翻译的中文 广东工业大学程良伦教授智能与网络化系统研究所.docVIP

工件尺寸测量的自动视觉检测系统 摘要：本文描述了一种工件尺寸测量的自动视觉检测系统，广泛应用于工业在线和实时产品检测，如轴承、齿轮等；介绍了系统的结构、基本要求和基于CCD的尺寸测量原理。为了提高图像预处理的效率和效果，以轴承为例，对2-D图像中值滤波快速算法进行了改进和研究。同时，基于小波变换的基本理论，一种边沿检测方法被成功应用于轴承图像的特征提取。最后，借助研究的自动视觉检测系统，对一个轴承的外径进行了检测和分析。结果符合要求，而且表明系统有广泛的应用前景。 关键词：视觉检测；轴承；CCD；快速中值滤波；边沿检测 1 引言 在过去的二十年里，机器视觉检测慢慢的而且必定的被应用于制造业，唯一的目的是提高制造过程的产品质量和生产率。一些最具挑战性的工业检测问题是处理产品的尺寸测量，如齿轮、承轴、螺钉等，因为它们应用广泛而且质量需要保证。传统的产品检测方法是靠检测员对生产线最后阶段上的产品进行随机抽查。虽然如此，人工视觉检测工作单调乏味，速度慢，具有主观性。这会增加匹配错误。为了避免这个问题需要高程度的冗余，这意味着成本和检测时间的增加。所以这个工作的自动视觉检测能产生很好的经济效益。自动视觉检测系统使用摄像机和计算机代替人类视觉的鉴定和检测工作。特征如颜色、尺寸和距离等被用来判定器件，有缺陷将被分离出来。这种视觉检测系统提出快速、精确、有效的检测。在本文中，我们介绍了一种检测轴承直径的机器视觉系统并实现了轴承直径的高效、精确和可靠检测。这种自动视觉检测系统的要求： （1）高检测速度：高达15/min。 （2）高效率：必然高于人工检测的效率。 （3）高适应性：适应在线检测参数和检测目标的更换；对不同产品类型能够容易更改检测参数和调整CCD等是必需的。 （4）容易集成：系统必须能够容易而且快速集成到生产线。 （5）机器单元保护。 2 自动视觉检测系统结构 为了达到上面提到的要求，自动视觉检测的设计由工业PC、一个黑白线性扫描CCD摄像机、照明、图像采集和处理系统、机械移动平台等组成（如图1所示）。系统能够对在传送带上连续移动的工业产品进行精确的非接触测量。 图1 自动视觉检测系统结构 （1）机械移动平台：平台的目的是对齐从生产线过来的检测产品，并控制其在摄像机下的移动速度。平台还完成好/坏产品的分离。主要元件有对齐和对中器件、速度控制传送带和选择器模块，选择器的任务是让质量合格的工件通过及使用压缩空气喷气机弹出不合格的工件。图2显示了机械系统的模型。 4轴高速步进电机控制卡用于控制3 轴移动平对台和传送带。 3轴移动平台有两个目的：一个是使用CCD扫描被测工件获得连续图像；另一个是调节CCD的镜头和方向来获得清晰准确的图像。因此，采用了3组步进电机系统，电机驱动丝杆旋转，滑块沿直线移动。 用4轴步进电机控制卡可以控制3轴（X，Y，Z）实现运动控制。（第4个轴用于控制传送带）。 为了保证安全，每个轴的两端装了限位开关。当滑块超过位置碰到限位开关，步进电机控制卡立刻检测到开关信号，停止给步进电机发送脉冲信号。此外，控制柜还设置了其它安全保护。 （2）控制单元：控制单元驱动机械移动平台。其接收工业PC的命令，并将命令转换成引导、对齐和分离器件等信号。 （3）图像采集单元：由一个黑白线阵扫描CCD摄像机、照明系统和图像采集卡组成。为了提高被检产品的图像质量，设置了前和后的组合照明以更精确的采集图像。检测单元包括一个带可编程控制快门的线阵CCD扫描摄像机，安装在一个有六个自由度的头上，可以进行很好的调整和对中。 （4）图像处理单元：自动视觉检测系统的在线性能由基于工业PC及友好软件（VC++6.0开发）的高性能的图像处理单元来保证。 （5）管理单元：自动视觉系统的总体的管理和智能依靠管理单元。管理单元负责提供视觉系统和控制单元、操作员、图像采集及处理单元等的接口。同时，管理单元设置相关的参数及执行质量监督并当有必要时执行修正动作。 3 基于CCD的尺寸测量原理 线阵CCD由一系列的等距的光电二极管构成。当被检工件在CCD感光表面成像时，相应的像素获得一系列的输出光电脉冲。因为光电二极管的尺寸在设计和制造时已经确定，输出脉冲的数量表示了被测工件的尺寸。为了使光学系统的感应和检测尺寸相符合，用一个精确的区分样品来修正标准样品在光学系统线阵CCD的成像。基于图像像素的数量，我们可以获得标准工件的尺寸。如果在同一系统测量被测工件，基于输出图像像素的数量，我们能够计算出被测工件的尺寸。表达式是： （1） 其中d代表被测元件的尺寸，是CCD像素尺寸，是光学系统的放大倍数，是图像像素数量。 图3 显示了这个线性成像系统。 1 白炽灯 2 轴承 3 长焦照明透镜 4 光圈 5 成像透镜 6 内径 7 外径 8 CCD 图3 线阵CCD检测系统原理图 4