[發明專利]基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統及方法

有效

• 申請號: 202010077681.7
• 申請日: 2020-01-31
• 公開（公告）號: CN111175306B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 許賢澤;鐘明;徐逢秋
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01N21/95;G01N21/01;G01N21/15;G01N21/84
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發明涉及機器視覺技術，具體涉及基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統及方法，該系統包括待測光纖預制棒、照明光源、圖像采集模塊、計算機和運動控制模塊；圖像采集模塊包括鏡頭、相機及圖像傳輸電路；待測光纖預制棒兩端固定，可繞自身軸線旋轉，照明光源長度大于等于待測光纖預制棒的直徑；相機與照明光源垂直固定，并可沿待測光纖預制棒軸線移動；相機與計算機通過USB2.0的數據線連接。該系統克服人工檢測光纖預制棒氣泡成本高、檢測效率低、人眼的生理限制、缺乏客觀的評判標準的缺點。能自動、快速、較為準確地檢測出光纖預制棒氣泡的大小和位置，降低了檢測成本、提高了檢測效率。

技術領域

本發明屬于機器視覺技術領域，尤其涉及基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統及方法。

背景技術

光纖預制棒在生產過程中，由于設備或工藝等原因，內部極易產生氣泡和雜質，而光纖預制棒氣泡的多少是檢驗光纖預制棒質量的一個重要評價標準。目前主要的光纖預制棒氣泡檢測方法是人工檢測，用強光源從光纖預制棒一端照射，檢測人員從側面裸眼觀察預制棒，記錄氣泡的信息。這種方法的原理是光束在光纖預制棒中傳播時，在氣泡處會發生散射，進入人眼，使觀察到的氣泡明顯亮于周圍。這種方法雖然操作和裝置簡單，缺點也顯而易見：成本高、檢測效率低、人眼的生理限制、缺乏客觀的評判標準。

機器視覺采用圖像傳感器和計算機代替人眼對目標進行識別、跟蹤和測量，具有非接觸、自動化、快速和高效等優點，在缺陷檢測領域發揮著重要的作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種能自動、快速、較為準確地檢測出光纖預制棒氣泡的大小和位置的系統及方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統，包括待測光纖預制棒、照明光源、圖像采集模塊、計算機和運動控制模塊；圖像采集模塊包括鏡頭、相機及圖像傳輸電路；待測光纖預制棒兩端固定，可繞自身軸線旋轉，照明光源長度大于等于待測光纖預制棒的直徑；相機與照明光源垂直固定，并可沿待測光纖預制棒軸線移動；相機與計算機通過USB2.0的數據線連接。

在上述的基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統中，照明光源采用紅色LED組成的條形光源；相機采用彩色CCD相機。

在上述的基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統中，鏡頭的視場角2ω和焦距f′根據待測光纖預制棒的直徑決定，計算公式為：其中X是拍攝物體的范圍，應大于待測光纖預制棒的直徑，L是鏡頭到待測光纖預制棒表面的距離，d是相機接收器件的尺寸；鏡頭的景深大于等于待測光纖預制棒的直徑。

一種基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統的檢測方法，包括以下步驟：

步驟1、將待測光纖預制棒兩端固定在檢測裝置上，使待測光纖預制棒可繞自身軸線旋轉90°；用含酒精的無塵紙對待測光纖預制棒進行表面清潔；

步驟2、關閉環境光源，照明光源垂直于待測光纖預制棒軸線對其進行照射；

步驟3、啟動相機和計算機，相機采集目標圖像并將圖像信號量化編碼后傳輸給計算機；

步驟4、計算機接收圖像信號并完成圖像處理，提取圖像中的氣泡、計算氣泡的大小和位置；

步驟5、沿待測光纖預制棒軸線方向移動相機與照明光源，重復步驟3、步驟4，直至完成待測光纖預制棒一端到另一端的氣泡檢測；

步驟6、將待測光纖預制棒繞自身軸線旋轉90°，相機與照明光源反向移動，重復步驟3、步驟4、步驟5；

步驟7、根據步驟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光纖預制棒中的大小和空間位置。

在上述的基于機器視覺的光纖預制棒氣泡自動化檢測系統的檢測方法中，計算氣泡的大小和位置的具體步驟如下：