! 2利用最小二乘原理根据以下矩阵变换求得圆心的坐标:
权利要求
1.一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测装置，其特征在于:包括光学成像系统、图像采集系统、旋转控制系统，其中: 所述光学成像系统包括透明托盘(2)、光源(3)，光源(3)固定在旋转控制台(6)下方； 所述图像采集系统包括工业相机(5)，工业相机连接电脑(8)； 所述旋转控制系统包括步进电机(4)、旋转控制台(6)、PLC(7)、电脑(8) ；PLC(7)和步进电机⑷连接，由电脑⑶通过PLC(7)发出信号控制步进电机⑷的启动和停止；步进电机(4)和旋转控制台(6)的旋转轴相连接,步进电机(4)转动带动旋转控制台(6)上的透明托盘⑵转动；电脑⑶控制工业相机(5)对钢化玻璃绝缘子拍照； 电脑读入工业相机拍摄的顺时针旋转中的待检测绝缘子图像后采用以下方法进行处理: 1)FFT变换将图像从空间域转化到频率域,再利用Butterworth低通滤波对图像平滑去噪处理，最后FFT反变换； 2)边缘提�。酝枷袷┘覥anny算子以获得玻璃绝缘子的边缘图像； 3)计算同心光环带的圆心坐标，根据边缘提取得到的光环带边缘，计算绝缘子中心坐标位置； 4)极坐标变换，根据光环带圆心坐标将原始图像中各环带像素点由直角坐标转换为极坐标，即转换成极坐标图像； 5)建立数据库检索对照表，在极坐标下，建立图像中各个像素点的数据库检索对照表，使图像的像素点在笛卡尔坐标系下和在极坐标系下的坐标表示建立一一对应关系； 6)对极坐标图像进行基于数据`库的同心圆弧扫描，利用光带背景与缺陷部位的像素变化有明显差别的特点，抑制光带背景条纹； 7)在绝缘子的顺时针旋转过程中，用拍到的最新一帧图像减去前一帧图像进行后差分运算，得到后差分后的图像，进一步抑制背景光带条纹，同时若在光带上存在缺陷，则后差分的作用将在缺陷后带边上产生空洞，空洞把缺陷从光带上分割出来，利于下一步的图像分割； 8)图像分割，在经过光带背景抑制的后差分图像中，利用自适应阈值法进行图像分割; 9)缺陷判断识别，采用支持向量机的智能识别方法，判断分割后的图像是否存在缺陷。
2.如权利要求1所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测装置，其特征在于:工业相机(5)通过支架垂直固定在钢化玻璃绝缘子(I)上方，采集绝缘子图像。
3.如权利要求1所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测装置，其特征在于:所述的光源(3)为LED光源，透明托盘(2)采用透明圆形有机玻璃托盘。
4.如权利要求1所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测装置，其特征在于:所述的光源(3)采用上宽下窄的倒坝形结构。
5.如权利要求1所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测装置，其特征在于:其中步骤5)为: (1)以步骤3)中计算出的坐标为圆心，图像中半径相同的像素点构成一段�。彝枷裰兴械南袼氐愎钩梢蛔橥幕。� (2)将图像的像素点在笛卡尔坐标系下和在极坐标系下的坐标表示建立一一对应关系，并建立像素位置信息的数据库检索对照表。
6.如权利要求5所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测装置，其特征在于:其中步骤6)为: (1)对图像进行同心圆弧扫描，并按照同心圆弧半径由小增大的顺序依次扫描； (2)在扫描一个弧时，若圆弧中所有像素点的灰度值基本一致而没有发生剧烈变化，则认为此段圆弧不包含缺陷信息，进而将此段圆弧的所有像素点灰度值化为O ;若圆弧中像素灰度值发生明显跳变，则认为此段圆弧包含缺陷信息，进而保留此段圆弧所有像素信息不变。
7.一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法，其特征在于，包括下述步骤: 1)利用相机将待检测的绝缘子图像读入电脑； 2)FFT变换将图像从空间域转化到频率域,再利用Butterworth低通滤波对图像平滑去噪处理，最后FFT反变换； 3)边缘提�。酝枷袷┘覥anny算子以获得玻璃绝缘子的边缘图像； 4)计算同心光环带的圆心坐标，根据边缘提取得到的光环带边缘，计算绝缘子中心坐标位置； 5)极坐标变换，根据光环带圆心坐标将原始图像中各环带像素点由直角坐标转换为极坐标，即转换成极坐标图像； 6)建立数据库检索对照表，在极坐标下，建立图像中各个像素点的数据库检索对照表，使图像的像素点在笛卡尔坐标系下和在极坐标系下的坐标表示建立一一对应关系； 7)对极坐标图像进行基于数据库的同心圆弧扫描，利用光带背景与缺陷部位的像素变化有明显差别的特点，抑制光带背景条纹； 8)在绝缘子的顺时针旋转过程中，用拍到的最新一帧图像减去前一帧图像进行后差分运算，得到后差分后的图像，进一步抑制背景光带条纹，同时若在光带上存在缺陷，则后差分的作用将在缺陷后带边上产生空洞，空洞把缺陷从光带上分割出来，利于下一步的图像分割； 9)图像分割，在经过光带背景抑制的后差分图像中，利用自适应阈值法进行图像分割; 10)缺陷判断识别，采用支持向量机的智能识别方法，判断分割后的图像是否存在缺陷。
8.如权利要求7所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法，其特征在于:其中步骤4)为: 经过边缘检测的图像只呈现出光折射环带的边缘，这些边缘是以绝缘子中心为圆心，以不同的长度为半径的一组同心圆�。徽业桨刖蹲畲蟮脑不。柙不≈忻恳桓鱿袼氐愕暮�、纵坐标分别为Xi和Yi,设圆心坐标(A，B),半径R，圆公式为:(X1-A)MY1-B)2=! 2利用最小二乘原理根据以下矩阵变换求得圆心的坐标:
9.如权利要求8所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法，其特征在于:其中步骤6)为: (1)以步骤4)中计算出的坐标为圆心，图像中半径相同的像素点构成一段�。彝枷裰兴械南袼氐愎钩梢蛔橥幕。� (2)将图像的像素点在笛卡尔坐标系下和在极坐标系下的坐标表示建立一一对应关系，并最终建立像素位置信息的检索对照表。
10.如权利要求9所述的一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法，其特征在于:其中步骤7)为: (1)对图像进行同心圆弧扫描，并按照同心圆弧半径由小增大的顺序依次扫描； (2)在扫描一个圆弧时，若圆弧中所有像素点的灰度值基本一致而没有发生剧烈变化，则认为此段圆弧不包含缺陷信息，进而将此段圆弧的所有像素点灰度值化为O ;若圆弧中像素灰度值发生明显跳变，则认为此段圆弧包含缺陷信息，进而保留此段圆弧所有像素信息不变。
全文摘要
本发明公开了一种钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法与装置。本发明所提供的钢化玻璃绝缘子缺陷检测方法突破了图像处理中逐行扫描的传统方式，针对钢化玻璃绝缘子成像特点，采用同心圆扫描的方法，抑制了大量无关背景，只留下缺陷部分的图像，利于后面进行图像分割；该方法是一种准确有效的缺陷检测方法。
文档编号G01N21/88GK103149215SQ201310061850
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者吴洪潭, 叶含笑 申请人:中国计量学院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
