[发明专利]基于红外热像仪的工件缺陷测量方法和系统

说明书

本发明属于红外测量技术领域，具体提供一种基于红外热像仪的工件缺陷测量方法和系统。本发明旨在解决现有的红外热像仪在工业应用中测量精度差的问题。为此，本发明的测量方法主要包括以下步骤：使红外热像仪获取第一标定块的第一图像；根据所述第一图像获取红外热像仪坐标系和第一标定块坐标系之间的第一映射关系；获取第一标定块坐标系和工件坐标系之间的第三映射关系；根据所述第一映射关系和第三映射关系获取所述红外热像仪坐标系和工件坐标系之间的第二映射关系；使所述红外热像仪遍历所述工件，检测并测量所述工件上的缺陷。因此，本发明的测量方法能够使红外热像仪精准地定位工件上缺陷的位置，并对工件上缺陷的尺寸进行准确地测量。

技术领域

本发明属于红外测量技术领域，具体提供一种基于红外热像仪的工件缺陷测量方法和系统。

背景技术

红外热像仪是通过红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量来获得红外热像图的，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。因为其特殊的成像原理，红外热像仪在成像时不受可见光源的影响，在很多地方有着不可替代的作用，如大雾、夜晚等能见度差的自然场景或者光照差的工业现场。除此之外，相比于可见光相机，红外热像仪可以更好的探测到对比度差但有温差的缺陷(例如缺陷与产品表面都为黑色)或产品的内部缺陷，可以被应用于很多特定的工业检测场景。但是由于红外热像仪分辨率低、成像噪音大、标定困难等原因，现今还未见到在工业测量中的实际应用案例。

在工业中常见的测量任务就是工件的缺陷检测，将红外热像仪安装在机械臂末端，通过机器人带着红外热像仪扫描待测目标，完成检测任务。要通过采集到的红外图像测量被测工件缺陷的大小和位置，就必须实现红外测量系统的标定，建立红外视觉系统与待测对象之间的成像约束。红外测量系统通常需要标定红外热像仪的内参数和外参数。现有对红外热像仪内参数的标定方法主要有以下三种。

其一，采用棋盘格，通常为材质有差异的黑白棋盘格。其中，黑格区域上设置有隔热涂料层，白格区域上设置有发热材料层。当加热装置加热黑白棋盘格时，黑格区域和白格区域会产生温差，形成可用于红外热像仪标定的几何图案。

其二，采用标定箱。标定箱的靶面上设置有镂空的圆孔或者方孔，标定箱内放置有加热管或者红外发光二极管。工作时为加热管或者红外发光二极管通电发出红外辐射，使标定箱的靶面形成可用于红外热像仪标定的几何图像。

其三，采用标定靶，即在金属薄板上设置多个镂空的方形孔，然后将金属薄板贴在木制板材上。标定时使用凉水冲淋或者电加热金属薄板，使其产生温差，进而形成可用于红外热像仪标定的几何图案。

以上三种方案都需要不断地变换标定板的角度和位置，以便使红外热像仪采集多组图像，从而完成红外热像仪内参数的标定。其区别只是使用的标定板不同。

但是上述三种红外热像仪内参数的标定方案，不能用在工业红外测量中。工业测量要求高精度，为了在红外热像仪有限的分辨率情况下，尽可能的提高检测的精度，通常的想法是减小像素当量即减小检测视场。在减小视场的同时，景深也会减小，且红外相机本身景深较小，所以该红外视觉测量系统具有小视场和小景深的特点。要完成小视场下的测量系统标定，需要将上述的标定参照物尺寸制作的很小。但是，由于红外成像存在热扩散现象，当标定板的尺寸较小时，红外热像仪获取的图案尺寸和模糊带尺寸几乎相当，使得标定角点(标定块上镂空图案的边角)的提取精度极低。此外，在小景深下多个角度拍摄标定板会导致离焦，进而也无法精确提取标定角点。

按照常规测量系统的标定方法，要完成红外测量系统的标定，除了要得到红外热像仪的内参数外，还需要得到红外热像仪的外参数，而对红外热像仪外参数的标定也存在标定图案特征点模糊、多角度拍摄离焦，至今还没有有效的方法。

相应地，本领域需要一种新的基于红外热像仪的工件缺陷测量方法来解决上述问题。

发明内容