阅读说明：本技术 一种基于穹顶光源及其暗场的钢球表面缺陷检测方法 (Steel ball surface defect detection method based on dome light source and dark field thereof ) 是由 王玉亮 邹子骥 周城嘉 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于穹顶光源及其暗场的钢球表面缺陷检测方法,属于视觉测试技术,机电一体化领域。本发明引入穹顶光源及其暗场获取钢球深度缺陷,引入精密运动平台完成钢球的表面展开以实现全球面成像,利用工业相机及采集卡获取图像,借助计算机图像处理实现钢球表面成像的全球面拼接及缺陷自动检测。本发明步骤包括：所述精密运动平台及标定工具完成所述相机标定；通过一定高度的工装固定钢球以抬升钢球在穹顶光源内的高度,从而获得钢球表面大比例的暗视场；人工调整镜头工作距离直至相机采集到钢球表面暗场内的清晰图像；所述精密运动平台的平移和旋转运动实现钢球表面的全球面成像；所述计算机接收,处理,拼接图像并进行特征识别以检测表面缺陷。本发明实现钢球表面缺陷自动机检,有益效果包括结构简单,非接触测量,成像对比度高,暗视场相对面积大,成本可控,自动化程度高,提升检测效率和精度等。(The invention relates to a steel ball surface defect detection method based on a dome light source and a dark field thereof, belonging to the field of visual test technology and mechanical and electrical integration. The invention introduces a dome light source and a dark field thereof to obtain the depth defect of the steel ball, introduces a precise motion platform to complete the surface expansion of the steel ball so as to realize global surface imaging, obtains images by utilizing an industrial camera and an acquisition card, and realizes the global surface splicing and the automatic defect detection of the steel ball surface imaging by means of computer image processing. The method comprises the following steps: the precise motion platform and the calibration tool finish the camera calibration; fixing the steel ball through a tool with a certain height to raise the height of the steel ball in a dome light source, so as to obtain a large-proportion dark field on the surface of the steel ball; manually adjusting the working distance of the lens until a camera acquires a clear image in a dark field on the surface of the steel ball; the translation and rotation of the precision motion platform realize the global surface imaging of the surface of the steel ball; the computer receives, processes, stitches the images and performs feature recognition to detect surface defects. The invention realizes the automatic machine detection of the steel ball surface defects, and has the advantages of simple structure, non-contact measurement, high imaging contrast, large relative area of dark field, controllable cost, high automation degree, detection efficiency and precision improvement, and the like.)

一种基于穹顶光源及其暗场的钢球表面缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于穹顶光源及其暗场的钢球表面缺陷检测方法，其特征为利用穹顶光源及其暗场获取钢球深度缺陷，通过精密运动平台的平移和旋转完成钢球的表面展开以实现全球面暗视场成像，利用工业相机及采集卡获取图像并借助计算机图像处理实现钢球表面成像的全球面拼接及缺陷检测。本发明属于视觉测试技术、机电一体化技术领域。

背景技术

钢球作为滚珠轴承中的主要部件，其表面质量对轴承的精度、使用性能以及使用寿命都有着重要的影响。而钢球引起的失效，在轴承失效中占据了约达80％的比例。钢球在制造的过程中，无法完全保证钢球的高精度，需要对生产的钢球进行表面缺陷检测，从而提高轴承的使用性能。因此，如何高精度高效率地检测钢球表面缺陷是现如今工业领域不可避免的重要难点问题之一。目前钢球的表面缺陷检测方法主要包括人工检测，涡流电磁感应检测，声学传感检测，表面渗透方法等。

其中人工检测需要借助显微镜等测量工具，存在接触测量、准确性差、大量重复工作时检测人员易疲劳、效率低下、人工成本高、经济性差等问题；涡流电磁感应方法主要检测钢球表面损伤，并且其检测原理要求待测钢球能产生电磁感应现象。钢球材料属性不均匀分布对该技术存在局限性，且经济性高；声学传感方法利用声波在空气中传播，碰到钢球表面时进行回弹的原理。该方法虽然对钢球表面损伤低，但不能检测摩擦损伤、长条形损伤以及圆形损伤；表面渗透方法只能检测非金属材料钢球，且检测过程中需要对钢球表面填充物质，降低了检测效率。该方法检测钢球时，钢球表面由于填充物质会使其表面受到二次污染，并不能进行高效检测。

发明内容

本发明旨在一定程度上解决相关技术中检测效率低、准确性差、检测结果不稳定、人工成本高等问题。

针对上述现有技术的不足，本发明包括：一种基于穹顶光源及其暗场的钢球表面缺陷检测方法，引入穹顶光源及其暗场获取钢球深度缺陷，引入精密运动平台的平移和旋转完成钢球的表面展开以实现全球面暗视场成像，利用工业相机及采集卡获取图像，最终借助计算机图像处理实现钢球表面成像的全球面拼接及缺陷检测。

基于穹顶光源及其暗场的钢球表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)控制所述精密运动平台至相机焦距范围内，借助标定工具完成所述相机标定；(b)通过一定高度的工装固定钢球以抬升钢球在穹顶光源内的高度，从而获得钢球表面大比例的暗视场；(c)人工调整镜头工作距离直至相机采集到钢球表面暗场内的清晰图像；(d)所述计算机根据操作流程控制精密运动平台的平移和旋转运动，并对所述待测钢球实现表面的全球面暗视场成像；(e)所述计算机接收，处理图像，通过图像拼接实现全球面暗视场成像复原，通过特征识别以检测表面缺陷。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明所依赖的钢球表面缺陷测量系统结构简单、成本可控，检测效率较高，能够实现非接触检测；

2.利用一定高度的工装固定钢球，从而抬升钢球在穹顶光源内的高度，可获得相对于钢球上表面大比例的暗视场，且深度类缺陷如划痕，凹坑以及擦伤等在暗视场内呈与背景对比度明显的亮色特征，利于人工辨别以及后期图像处理识别；

3.根据精密运动平台完成钢球展开，可完成全球面的成像；

4.面对大批量待测钢球，操作人员不必亲自动手测量或完成钢球的球面展开，较大程度减轻了相关人员零件检测的工作量，提升检测效率。

5.传统的人工检测手段易受检测人员的主观因素影响，且人在检测过程中易产生疲劳，这就造成了传统的检测方式检测稳定性较低，相比而言，本发明所依赖的钢球表面缺陷检测手段的稳定性要大大高于传统的检测手段。

6.本发明的钢球表面缺陷检测识别都是在计算机上完成，可以通过计算机将检测结果直接反馈给检测设备，而检测设备的运转也可以通过计算机来控制。自动化程度较高。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1为本发明中实施例测量系统整体机构示意图。

图2为本发明中实施例测量系统穹顶光源内钢球展开机构及工装机构示意图。

图3为本发明中实施例测量效果图。

图1中实施例测量系统整体机构，主要包括，工业相机1，物镜2，穹顶光3，镜架4，镜座5。

图2中实施例测量系统穹顶光源内钢球展开机构及工装机构主要包括，待测钢球21，微型电机22，微型直线滑台23，直线滑台连接件24，钢球工装25，工装固定立柱26，滚柱27，电控平台28。

图3中实施例测量效果图中，球面中心黑洞即为穹顶光源下的暗视场，暗视场中的亮色线性特征为钢球表面的划痕。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合附图1、2、3，以一个钢球的测量为实施例进一步解释本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

图2中，钢球21为检测目标，即旨在检测钢球表面是否存在的划痕、擦伤、凹坑等缺陷，图1中，镜座5，镜架4，物镜2为光学显微镜的组成部分。其中，镜座5与物镜2之间的间距应足够大，以能够充分容下穹顶光源3，微型直线滑台23、钢球工装25等部分；物镜2放大倍数根据视野和钢球尺寸确定。

对于光源部分，穹顶光3提供漫射光，置于物镜2和镜座4之间。由于穹顶光源3顶端存在一圆形开孔，导致钢球21位于开孔正下方时会在其球面中心存在一个黑洞，这是由于穹顶光3顶端开孔导致钢球 21冠面无直射光射入而形成的一个暗视场，当深度类缺陷出现在暗视场内时，会在暗视场内呈与背景对比度明显的亮色特征。穹顶光3应有充分大的内部空间能够容下电控平台28和钢球工装25等结构。

对于电控平台部分，微型直线滑台23通过直线滑台连接件24固定在镜座5上，可沿X方向进行平移运动；微型电机22安装在微型直线滑台23上，提供给固定在微型电机轴上的滚柱27以1个旋转自由度；各部件之间相互固连，通过螺纹紧固连接来实现；微型直线滑台23的行程范围大于光学显微镜的视野范围，充分运用系统空间，增强了系统的适应性。

对于工装部分，钢球工装25通过四根立柱26固定在直线滑台连接件24上，滚柱27穿过工装25且与钢球21下表面接触。当微型直线滑台23平动或微型电机22旋转时，滚柱27通过摩擦力驱动钢球21 展开，实现全球面拍摄。电控平台28和工装25均置于穹顶光源3内部，旨在减小钢球21和穹顶光3开孔的距离，以获得更大面积的暗视场，提高检测效率。

本发明基于穹顶光源及其暗场的钢球表面缺陷检测方法，在实施例中实现过程如下：

1.对工业相机1标定，并使其对焦在待测区域上；

2.安装钢球21到工装25上，扣上并固定穹顶光3，手动调节物镜2完成调焦；

3.工业相机1获取光学显微镜取得的穹顶光3照射下的图像传送至计算机中进行进一步处理和显示；

4.计算机控制电控平台28驱动钢珠21展开并对于钢球21的待测表面实现全球面暗视场成像；利用计算机处理，拼接图像以及特征识别，可以获得钢球21表面是否存在缺陷的检测结果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。