視覺檢測在陶瓷噴墨打印機的應用

梁沛明

【摘要】隨著視覺檢測技術的成熟，配合機器人，人工智能等技術，必定為陶瓷廠自動化程度的提高提供巨大的幫助。視覺檢測在陶瓷噴墨打印機的應用將越來越豐富。

【關鍵詞】陶瓷噴墨打印機;視覺檢測;檢測系統(tǒng)

陶瓷噴墨打印機進磚端和出磚端都需要檢測。進磚端的素坯由于生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備或生產(chǎn)環(huán)境等因素的影響，會在產(chǎn)品中生成不同特征的缺陷。經(jīng)過陶瓷噴墨打印機打印出來的磚，由于色差、軸線啟停不正常等原因，也會生成不同的缺陷。

一、視覺檢測技術原理

視覺檢測是利用計算機視覺原理、綜合圖像處理、模式識別和人工智能等技術進行準確的非接觸式在線檢測的過程。機器視覺檢測技術主要利用圖像傳感器采集客觀事物的圖像，然后從采集到的圖像中提取所用信息，并根據(jù)圖像技術加以整合。能快速實現(xiàn)無損檢測。視覺檢測系統(tǒng)目前有以下的特點：第一，應用環(huán)境復雜;第二，被測目標特殊;第三，系統(tǒng)理論基礎廣泛;第四，快速性與準確性不能兼顧。

二、視覺檢測技術原理分析

（一）檢測系統(tǒng)的組成

基于機器視覺檢測系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成。硬件系統(tǒng)包括相機，照明系統(tǒng)，計算機和輔助硬件設備。

（二）照明系統(tǒng)技術原理分析

視覺檢測系統(tǒng)常用光源有LED光源、高頻熒光燈、光線鹵素燈等。照明光源的參數(shù)主要有色溫、光譜特性、光照強度、有效距離、光強分布、穩(wěn)定性以及壽命等參數(shù)。

在采集圖像的同時，由于各種原因的影響，圖像中往往伴噪聲，為了不影響后續(xù)的處理，一般需要去噪處理。良好的背景色與待測產(chǎn)品具有較高的對比度，即背景和產(chǎn)品在視覺上的差異比較大。通過分析圖像中的噪聲特點選取合適的圖像去噪算法進行圖像的預處理。一般分為泊松隨機分布，高斯隨機分布。一般瓷磚可認為是高斯噪聲組成。

另外，圖像的生成質(zhì)量與在圖像采集過程中所處的環(huán)境以及物體表面特征有密切聯(lián)系。為更好更準確獲取圖像處理的結果需要對光照不均勻的圖像進行前期的預處理，以期待能進一步恢復圖像，減少差異，對此常見的預處理方法有同態(tài)濾波法，灰度變換法，梯度域增強法，RETNEX增強法以及光線校正法等。圖像處理包括圖像變換，圖像增強，圖像恢復和重建，圖像壓縮編碼。

1.對一幅圖像的模式分類

第一，基于像素的分類。第二，基于區(qū)域的分類。第三，基于整幅圖像的分類。

2.誤差來源

第一，裝配誤差。第二，空間輻射干擾。第三，光源對成像的影響。第四，軟件算法影響。

3.圖像幾何變換

第一，圖像平移。第二，圖像鏡像變換。第三，圖像轉置。第四，圖像縮放。第五，圖像旋轉。

4.信息融合的層次

第一，像素級融合。第二，特征融合。第三，決策層融合。

5.檢測方法

基于機器視覺檢測的方法主要包括BLOB分析、神經(jīng)網(wǎng)絡，SVM分析等。

三、檢測系統(tǒng)具體實施方法

傳送帶啟動，帶動待測陶瓷磚進入視覺識別區(qū)，機器視覺軟件運行進行識別，識別到陶瓷磚表面存在缺陷時，傳送帶停止，數(shù)據(jù)處理模塊處理數(shù)據(jù)后，通信模塊向機器人發(fā)出指令，機器人抓取有缺陷的陶瓷磚到指定位置，抓取成功后傳送帶繼續(xù)運行。人機交互模塊與觸摸屏進行通信，實時刷新PLC模塊的變量參數(shù)，實時顯示系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。正常陶瓷磚經(jīng)陶瓷噴墨打印機打印后進入視覺識別區(qū)，識別到陶瓷磚有色差等問題時，傳送帶停止，機器人抓取有缺陷的陶瓷磚到指定位置，抓取成功后傳送帶繼續(xù)運行。

其中所得圖像的特征信息并將之與模板圖像的特征信息相比，當圖像的特征信息與模板信息相符時系統(tǒng)繼續(xù)對下一陶瓷磚的圖像信息進行識別，當圖像的特征信息與模板信息不相符時系統(tǒng)將該陶瓷磚的圖像數(shù)據(jù)保存下來。

在工控機模塊中，通信模塊與機器人模塊、攝像頭模塊及PLC模塊進行通信，包括進行交換數(shù)據(jù)及發(fā)布控制命令，數(shù)據(jù)處理模塊對機器視覺軟件所得數(shù)據(jù)進行處理校驗，并得到PLC模塊及機器人模塊所要執(zhí)行的命令。

在PLC模塊中，人機交互模塊與觸摸屏進行通信，觸摸屏實時顯示系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，傳送帶模塊包括機械裝置和異步電機，機械裝置固定待測陶瓷磚在傳送帶上運動，異步電機在工控機模塊的命令下，用于實現(xiàn)傳送帶的啟停與調(diào)速。

在機器人模塊中，機器人與夾具得到執(zhí)行命令后，在傳送帶停止時，抓取存在表面缺陷的陶瓷磚到指定位置，完成后繼續(xù)等待命令。

陶瓷磚表面缺陷智能檢測系統(tǒng)的連接結構為：工業(yè)攝像頭經(jīng)USB接口連接工控機模塊，控機模塊通過以太網(wǎng)TCP/IP連接機器人、經(jīng)RS232接口連接PLC模塊，機器人與PLC模塊間經(jīng)專用I/O和用戶I/O連接，機器人通過用戶I/O連接夾具，PLC模塊經(jīng)過RS232接口連接觸摸屏。

陶瓷磚表面缺陷智能檢測系統(tǒng)的通信架構為：通信模塊通過以太網(wǎng)TCP/IP與視覺軟件通信，通信模塊通過串口連接與PLC模塊通信，通信模塊通過以太網(wǎng)TCP/IP與機器人通信，機器人通過I/O連接與PLC模塊通信。

瓷磚的色彩、紋理、圖畫越來越多，其外表成色越來越復雜，而傳統(tǒng)依托人工依據(jù)色差的程度對瓷磚進行檢查，通常會受到多種要素攪擾，發(fā)生錯判誤判以及分色不準。而隨著視覺檢測技術的成熟，配合機器人，人工智能等技術，必定為陶瓷廠自動化程度的提高提供巨大的幫助。