[發(fā)明專利]基于機(jī)器視覺的光纖預(yù)制棒氣泡自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010077681.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN111175306B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許賢澤;鐘明;徐逢秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88;G01N21/95;G01N21/01;G01N21/15;G01N21/84
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

1.一種基于機(jī)器視覺的光纖預(yù)制棒氣泡自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括待測(cè)光纖預(yù)制棒、照明光源、圖像采集模塊、計(jì)算機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制模塊；圖像采集模塊包括鏡頭、相機(jī)及圖像傳輸電路；待測(cè)光纖預(yù)制棒兩端固定，可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，照明光源長(zhǎng)度大于等于待測(cè)光纖預(yù)制棒的直徑；相機(jī)與照明光源垂直固定，并可沿待測(cè)光纖預(yù)制棒軸線移動(dòng)；相機(jī)與計(jì)算機(jī)通過USB2.0的數(shù)據(jù)線連接；其特征是，檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟1、將待測(cè)光纖預(yù)制棒兩端固定在檢測(cè)裝置上，使待測(cè)光纖預(yù)制棒可繞自身軸線旋轉(zhuǎn)90°；用含酒精的無塵紙對(duì)待測(cè)光纖預(yù)制棒進(jìn)行表面清潔；

步驟2、關(guān)閉環(huán)境光源，照明光源垂直于待測(cè)光纖預(yù)制棒軸線對(duì)其進(jìn)行照射；

步驟3、啟動(dòng)相機(jī)和計(jì)算機(jī)，相機(jī)采集目標(biāo)圖像并將圖像信號(hào)量化編碼后傳輸給計(jì)算機(jī)；

步驟4、計(jì)算機(jī)接收?qǐng)D像信號(hào)并完成圖像處理，提取圖像中的氣泡、計(jì)算氣泡的大小和位置；

步驟5、沿待測(cè)光纖預(yù)制棒軸線方向移動(dòng)相機(jī)與照明光源，重復(fù)步驟3、步驟4，直至完成待測(cè)光纖預(yù)制棒一端到另一端的氣泡檢測(cè)；

步驟6、將待測(cè)光纖預(yù)制棒繞自身軸線旋轉(zhuǎn)90°，相機(jī)與照明光源反向移動(dòng)，重復(fù)步驟3、步驟4、步驟5；

步驟7、根據(jù)步驟5、步驟6獲得的二維圖像中的氣泡大小和位置信息還原氣泡在待測(cè)光纖預(yù)制棒中的大小和空間位置；

計(jì)算氣泡的大小和位置的具體步驟如下：

1)將所接收的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為灰度圖像，先對(duì)其進(jìn)行高斯濾波去噪，再進(jìn)行灰度變換、高通濾波得到預(yù)處理圖像；

2)采用Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)預(yù)處理圖像進(jìn)行處理，獲得具有氣泡邊緣信息的二值圖像；

3)采用形態(tài)學(xué)運(yùn)算中的閉運(yùn)算連接斷開的氣泡邊緣并填充氣泡內(nèi)部，得到氣泡在二維圖像中的位置和大小；采用球形擬合氣泡，其半徑用兩幅圖像中氣泡的外接圓半徑的平均值表示；

4)將旋轉(zhuǎn)前后采集到的圖像分別拼接為完整的二維待測(cè)光纖預(yù)制棒圖像，計(jì)算氣泡的三維坐標(biāo)(x,y,z)；以截面圓心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，其中，旋轉(zhuǎn)前相機(jī)位置為C₁，旋轉(zhuǎn)后相機(jī)位置為C₂，A′為氣泡像點(diǎn)位置，A為氣泡物點(diǎn)位置，設(shè)物像的z坐標(biāo)一致；拼接后的圖像可得氣泡像點(diǎn)A′的坐標(biāo)(x₀，y₀)，設(shè)物點(diǎn)A坐標(biāo)為(x_A，y_A)，C₁坐標(biāo)為(-C,0)，C₂坐標(biāo)為(0,C)，其中C＝L+R，L是相機(jī)與待測(cè)光纖預(yù)制棒外表面的距離，R是待測(cè)光纖預(yù)制棒的半徑，由待測(cè)光纖預(yù)制棒的輪廓方程與直線C₁A′方程聯(lián)立可得B₁的坐標(biāo)(x₁，y₁)，即其中，

B₁點(diǎn)的入射角和出射角：

同理計(jì)算得到B₂點(diǎn)的入射角和出射角，由折射定律：

sinθ_出＝nsinθ_入

計(jì)算得到氣泡的物點(diǎn)位置A(x_A，y_A)，通過平移運(yùn)算得到氣泡的三維坐標(biāo)(x′_A，y′_A，z)；n為待測(cè)光纖預(yù)制棒的折射率。