自動檢測系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，在前人工作的基礎(chǔ)上設(shè)計了汽車縱梁裝配工藝孔機器視覺在線自動檢測系統(tǒng)，其主要的功能是通過輸入設(shè)備(光學(xué)子系統(tǒng)、CCD攝像頭、圖像采集卡)對監(jiān)控的對像進行圖像采集，然后由主計算機控制存儲到存儲設(shè)備中，并且經(jīng)過計算機軟件處理系統(tǒng)的分析、處理之后，輸出相應(yīng)的信息到輸出設(shè)備。 照明光源光源是影響機器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，因為它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和至少30％的應(yīng)用效果，合適的照明能夠突出被測特征部分的對比度，克服現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的各種不定因素，提供高質(zhì)量、高解析度的圖像；不合適的照明，會引起許多問題如花點和過度曝光會隱藏許多重要信息，陰影會引起邊緣的誤檢，信噪比的降低以及不均勻會導(dǎo)致圖像閥值選擇的困難。沒有一種通用照明系統(tǒng)能夠適用于任何類型的工作模式，因此為了在有限條件下達到最大的穩(wěn)定性，從現(xiàn)有的各種照明系統(tǒng)中，選擇適合應(yīng)用目的的最佳照明光源是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵步驟之一。許多工業(yè)用的機器視覺檢測系統(tǒng)用可見光作為光源，這主要是因為可見光容易獲得，價格低，并且便于操作。但是，這些光源的一個最大缺點是光能不能保持穩(wěn)定。對于汽車裝配工藝孔在線檢測系統(tǒng)來說，因為光源以常亮照明方式連續(xù)工作，它必須具有很長的壽命，且發(fā)光穩(wěn)定，功耗較低，因此需要選擇LED(Light Emitting Diode)光源。照明方式選擇在所述長槽內(nèi)位于該導(dǎo)光板外側(cè)位置還卡設(shè)有用以發(fā)散經(jīng)導(dǎo)光板傳出的光線擴散片。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約能源等多種優(yōu)點。與傳統(tǒng)的燈具相比，具有節(jié)能：省電55%；環(huán)保：光源無有害物質(zhì)，且能回收；使用壽命長：達5萬小時。 與目前用點光源做成的LED燈具相比，具有散熱效果好，光衰低，真正達到5萬小時以上的長壽；面光源做成的燈具，在二次配光時，能隨意控制光照射的角度，避免光的浪費和污染；由于體積小，面光源能做成造型更美觀的燈具。本檢測系統(tǒng)中照明系統(tǒng)的選擇應(yīng)遵循的原則首先要使被測部分或特征清楚的周圍的背景區(qū)分開來。例如，使兩者的灰度值的差別盡可能地大，盡量增強被測部分或特征的邊緣的對比度等，如果可以把欲檢測的物體和背景清楚的分開，那么就可以大大減少圖像處理算法的復(fù)雜性，從而減少圖像處理的運算時間，也可以減少軟件開發(fā)的時間和難度。再者要減少反射，這樣可以減少由于光照而給圖像帶來的額外的噪聲，使汽車縱梁盡量以不失真的面貌成像，減少圖像處理算法的步驟，并要盡量屏蔽環(huán)境光線的影響。在實驗室中周圍環(huán)境光線是基本恒定的，而在工業(yè)現(xiàn)場則是時變的噪聲，例如，在白天和晚上環(huán)境光線就會發(fā)生很大的變化。采用封閉的照明方案或者增強光照強度就可以屏蔽周圍環(huán)境光線的影響。本機器視覺檢測對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求很高，即要求每次拍攝的圖像質(zhì)量應(yīng)該是保證的，只有這樣，才能確保以后處理工作的有效性。如果認(rèn)為不適當(dāng)?shù)膱D像采設(shè)備、照明系統(tǒng)可以被后續(xù)的圖像處理算法輕易的消除，那么就犯了一個十分嚴(yán)重的錯誤，其代價也是非常大的。因此照明光源的好壞直接影響著圖像的成像質(zhì)量、邊緣提取及圖像拼接的效果，以致影響最后的測量結(jié)果。光源的光強、光照穩(wěn)定性及均勻性等都會對系統(tǒng)的精度和重復(fù)性帶來很大的影響，有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的設(shè)計失敗。在此基礎(chǔ)上，本檢測系統(tǒng)選用LED面光源。如圖所示： 面陣CCDCCD(ChargeCoupledDeviee)即電荷藕合器件,是一種新型的固體成像器件,它是在大規(guī)模硅集成電路工藝基礎(chǔ)上研制而成的模擬集成電子芯片,它既具有光電轉(zhuǎn)換功能,又具有信號電荷的存儲!轉(zhuǎn)移和讀出功能。CCD器件本身具有很多優(yōu)點:(1)CCD器件是一種固體化的器件,體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、壽命長；(2)圖像畸變小,尺寸重現(xiàn)性好；(3)具有較高的空間分辨率,光敏元間距的幾何尺寸精度高；(4)具有較高的光電靈敏度和較大的動態(tài)范圍。根據(jù)光敏像素的排列方式,CDC攝像器件可分為面陣CCD和線陣CCD兩大類。在計算機視覺測量技術(shù)中,CCD幾乎是不可缺少的圖像傳感器。被測對象的光信息通過光學(xué)成像系統(tǒng)成像于CCD的光敏表面,CCD的光敏象元將光強度轉(zhuǎn)換成電荷量,CCD在一定頻率的時鐘脈沖的驅(qū)動下,在其輸出端可以獲得被測對象的視頻信號。而在本測量系統(tǒng)中,應(yīng)用兩個CCD進行采集,是為了拍攝到完整的大梁輪廓曲線。系統(tǒng)中所用的CCD攝像機為臺灣敏通公司生產(chǎn)的MTV一188lEX攝像機。該攝像機CCD像素為795(H)x596(V)(CCIR),照度),自動快門1/25~l/10,000se。(CCIR)。該攝像機使用的是SONY面陣CCD,ICX039DLA,它的光敏響應(yīng)靈敏度曲線(如圖),面陣CCD的光譜響應(yīng)靈敏度的峰值約位于入二51snm處,與正常人眼的明視覺光譜光視效率峰值比較接近。 圖像采集卡圖像采集是機器視覺系統(tǒng)最前端環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)的任務(wù)主要是計算機從圖像采集硬件設(shè)各中得到圖像。圖像采集設(shè)備的分辨率決定了成像系統(tǒng)的分辨率。因此圖像采集設(shè)備的選擇是機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。圖像采集卡的作用就是把圖像信號經(jīng)過采樣，量化為圖像的數(shù)字信號，然后把數(shù)字式視頻信號送到幀存儲器或計算機存儲器中以進行處理。圖像采集卡是ALV視覺的一個重要環(huán)節(jié)。它一般具有以下功能模塊。(1)圖像信號的接收與A／D轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)圖像信號的放大與數(shù)字化。有用于彩色或黑白圖像的采集卡，彩色輸入信號可分為復(fù)合信號或RGB分量信號。同時，不同的采集卡有不同的采集精度，一般有8Bit和lOBit兩種。(2)攝像機控制輸入輸出接口，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)攝像機進行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍照、定時拍照等。(3)總線接口，負(fù)責(zé)通過Pc機內(nèi)部總線高速輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，一般是PCI接口，傳輸速率可高達130Mbps，完全能勝任高精度圖像的實時傳輸，且占用較少的CPU時間。有的圖像采集卡同時還包括顯示模塊，負(fù)責(zé)高質(zhì)量的圖像實時顯示，通訊接口負(fù)責(zé)通訊。本檢測系統(tǒng)采用維視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司的工業(yè)圖像采集卡，是一款成熟穩(wěn)定的高精度真彩色(黑白)實時工業(yè)圖像采集卡，硬件結(jié)構(gòu)和底層函數(shù)很穩(wěn)定，硬件兼容性能好，并能在各種專用及較惡劣的工作環(huán)境中穩(wěn)定地工作。它具有高清晰度、流暢的圖像畫面，運動圖像軟件處理，動態(tài)圖像采集效果好。獨特的視頻輸入濾波技術(shù)端口，極大地提高了圖像采集的清晰度和顯示速度；使用多片MY一200，可以做到多通道、多窗口同時實時地顯示視頻輸入信號，無需分時進。 計算機將CCD采集到的圖像信息通過圖像采集卡送入計算機,在計算機上設(shè)計測量系統(tǒng)的軟件部分,進行圖像預(yù)處理,信息提取和輪廓重建以及參數(shù)計算等功能。考慮到軟件對計算機性能要求比較高，本文采用inter I5 處理器 及 AMD Radeon HD 7640 顯卡 PC機。 傳動裝置 在實驗室中對大梁進行動態(tài)測量,由于電動機在額定電壓下只能輸出固定轉(zhuǎn)速,而實際實驗中需要模擬大梁的不同速度傳送下對測量精度的影響,所以采用變頻器控制傳動裝置的工作速度,從而設(shè)定電動機的轉(zhuǎn)速,帶動傳動裝置以不同轉(zhuǎn)速運動。找出最優(yōu)速度。 本檢測系統(tǒng)中圖像獲取系統(tǒng)的工作過程是這樣的，當(dāng)流水線上的汽車縱梁到達傳感器的位置時，傳感器啟動壓下接觸式行程開關(guān)發(fā)出到位信號；計算機通過中斷程序的運行讀出該信號，啟動照明及CCD攝像裝置；設(shè)定一定的間隔時間，就開始對流水線上的縱梁進行序列圖像采集。當(dāng)整個縱梁都采集完畢后，攝像及照明裝置返回，在此期間，由計算機對采集到的圖像進行處理和拼接，由識別的結(jié)果發(fā)出合格與否的判斷信號，完成一個工作循環(huán)。因此在本檢測系統(tǒng)中就需要有二個傳感器：其一，接近開關(guān)傳感器，即設(shè)計一個自動化的傳感器控制裝置，檢測汽車縱梁的到來；其二，CCD攝相機，用來采集汽車縱梁裝配工藝孔的圖像的。接近開關(guān)傳感器在各類開關(guān)中，有一種對接近它的物件有。感知。能力的元件—位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。接近開關(guān)動作靈敏、穩(wěn)定可靠。下面對幾種接近開關(guān)傳感器進行比較：1．渦流式接近開關(guān)這種開關(guān)有時也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的接近開關(guān)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別有無導(dǎo)電物體接近，進而控制開關(guān)的通或斷。很顯然，此類接近開關(guān)只適用于對導(dǎo)電物體的接近探測與控制。2．電容式接近開關(guān)這種開關(guān)的測量頭是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。這個外殼在測量中通常是接地或與設(shè)備相連。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，無論是否導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也發(fā)生變化，由此可控制開關(guān)的接通或斷開。3．霍爾接近開關(guān)霍爾元件是一種磁傳感器元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物體移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別出附近有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通與斷。根據(jù)以上比較，針對汽車縱梁緩慢移動通過流水線而來這一工業(yè)現(xiàn)場實際需要，我們選用渦流式接近開關(guān)來檢測汽車縱梁的到來，它對環(huán)境的要求較低，響應(yīng)頻率高，抗環(huán)境干擾性能好，應(yīng)用范圍廣，價格較低。渦流式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，其工作原理由Lc高頻振蕩器和放大處理電路組成。當(dāng)有金屬物體進入一個以一定頻率穩(wěn)定振蕩的高頻振蕩器的線圈磁場時，物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流損耗，對于鐵磁性金屬物體有磁滯損耗，使振蕩回路電阻增大，能量損耗增加，以致振蕩減弱直至終止。因此，在振蕩電路后而接上放大電路與輸出電路，就能檢測識別出有無金屬物體接近，并能給出相應(yīng)的控制信號去控制繼電器或其他電器，進而控制開關(guān)的接通或斷開，以達到控制目的。本檢測系統(tǒng)的汽車縱梁到位／通過實例圖如下圖3—6所示。本檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想并在windows XP環(huán)境下用Visual C++，使得程序結(jié)構(gòu)清晰，各模塊均完成一個獨立的功能，便于系統(tǒng)的功能擴展與維護。根據(jù)汽車縱梁裝配工藝孔機器視覺在線自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計要求，在功能上可分為圖像攝取、圖像處理、圖像拼接及模式識別管理等四個模塊：一．圖像攝取模塊：實現(xiàn)檢測汽車縱梁到來及圖像采集功能。二．圖像處理模塊：該模塊為本軟件的核心部分，完成圖像的點運算功能(如縮放、灰度拉伸、圖像反色、灰度均衡等)；圖像增強功能(如圖像平滑、中值濾波、梯度銳化、拉普拉斯銳化等)；圖像分析功能(如圖像的閾值分割等)、圖像的邊緣和輪廓檢測功能(如四種常用的邊緣檢測方法、輪廓提取、輪廓跟蹤等)，使圖像得到最佳視角，方便觀看，從而幫助用戶更方便地完成測量工作，減小誤差，使測量結(jié)果準(zhǔn)確。三．圖像拼接模塊：本檢測系統(tǒng)中由于汽車縱梁面積比CCD攝像機視角要大，所采集的每幅圖像都不能反映目標(biāo)的全貌，在實際中可采集多幅圖像，通過圖像拼接技術(shù)，將目標(biāo)不同部分拼接到一幅圖像中來反映目標(biāo)的整體特征。四．模式識別管理模塊：該模塊包括判定模塊(合格品／次品)、異常報警模塊、記錄存檔查詢模塊和報表生成打印模塊。1．該模塊包括判定模塊：主要對縱梁裝配工藝孔標(biāo)準(zhǔn)樣本圖像進行預(yù)處理，提取關(guān)鍵的特征，建立特征庫。檢測圖像的相關(guān)特征是否和標(biāo)準(zhǔn)樣本的特征值相符，系統(tǒng)做出縱梁是否符合要求的識別結(jié)果。2．異常報警模塊：當(dāng)檢測系統(tǒng)發(fā)生異常情況時發(fā)出報警。3．記錄存檔查詢模塊：完成圖像的存儲、打開、關(guān)閉、重新加載、退出、編輯、打印、復(fù)制等功能。4．報表生成打印模塊：提供在線統(tǒng)計功能數(shù)據(jù)，可統(tǒng)計己檢測產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品的數(shù)目，并能夠?qū)崟r打印輸出等。其框圖如圖25所示：第三章圖像處理圖像在獲取的過程中，受各種因素的影響，如光源中光線強弱；圖像采集時，光電轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，受到各種外界干擾而形成的噪聲；圖像獲取設(shè)備自身性能以及工作人員獲取圖像的熟練程度等，得到的圖像質(zhì)量在一定程度上不能盡如人意。為了不影響圖像識別和理解等后續(xù)處理，必須對獲取的圖像進行一定的預(yù)處理，處理圖像首先要去除圖像中的噪聲，減少噪聲帶來的干擾，然后提取出圖像的特征信息。依據(jù)這些特征信息，完成對圖像的識別理解，提取我們感興趣的信息，所以圖像的特征提取是圖像理解識別的前提，預(yù)處理是為特征提取做準(zhǔn)備，這兩部分是計算機視覺技術(shù)的低層處理階段。圖像是對客觀世界的一種映像。離散數(shù)學(xué)模型是數(shù)字圖像的最一般形式，盡管實際的圖像具有連續(xù)的形式，但它經(jīng)過采樣和量化后輸入計算機的總是它的離散形式。采樣，即在原始光學(xué)圖像的每個像素點位置上測量灰度值，將每個像素處的亮度轉(zhuǎn)換為與其成正比的電壓值，使圖像從空間位置連續(xù)的信號轉(zhuǎn)換成空間位置離散的信號：量化，即經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換將連續(xù)的灰度值用0255之間的對應(yīng)整數(shù)值來表示。一幅數(shù)字圖像可以用矩陣形式表示為：f=[f(x，y)] (31)式中，x，y是平面的二維坐標(biāo)，l≤x≤N1， 1≤y≤N2。N1為采樣的行數(shù)，N2為采樣的列數(shù)。在圖像測量系統(tǒng)中，每幀圖像都以NN的整數(shù)矩陣形式在計算機中存儲。數(shù)字圖像處理就是將一幅數(shù)字圖像經(jīng)過一系列的圖像處理步驟變?yōu)榱硗庖环鶊D像的過程。二維的圖像函數(shù)f(x，y)，經(jīng)過系統(tǒng)S變成另外一個二維函數(shù)圖像fs(x，y)是其基本形式，如下圖41所示：對于上圖，可以得到：f(x，y)=S[f(x，y)] (4—2)數(shù)字圖像處理就是對含有噪聲的圖像，要除去噪聲、濾去干擾，提高信噪比：對信息微弱的圖像要進行灰度變換等增強處理：對已經(jīng)退化的模糊圖像要進行各種復(fù)原的處理：對失真的圖像要進行幾何校正等變換。除此之外，圖像的合成，圖像的邊緣提取與分割，圖像的編碼、壓縮與傳輸，圖像的分析等技術(shù)也屬于圖像處理的內(nèi)容。由此可見，圖像處理就是為了達到改善圖像的質(zhì)量，將圖像變換成便于人們觀察和適于機器識別的目的。總的來說，數(shù)字圖像處理包括以下幾個部分：(1)圖像變換：指圖像的二維變換，是數(shù)字圖像處理中的一個重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和有效的工具，數(shù)字圖像復(fù)原和增強處理及圖像特征的數(shù)字測度等許多算法都要涉及到數(shù)字圖像變換的理論。數(shù)字圖像變換方法包括傅立葉變換、余弦變換、主分量變換等。(2)圖像復(fù)原：對一個退化的圖像進行處理，使它恢復(fù)到原始目標(biāo)的狀態(tài)。圖像復(fù)原方法包括將圖像去噪音、輻射度糾正、