[發明專利]基于機器視覺的3D打印成型質量檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201711113889.4
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107941808A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 孫堅;鄒睿;徐紅偉;鐘邵俊;陸城煒;王凱
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明涉及信息圖像處理領域，尤其是一種3D打印成型質量檢測系統及檢測方法。

背景技術

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工(AEC)、航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程以及其他領域都有所應用。3D打印機打印出的產品需要進行質量檢測，目前市面上缺少能夠有效地對3D打印產品進行質量檢測的裝置和方法，由于3D打印產品具有很強的個性化特征，以前用于流水線產品檢測方案不適用于個性化的3D打印產品檢測，現有技術中的質量檢測裝置結構復雜、操作繁瑣，檢測效率低、精度低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于機器視覺的3D打印成型質量檢測系統及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一、一種基于機器視覺的3D打印成型質量檢測系統：

系統包括工件放置平臺、圖像采集裝置和上位機，工件放置平臺上安裝有旋轉平臺，旋轉平臺上放置3D打印產品，圖像采集裝置置于3D打印產品的正上方，圖像采集裝置通過通信設備連接上位機，工件放置平臺下方設有背光源。

所述圖像采集裝置包括相機固定臺、工業相機和圖像采集卡，工業相機和圖像采集卡均安裝在相機固定臺上，工業相機固定安裝在相機固定臺底面并朝向旋轉平臺上的3D打印產品，工業相機經圖像采集卡連接到通信設備；

所述圖像采集卡上設有信號輸入接口、信號處理模塊、CPU和信號輸出接口，信號輸入接口一端連接工業相機，信號輸入接口另一端依次經信號處理模塊、CPU連接信號輸出接口，信號處理模塊上設有圖像解碼芯片；

所述旋轉平臺包括上下平行布置的上板和下板，上板的中心和下板的中心同軸對齊且通過中心軸連接，中心軸底端固定連接在下板的中心，中心軸頂端與上板中心沉孔之間通過深溝軸承鉸接，中心軸外套設有平面軸承，平面軸承夾設在所述上板和下板之間以軸向輔助支撐上板和下板，在上板和下板的邊緣之間沿圓周間隔均布安裝有若干滾動部件，每個滾動部件接觸到上板底面，滾動部件底部通過固定件固定在下板上。

所述背光源包括有兩條條形光源，兩條形光源平行放置，兩者之間距離為10-15cm，距離工件放置平臺5-8cm；兩條條形光源均電連接標準線性光源模擬電流控制器，通過標準線性光源模擬電流控制器調節條形光源的亮度。

二、一種基于機器視覺的3D打印成型質量檢測方法，其特征在于方法的步驟是：

步驟1)用面陣相機采集3D打印成品的表面圖像，經圖像采集卡輸入至上位機，使用圖像處理模塊進行圖像預處理；

步驟2)經預處理后的圖像進入分析及數據庫匹配模塊進行分析，通過圖像分析進行輪廓缺陷檢測或者表面缺陷檢測；

表面缺陷檢測是判斷3D打印成品表面是否存在表面缺陷包括豎紋缺陷和橫紋缺陷。輪廓缺陷檢測是將成品輪廓與數據庫中打印件的設定輪廓進行匹配，得到兩者的匹配程度。

步驟3)多次轉動旋轉平臺，采集3D打印成品多方位的圖像，重復步驟2)，對3D打印成品所有表面進行檢測。

具體實施若存在表面缺陷或輪廓缺陷之一，則通過顯示器顯示“成品不合格”，上位機發出報警信號；若無缺陷，則顯示“成品合格”。

所述步驟1)中的預處理，具體包括以下步驟：

步驟1.1)：圖像灰度化，把RGB三通道數據的彩色圖像變為單通道數據的灰度圖像，根據加權平均值法得到灰度圖像；

步驟1.2)：圖像增強，對原圖像變換數據突出圖像中輪廓特征，去除圖像中不需要的紋理特征；

步驟1.3)：圖像濾波，用序貫濾波對圖像進行處理，然后進行融合處理，具體公式如下：

t(x,y)＝max(g_a(x,y),g_b(x,y),g_c(x,y),g_d(x,y))

其中，t(x,y)為融合后的圖像在坐標點(x,y)處的灰度值，g_a(x,y)、g_b(x,y)、g_c(x,y)、g_d(x,y)分別為水平、45度、垂直、135度方向的序貫濾波結果圖在坐標點(x,y)處的灰度值(k＝0.5,k的值控制著濾波的程度，k取得過小，則去噪不完全，取得過大又會導致圖像模糊，k值在實驗中反復比較確定)；