合格簽自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究

張海馨 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院

一、概述

隨著科技水平的飛速發(fā)展的同時(shí)人們對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。這也引起了企業(yè)的關(guān)注。對(duì)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的高要求需要有準(zhǔn)確的檢測(cè)手段進(jìn)行配合。合格簽的自動(dòng)檢測(cè)顯得更加重要。以往的檢測(cè)手段都是采用人工完成。僅適用于小批量加工企業(yè)。這種檢測(cè)手段不僅檢測(cè)精度較低。而且工作效率不高。無形中增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。而當(dāng)今的檢測(cè)手段則是利用圖像處理裝置進(jìn)行的高精度全自動(dòng)化檢測(cè)。機(jī)器視覺的參與確保了系統(tǒng)的檢測(cè)精度。自動(dòng)化的檢測(cè)儀器提高了系統(tǒng)的效率。促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

二、合格簽自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

合格簽自動(dòng)檢測(cè)由圖像采集模塊以及處理模塊和運(yùn)行控制機(jī)構(gòu)等幾個(gè)環(huán)節(jié)組成。被測(cè)物經(jīng)照明系統(tǒng)由鏡頭成像到圖像傳感裝置后進(jìn)行圖像分析。通過圖像信息的亮度以及色彩和電荷分布情況進(jìn)行信息的分析處理和獲取。再經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)模數(shù)的轉(zhuǎn)換。再由計(jì)算機(jī)對(duì)我們要獲取的各種參量進(jìn)行顯示等操作。

檢測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1示。待測(cè)物對(duì)光源發(fā)出的光進(jìn)行信息調(diào)制并經(jīng)光學(xué)鏡頭成像到圖像傳感裝置。實(shí)現(xiàn)圖像采集后再進(jìn)行一定的對(duì)應(yīng)的圖像分析和處理。再通過硬件對(duì)控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行命令操作完成相應(yīng)的指令信息。照明裝置和CCD攝像機(jī)構(gòu)以及采集卡等幾部分共同完成圖像信息的采集工作。再通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作matlab進(jìn)行圖像的分析以及運(yùn)算處理。輸出分析的數(shù)據(jù)結(jié)果并向硬件控制機(jī)構(gòu)傳送。由控制裝置以及計(jì)算機(jī)控制電機(jī)裝置以及各傳感設(shè)備完成不合格零件的剔除操作。

圖1 系統(tǒng)示意圖

在生產(chǎn)線的上物品會(huì)按照規(guī)定的時(shí)間以及確定的間距進(jìn)行有序的傳送。當(dāng)傳送的物品進(jìn)入自動(dòng)檢測(cè)區(qū)域時(shí)。光源發(fā)出的光信息會(huì)作用至傳送的物品。此時(shí)感光的傳感裝置會(huì)向控制機(jī)構(gòu)傳送信息。圖像采集系統(tǒng)得到信息后在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行圖像信息的獲取操作。所得到的圖像信息由采集卡實(shí)現(xiàn)采樣并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換最后送入計(jì)算機(jī)。再經(jīng)圖像處理軟件處理后對(duì)控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行智能控制執(zhí)行相應(yīng)的操作命令。完成合格簽的自動(dòng)檢測(cè)和不合格產(chǎn)品的剔除。

三、系統(tǒng)圖像采集和處理

圖像傳感裝置在感知信息的同時(shí)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。即信息的感知主要由各圖像傳感裝置完成。是系統(tǒng)的核心部分。是數(shù)據(jù)信息的主要來源。采集模塊的主要作用就是通過感知層中的各類終端裝置進(jìn)行信息的感知，提取，轉(zhuǎn)換以及傳輸?shù)裙ぷ?。例如攝像以及定位功能，射頻信號(hào)的識(shí)別，傳感裝置信息的提取。再由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)信息匯總并傳送，分析和處理。采集模塊進(jìn)行信息提取不受時(shí)間地點(diǎn)限制可隨時(shí)隨地完成。它負(fù)責(zé)對(duì)傳感裝置收集的信息進(jìn)行接收并管理同時(shí)向系統(tǒng)監(jiān)控終端裝置進(jìn)行傳送。系統(tǒng)圖像采集模塊如下圖示。主要由圖像傳感裝置以及照明和驅(qū)動(dòng)配合計(jì)算機(jī)以及應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)。采集卡對(duì)圖像信息獲取后經(jīng)過轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)或者顯示。能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的分析等各項(xiàng)處理功能。

圖2 圖像采集原理圖

合格簽自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)所采集的圖像信息所要處理的數(shù)據(jù)量是非常之大的。為達(dá)到保證圖像明暗以及邊緣細(xì)節(jié)的前提下實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)處理一般會(huì)對(duì)圖像位圖進(jìn)行灰度化處理。但是因?yàn)樾畔⒉杉倪^程中會(huì)受到諸多因素影響從而導(dǎo)致圖像模糊。所以我們?cè)趯?shí)際測(cè)量時(shí)一定要進(jìn)行降噪的處理。在圖像處理的各個(gè)環(huán)節(jié)都可能引處噪聲信號(hào)的干擾。例如電荷儲(chǔ)存以及轉(zhuǎn)換的過程或者電荷輸出的過程隨著電荷數(shù)量的起浮都會(huì)引入一定頻率的噪聲信號(hào)。另外系統(tǒng)自身的暗電流以及模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程也會(huì)引起噪聲的干擾。表現(xiàn)在圖像上會(huì)對(duì)測(cè)量像質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。一般從頻域法或者空間域法進(jìn)行減小甚至消除。根據(jù)具體使用情況進(jìn)行具體選擇。每種處理方法有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。體現(xiàn)在處理效果的差異。本系統(tǒng)使用空間域法對(duì)噪聲信息進(jìn)行處理。使圖像平滑濾波從而消除或者減小。由于噪聲信號(hào)消除時(shí)不需考慮線性所以系統(tǒng)使用非線性的中值濾波進(jìn)行系統(tǒng)的降噪處理。本系統(tǒng)結(jié)合合格簽檢測(cè)具體情況，對(duì)經(jīng)過濾波以后的對(duì)應(yīng)參數(shù)圖進(jìn)行分割和描述。同時(shí)利用浮動(dòng)閾值法進(jìn)行二值化處理的方法得到二值化信息。利用連通域?qū)吔缧畔⑦M(jìn)行提取從而得到邊緣寬度信息。保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。不受光源穩(wěn)定性的影響。系統(tǒng)軟件通過對(duì)圖像圖形進(jìn)行分析處理可得到檢測(cè)合格簽實(shí)際重心坐標(biāo)。如合格簽存在破損以及折疊和丟失等情況時(shí)。其重點(diǎn)坐標(biāo)將產(chǎn)生一定的偏移。與標(biāo)準(zhǔn)重心進(jìn)行對(duì)比分析。相同則為合格。不同則系統(tǒng)判定為不合格。系統(tǒng)首先對(duì)接收的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理以便強(qiáng)化合格簽提高像質(zhì)。再進(jìn)行灰度以及二值化處理。最后則計(jì)算機(jī)利用軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析。通過面積以及重心的具體分析運(yùn)算和對(duì)比從而得出最終的檢測(cè)結(jié)果。

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了浮動(dòng)閾值法二化處理后圖像信息顯示黑白兩色。對(duì)應(yīng)黑色與白色像素顯示分別為0和255。通過系統(tǒng)掃描得到二值圖像。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。如圖3所示。當(dāng)合格簽存在破損情況時(shí)它與系統(tǒng)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)合格簽面積將存在不同。因此系統(tǒng)將判定為不合格。當(dāng)面積相等時(shí)系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行下一步的重心判斷。當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)合格簽重心坐標(biāo)重合即為合格。反之為不合格。

圖3 合格簽破損及傾斜圖

四、結(jié)論

本文對(duì)機(jī)器視的發(fā)展以及合格簽檢測(cè)手段以及基本情況進(jìn)行了調(diào)研總結(jié)。對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域以及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了研究。提出了研究的必要性。對(duì)合格簽檢測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)說明。對(duì)系統(tǒng)圖像的采集以及分析進(jìn)行了詳細(xì)的研究。通過軟件處理進(jìn)行圖像信息的提取。對(duì)圖像進(jìn)行必要的處理以及降噪操作確保了檢測(cè)的準(zhǔn)確性以及可靠程度。對(duì)系統(tǒng)二值圖像進(jìn)行必要的運(yùn)算。通過對(duì)圖像重心以及面積等具體參數(shù)運(yùn)算進(jìn)行合格與否的具體判定。較好的實(shí)現(xiàn)了合格簽的精度在線檢測(cè)，具有一定的實(shí)用意義。