鋼球表面質(zhì)量視覺檢測(cè)儀照明系統(tǒng)優(yōu)化

宋宇航，王 仲，付魯華，姜美華，張 愷

(天津大學(xué) 精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072)

鋼球表面質(zhì)量視覺檢測(cè)儀照明系統(tǒng)優(yōu)化

宋宇航，王 仲，付魯華，姜美華，張 愷

(天津大學(xué) 精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072)

針對(duì)現(xiàn)有的鋼球表面質(zhì)量視覺檢測(cè)儀缺陷球漏檢問題，本文提出照明系統(tǒng)優(yōu)化方案。該方案通過(guò)建立LED漫反射穹頂光源的數(shù)學(xué)模型，分析影響鋼球表面照度均勻性的因素，分別針對(duì)光源遮擋屏形狀、導(dǎo)軌透光率，運(yùn)用Lighttools光學(xué)仿真軟件模擬了其對(duì)照度均勻性的影響。根據(jù)分析結(jié)果，更新檢測(cè)儀原有的照明系統(tǒng)，將檢測(cè)儀投入工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際分揀測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的照明系統(tǒng)將設(shè)備的鋼球缺陷球漏檢率降低至0.02%，提升了檢測(cè)精度，光源的優(yōu)化設(shè)計(jì)符合理論推導(dǎo)和仿真預(yù)期結(jié)果。

鋼球表面質(zhì)量；視覺檢測(cè)；照度均勻性；計(jì)算機(jī)仿真

0 引言

鋼球作為軸承的關(guān)鍵零件，其表面質(zhì)量直接影響軸承的精度、動(dòng)態(tài)性能及壽命等諸多方面。在鋼球生產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)的背景下，傳統(tǒng)的人工檢測(cè)日益難以為繼[1]。計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)作為一種非接觸檢測(cè)，具有精度高、速度快、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)[2]。天津大學(xué)的栗琳等人使用環(huán)形LED穹頂漫反射光源消除鋼球的局部高光和鏡面特性的影響，研究鋼球在一維導(dǎo)軌上的球面完全展開方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺對(duì)待測(cè)鋼球與標(biāo)準(zhǔn)鋼球進(jìn)行比較以選出缺陷鋼球，基于以上原理研制出鋼球表面質(zhì)量視覺檢測(cè)儀[3-4]。截至目前已有10余臺(tái)檢測(cè)儀投入實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，檢測(cè)儀漏檢率僅為0.06%，遠(yuǎn)低于某精密鋼球生產(chǎn)企業(yè)0.4%的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]。

經(jīng)過(guò)對(duì)該視覺檢測(cè)儀實(shí)際應(yīng)用的長(zhǎng)期觀察，當(dāng)鋼球表面缺陷呈現(xiàn)為與正常表面相近的顏色時(shí)，會(huì)有一定幾率的表面缺陷識(shí)別失敗，這是漏檢產(chǎn)生的主要原因。為降低漏檢率，應(yīng)增強(qiáng)缺陷在CCD相機(jī)中的顯現(xiàn)力，提升鋼球表面照度的均勻性。H.Ries和J.Muschaweck通過(guò)裁剪反射鏡或透鏡的面形獲得均勻的能量或照度分布[6]，浙江大學(xué)的丁毅等通過(guò)Snell定律數(shù)值求解得到用于均勻照明的自由曲面透鏡和自由曲面反射器[7]。但上述方法均需設(shè)計(jì)相應(yīng)的透鏡結(jié)構(gòu)，無(wú)法與視覺檢測(cè)儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相匹配。本文通過(guò)構(gòu)建現(xiàn)有照明系統(tǒng)的模型，搭建不同的光源遮擋屏，調(diào)整玻璃棒透射率，利用LightTools仿真分析了不同情況下鋼球表面的照度及其均勻性，選擇出符合要求的方案，制作實(shí)際的照明系統(tǒng)并進(jìn)行了工業(yè)測(cè)試[8]。

1 照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

鋼球表面是具有鏡面特性的高反射體，采用常規(guī)照明方式會(huì)導(dǎo)致鋼球表面產(chǎn)生強(qiáng)反射光斑及周圍物體所成的像[9]。為解決該問題，照明光源采用環(huán)形LED穹頂漫射光源，如圖1所示。該光源利用光學(xué)積分球工作原理，將環(huán)形LED光源緊密排列在底部。LED周圍設(shè)置一定高度的光源遮擋屏，防止LED光線直射到鋼球表面。LED光照射在噴涂硫酸鋇圖層的穹頂內(nèi)壁，經(jīng)多次漫射后照到鋼球檢測(cè)平面，對(duì)鋼球形成間接照明，環(huán)形LED穹頂漫射光源散射模型如圖2所示。鋼球通過(guò)一維導(dǎo)軌進(jìn)入照明系統(tǒng)內(nèi)部，CCD相機(jī)通過(guò)穹頂表面的兩個(gè)觀測(cè)孔對(duì)進(jìn)入照明系統(tǒng)內(nèi)部的鋼球進(jìn)行圖像采集，最終傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)圖像處理。

圖1 照明系統(tǒng)示意圖Fig.1Diagram of the illumination

圖2 光源散射模型Fig.2Light scattering model

2 環(huán)形LED漫射光源模型

為分析符合要求的光源模型，首先需要構(gòu)建單個(gè)LED照度模型，環(huán)形LED穹頂漫射光源光路模型如圖3所示[10]。單個(gè)LED發(fā)光尺寸一般都小于1 mm，相對(duì)整體照明系統(tǒng)可以近似看作點(diǎn)光源，其輻射分布服從余弦函數(shù)分布，則LED光源S1發(fā)光強(qiáng)度可以用下式表達(dá)：

式中：Iα為S1出射方向與表面法線n1方向夾角為α?xí)r的發(fā)光強(qiáng)度，I0為n1方向上的發(fā)光強(qiáng)度。m與LED的發(fā)散角θ1/2有關(guān)。

圖3 環(huán)形LED穹頂漫射光源光路模型Fig.3Schematic diagram of homogeneous scattering based on a ring LED

對(duì)于微面元dA，存在漫射表面使得dA法線與LED光軸平行，則微面元dA的法線與S1輻射方向的夾角也為a，那么微面元dA的照度可以表達(dá)為

式中：d1為受照微面元dA距LED點(diǎn)源S1的距離。

在圖1所示的直角坐標(biāo)系X-Y-Z下，設(shè)單個(gè)LED光源坐標(biāo)為A(x0,y0,0)，那么有：

則點(diǎn)光源S1在穹頂內(nèi)壁的輻照度E0可表示為

下面討論環(huán)形LED陣列的光照射到穹頂內(nèi)壁的照度分布，由于LED是一種非相干光源，對(duì)平面上某一區(qū)域的光照度為其單個(gè)的疊加。則穹頂內(nèi)壁上的輻照度分布函數(shù)E1為

其中：a表示環(huán)形LED層數(shù)，b表示每環(huán)LED個(gè)數(shù)，ri表示每環(huán)的半徑，R表示漫反射罩的半徑，q和j表示球坐標(biāo)系下的天頂角和方位角。

穹頂漫射壁涂以反射比為ρ具有朗伯漫射特性的涂料時(shí)，除吸收(1-ρ)的入射輻射通量外，其他全部按照朗伯余弦定律反射出去，則穹頂漫射壁的輻出度M1和輻亮度L1可表達(dá)為

對(duì)于鋼球檢測(cè)平面，漫射壁可看作具有朗伯特性的間接照明源。鋼球檢測(cè)平面的照度Es分布主要由三部分組成，一部分為漫射壁直接入射到鋼球檢測(cè)平面的照度Es1，一部分為漫射壁上的光線經(jīng)過(guò)被光源遮擋屏的底部再反射到鋼球檢測(cè)平面的照度Es2，其余為經(jīng)多次反射照射在鋼球檢測(cè)平面的照度Es3，則有：

對(duì)于微面元dB，存在漫射表面使得dB法線與鋼球檢測(cè)平面法線n2平行，則dB射向鋼球檢測(cè)平面的光線與n2的夾角和該光線與dB法線的夾角均為β，對(duì)于Es1則有如下表達(dá)式：

式中：P為可直接照射到鋼球表面的漫射壁表面，d2為穹頂內(nèi)壁到鋼球檢測(cè)平面的距離，(x￠,y￠,z￠)為鋼球檢測(cè)平面上一點(diǎn)的坐標(biāo)，L為檢測(cè)平面到LED平面的距離。

要分析Es2，首先應(yīng)考慮被光源遮擋屏隔離的底部平面接收的輻照度E2：

式中：d3為漫射壁內(nèi)表面到被光源遮擋屏隔離的底部平面的距離，(x1,y1,0)為該底部平面上一點(diǎn)的坐標(biāo)，γ為dB射向底部平面的光線與底部平面法線n3的夾角。

該底部平面噴涂反射比為ρ的具有漫射特性的材料，則其輻出度M2和輻亮度L2可表達(dá)為

分析微面元dC向鋼球檢測(cè)平面的照度，可得到Es2的表達(dá)式：

式中：Q為被光源遮擋屏隔離的底部平面，d4為被該平面到鋼球檢測(cè)平面的距離，δ為dC射向鋼球檢測(cè)平面的光線與底部平面法線n3的夾角。當(dāng)將光線繼續(xù)在光源罩內(nèi)反射，直至反射光線強(qiáng)度為足夠小時(shí)，光線結(jié)束傳播，Es3的表達(dá)式為一個(gè)無(wú)窮級(jí)數(shù)，可按照式(8)～式(11)的原理求得，具體推導(dǎo)過(guò)程不再贅述。

3 影響鋼球檢測(cè)平面照度的因素

由上述數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知，鋼球檢測(cè)平面的照度Es為照明系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)所需優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，由式(7)可知，Es與LED的參數(shù)、LED陣列的排布和數(shù)目、漫射光源罩的半徑、鋼球檢測(cè)平面的位置、內(nèi)壁噴涂材料的反射比、光源遮擋屏的位置和形狀有關(guān)。在實(shí)際鋼球表面在線檢測(cè)中，還與一維導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)與光學(xué)特性、漫射罩的開口比有著密切的關(guān)系。除光源遮擋屏隔離的底部的形狀和一維導(dǎo)軌的光學(xué)特性外，其余影響因素由光源定制廠家根據(jù)積分球的光學(xué)特性優(yōu)化及鋼球表面質(zhì)量視覺檢測(cè)儀的整機(jī)組成決定。即光源遮擋屏隔離的底部的形狀和一維導(dǎo)軌的光學(xué)特性為照明系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中的可變參數(shù)，其他影響因素為固定參數(shù)。下面討論兩個(gè)關(guān)鍵因素：導(dǎo)軌的材質(zhì)與光源遮擋屏隔離的底部的形狀。

1)一維導(dǎo)軌采用透過(guò)率較高的兩根玻璃棒并聯(lián)組成，鋼球在玻璃棒導(dǎo)軌上進(jìn)行一維滾動(dòng)，玻璃棒的直徑與鋼球的大小有關(guān)。當(dāng)光線入射玻璃棒時(shí)，表現(xiàn)有反射、吸收和透射三種性質(zhì)。光線透過(guò)玻璃棒的性質(zhì)，稱為“透射”，以透光率T表示；光線被玻璃棒阻擋，按一定角度反射出來(lái)，稱為“反射”，以反射率R表示；光線通過(guò)玻璃棒后，一部分光能量被損失，稱為“吸收”，以吸收率A表示，滿足能量守恒關(guān)系式：

為減少鋼球表面與導(dǎo)軌之間形成的多次反射，應(yīng)選取反射率較小的玻璃棒，即反射率R≈0，此時(shí)玻璃棒的透射率T成為玻璃棒光學(xué)特性的決定參數(shù)。

2)由穹頂漫射表面對(duì)鋼球表面的改善效果得到啟發(fā)，考慮將光源遮擋屏設(shè)計(jì)為類穹頂形狀，為鋼球下部提供更加均勻的間接照明。下一節(jié)將探究類穹頂狀光源遮擋屏對(duì)鋼球表面照度均勻性的改善效果。

4 Lighttools仿真分析與驗(yàn)證

4.1 建立Lighttools仿真模型

由于光路漫反射系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，實(shí)際成像效果與理想化數(shù)學(xué)建模存在一定偏差，本文中依托于原有的光源參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用Lighttools仿真分析上述因素對(duì)鋼球檢測(cè)平面照度均勻性的影響。

4.1.1 照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能參數(shù)

按照照明系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，將內(nèi)球半徑R1設(shè)置為50 mm，外球半徑R2設(shè)置為54 mm。一般而言，表面通常同時(shí)存在著鏡面反射及朗伯散射。在實(shí)際仿真中，設(shè)置內(nèi)球表面、光源遮擋屏屬性為完整散射面，反射率為90%，散射光線的數(shù)目為1。在光源內(nèi)部平行放置半徑R4的玻璃棒。玻璃棒中心位置放置半徑R3的鋼球。鋼球中心平面距離穹頂漫反射壁直徑平面的距離l1=10 mm。鋼球中心平面距離底部平面的距離為l2=25 mm，光源遮擋屏的高度l3為保證LED光線恰好不直射進(jìn)鋼球的最小高度。光源仿真結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。在此基礎(chǔ)上，定義初始條件以模擬原有照明系統(tǒng)，初始條件其余具體參數(shù)為：玻璃棒光學(xué)屬性為透射率85%、吸收率15%。本文將從光源遮擋屏的形狀、玻璃棒的透光率兩方面，進(jìn)行與初始條件比較的仿真實(shí)驗(yàn)。

4.1.2 光源與接收器參數(shù)

LED選型為OSRAM公司的LS-E65F型LED，發(fā)散角為30°，其輻射特性符合朗伯分布。LED采用環(huán)形方式均勻排布在光源底部，仿真中需要測(cè)量的輻射量為處于鋼球檢測(cè)平面中心的鋼球在滾動(dòng)方向的輻照度，接收面積為3.6 mm×3.6 mm，劃分為21×21網(wǎng)格。設(shè)置完畢的仿真模型如圖5所示。

圖4 光源仿真結(jié)構(gòu)圖Fig.4Light source simulation structure

圖5 仿真模型Fig.5Lighttools simulation model

4.1.3 系統(tǒng)仿真參數(shù)

追跡光線數(shù)目N為300 000條，相對(duì)光線能量閾值為0.01。

4.2 仿真結(jié)果分析

Lighttools的仿真結(jié)果輸出包括圖形輸出和數(shù)字輸出兩種方式：圖形輸出方式形象直觀，可直接與初始條件下的照度圖進(jìn)行比較得出結(jié)論；數(shù)字輸出方式適用于定量化分析，輻照度面均勻性常用輻照度面非均勻性表征，即該平面不同條件下的輻照度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算公式為

式中：u為輻照度面非均勻度，為不同條件下的輻照度標(biāo)準(zhǔn)偏差，為不同條件下輻照度的平均值。由式(13)可知，u越小，輻照度面均勻性越好[12]。

4.2.1 光源遮擋屏形狀的影響

根據(jù)本文第4.1.1分析，考察將光源遮擋屏設(shè)置成與穹頂內(nèi)表面半徑相同形狀相似的的球面形狀，即R￠=R1=50 mm，遮擋屏高度不做改變，光源遮擋屏形狀改變示意圖如圖6所示。

圖6 光源遮擋屏形狀示意圖Fig.6Diagram of the light source shielding screen shape

圖形化輸出仿真結(jié)果如圖7所示，鋼球下表面原有的被玻璃棒遮擋的陰影得到了良好改善，照度提升明顯，且鋼球整體在豎直平面的均勻性得到提升。因此，更新初始條件中的遮擋屏為此光源遮擋屏，定義此狀態(tài)為改進(jìn)條件。

圖7 圖形化輸出仿真結(jié)果Fig.7Graphical output simulation results

4.2.2 導(dǎo)軌透光率的影響

設(shè)定本次仿真中導(dǎo)軌透光率T的范圍為80%～100%，采樣間隔為5%。在改進(jìn)條件下進(jìn)行仿真，得到不同透光率條件下的輻照度面非均勻性u(píng)，其二者關(guān)系如圖8所示。結(jié)果表明，隨著導(dǎo)軌透光率的提升，輻照度面非均勻性u(píng)的數(shù)值越來(lái)越小，即輻照度均勻性越來(lái)越好。

圖8 導(dǎo)軌透過(guò)率與輻照度面非均勻性的關(guān)系Fig.8Relationship between guide rail transmittance and irradiance surface heterogeneity

4.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)仿真結(jié)果，設(shè)計(jì)實(shí)際光源，選擇透光率高的玻璃棒，在一維導(dǎo)軌上放置鋼球，使用CCD相機(jī)進(jìn)行圖像拍攝，拍攝到的圖片與原圖相比，鋼球下半部分照度得到提升，圖像整體均勻性得到改善，在原有照明系統(tǒng)下灰度較暗的缺陷在新系統(tǒng)下得到了良好顯現(xiàn)。不同光源下的缺陷鋼球照片對(duì)比圖如圖9所示。

將新光源整合入鋼球表面質(zhì)量視覺檢測(cè)儀中，同時(shí)進(jìn)行軟件算法匹配及優(yōu)化，將新檢測(cè)儀投入工業(yè)實(shí)際檢測(cè)測(cè)試，針對(duì)直徑為1.2 mm～2.5 mm的鋼球進(jìn)行檢測(cè)。將一批次鋼球投入檢測(cè)儀中，并隨機(jī)混入一定數(shù)量的不合格鋼球，得出檢測(cè)儀檢測(cè)的合格品和不合格品的數(shù)量。在檢測(cè)儀檢測(cè)的合格鋼球中，進(jìn)行人工復(fù)檢，檢驗(yàn)合格鋼球中不合格鋼球的數(shù)量，計(jì)算實(shí)際漏檢率，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)測(cè)試計(jì)算，本機(jī)器漏檢率最高為0.02%，低于更換光源前機(jī)器的漏檢率0.06%?？梢缘贸鼋Y(jié)論，更新檢測(cè)儀照明系統(tǒng)及其算法后，鋼球表面質(zhì)量視覺檢測(cè)儀的穩(wěn)定性及檢測(cè)精度得到明顯提升。

5 結(jié)論

隨著機(jī)器視覺技術(shù)的不斷發(fā)展，研究照明模型及對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行仿真將為照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供重要技術(shù)支持。本文通過(guò)理論模型推導(dǎo)分析了影響鋼球表面照度及其均勻性的因素，使用光學(xué)仿真軟件對(duì)不同參數(shù)下的鋼球表面照度分布進(jìn)行了模擬仿真，確定符合要求的光源參數(shù)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果充分印證了仿真結(jié)果，改善的光源通過(guò)提升高反射球面的缺陷顯現(xiàn)力，顯著提升了檢測(cè)儀的檢測(cè)精度。

表1 1.2 mm～2.5 mm鋼球檢測(cè)及人工復(fù)檢結(jié)果Table 1Results of 1.2 mm～2.5 mm steel balls detection and human recheck

圖9 處于照明系統(tǒng)下的鋼球Fig.9The steel balls in the illumination

[1]Kotzalas M N，Harris T A.Fatigue Failure and Ball Bearing Friction[J].Tribology Transactions(S1040-2004)，2000，43(1)：137-143.

[2]梁春疆，段發(fā)階，楊毅，等.車輛外廓尺寸計(jì)算機(jī)視覺動(dòng)態(tài)測(cè)量[J].光電工程，2016，43(1)：42-48. LIANG Chunjiang，DUAN Fajie，YANG Yi，et al.A Vehicle Outer Contour Dimension Measuring Method Based on Computer Vision Technology[J].Opto-Electronic Engineering，2016，43(1)：42-48.

[3]栗琳，王仲，裴芳瑩，等.雙圖像傳感器的球表面展開方法[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2012，33(7)：1641-1646. LI Lin，WANG Zhong，PEI Fangying，et al.Sphere Surface Unfolding Method with Two Image Sensors[J].Chinese Journal of Scientific Instrument，2012，33(7)：1641-1646.

[4]LI Lin，WANG Zhong，PEI Fangying，et al.Improved Illumination for Vision-based Defect Inspection of Highly Reflective Metal Surface[J].Chinese Optics Letters(S1671-7694)，2013，11(2)：021102-021102.

[5]WANG Zhong，XING Qian，F(xiàn)U Luhua，et al.Realtime Vision-based Surface Defect Inspection of Steel Balls[J].Transactions of Tianjin University(S1006-4982)，2015，21(1)：76-82.

[6]Ries H，Muschaweck J.Tailored Freeform Optical Surfaces[J].Journal of The Optical Society of AMERICA A (S1084-7529)，2002，19(3)：590-595.

[7]DING Yi，LIU Xu，ZHENG Zhenrong，et al.Freeform LED Lens for Uniform Illumination[J].Optics Express(S1094-4087)，2008，16(17)：12958-12966.

[8]劉洪興，任建偉，李憲圣，等.基于LightTools的大口徑積分球輻射特性仿真[J].紅外與激光工程，2013，42(4)：960-965. LIU Hongxing，REN Jianwei，LI Xiansheng，et al.Radiometric Characteristics Simulation of Large Aperture Integrating Sphere Bosed on LightTools[J].Infrared and Laser Engineering，2013，42(4)：960-965.

[9]曲興華，何瀅，韓峰，等.強(qiáng)反射復(fù)雜表面隨機(jī)缺陷自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)[J].光電工程，2003，30(2)：32-35. QU Xinghua，HE Ying，HAN Feng，et al.An Automatic Inspection System for Random Defects on Strongly Reflective and Complex Surface[J].Opto-Electronic Engineering，2003，30(2)：32-35.

[10]祝振敏，曲興華，梁海昱，等.基于發(fā)光二極管環(huán)形陣列與漫反射表面的均勻照明光源研究[J].光學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31(1)：115001-115006. ZHU Zhenmin，QU Xinghua，LIANG Haiyu，et al.Uniform Illumination Study by Light-Emitting Diode Ring Array and Diffuse Reflection Surface[J].Acta Optica Sinica，2010，31(1)：115001-115006.

[11]宋茂新，楊本永，袁銀麟，等.多角度偏振輻射計(jì)星上積分球結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及檢測(cè)[J].光學(xué) 精密工程，2012，20(11)：2338-2344. SONG Maoxin，YANG Benyong，YUAN Yinlin，et al.Structure Design and Test of Onboard Calibration Integrating Sphere of Multi-angle Polarimetric Radiometer[J].Optics and Precision Engineering，2012，20(11)：2338-2344.

Improved Illumination for Steel Ball Surface Inspection System

SONG Yuhang，WANG Zhong，F(xiàn)U Luhua，JIANG Meihua，ZHANG Kai
(State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments,Tianjin University,Tianjin300072,China)

An improved illumination is developed to reduce the false acceptance rate of the existing steel ball surface inspection system.A mathematical model was established to help finding out the factors having influence on the illumination uniformity.And Lighttools simulation was applied to simulate the influence of the light source shielding screen shape and guide rail transmittance on illumination uniformity.In our experiment,a new illumination device based on the analysis of simulation performance was designed and implemented into the inspection system.The result shows that the improved illumination reduces the false acceptance rate to 0.02%and increases the inspection accuracy.The improved illumination meets the theoretical derivation and expectation of computer simulation.

steel ball surface quality;visual inspection;illumination uniformity;computer simulation

TH128

A

10.3969/j.issn.1003-501X.2016.11.003

1003-501X(2016)11-0013-06

2016-04-08；

2016-06-14

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)(2013YQ17053903)；天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃(14JCZDJC39700)

宋宇航(1991-)，男(漢族)，天津人。碩士研究生，主要研究工作是工業(yè)在線測(cè)量。E-mail:songyuhang@tju.edu.cn。

付魯華(1972-)，女(漢族)，山東東營(yíng)人。副教授，博士，主要研究工作是精密測(cè)試技術(shù)。E-mail:fuluhua@tju.edu.cn。