結合生產線的視覺檢測實驗系統設計

朱林安

（湖南金石分選智能科技有限公司 湖南省長沙市 410000）

1 機器視覺系統總體闡述

機器視覺系統主要是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷，先對目標物進行圖像采集，再由相應的傳輸子單元進行數字處理，然后按照不同的圖像分布、高亮像素、顏色信息以及整個圖像的識別，具體過程可分為：目標長度的相對轉換，整個識別結果的數字信息轉換，以及按照轉換后的數字信息對相關現場設備進行檢測和控制。

1.1 視覺系統基本組成

對一個典型的工業機器視覺系統，它主要包括所需光源、鏡頭、工業相機到圖像處理模塊、處理軟件以及監視器的輸入和輸出。在整個操作過程中光源起著非常重要的作用，它是機器視覺輸入系統的主要組成部分，如果光源受外界因素影響到一定程度，就很難保證圖像的整體穩定性，所以為可以保證圖像效果的質量，應選擇合適的光源。在選擇光源時，我們應該考慮許多方面，例如光譜特性、強度、穩定性、結構和形狀、發光面積的大小和構成。在工業應用中相機主要是指一個工業攝像頭，這是視覺檢查系統的重要部分。整個系統的基本作用可以被視為轉換有序電信號的具體過程。對于選擇相機，它不僅在要收集的圖像的分辨率或形狀中發揮著重要作用，而且在鏈接的正常和有序操作中也發揮著重要作用，換句話說，它采集了物體的顏色與形狀并將其轉換為數字信號發送給處理單元。鏡頭的主要作用是將目標成像在相機的光敏面上。鏡頭的質量直接影響到機器視覺系統的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機器視覺系統設計的重要環節。圖像處理軟件是整個機器視覺系統的重要組成部分。通過它，可以分析和處理各種相關的圖像信息。通過有效的處理，可以找到與整體匹配的相關圖像。尋找具有相同圖像含義的相關圖像。并將處理的結果發送給顯示或者執行單元。顯示器是整個圖像處理軟件的圖像顯示部分。它可以用來查看采集的圖像，以外部連接形式的通信或輸入輸出單元通過系統本身連接到外部控制裝置，然后進行相應的信息傳輸。該PLC 控制器通過輸入輸出單元的連續通信連接，不斷地傳送其特定的指令，并接收相應的數據。

1.2 整體工作流程

一般來說，一個比較完整的工業視覺過程是在被檢測對象達到相應的檢測范圍時，對檢測對象進行穩定的處理，然后發出圖像采集信號；接收到信號后，采集系統啟動相機設置進行拍攝；拍攝完所需的圖像將圖像轉換到處理單元，并通過相關執行程序對處理后的圖像進行具體分析，然后得到結果，將結果傳輸，控制動作完成。具體分析其檢測特點可以概括為安全性、可靠性高、辨識性強、穩定性好、效率高等。因此機器視覺可以用來代替相應的人工視覺，以適應不適合人類生存的相對危險的環境工人。不是僅此而已，同時也要加強對其控制的準確性，提高自動化程度，由于其自身的完善，但集成度也逐步提高，才能夠有效保證到了整個生產的高速有效實施。

2 視覺檢測實驗系統的設計與開發

2.1 實驗設備和實驗系統的基本架構

生產線的設計和開發主要包括機械結構和照明設備、成像系統和視覺檢測識別的設計和研究算法。通過系統實踐的實踐，在工業實踐中結合工業生產線的實際問題，總結過去的理論、過去的研究、過去的實踐，視覺檢測實驗系統的設備主要配備有機器支撐結構、工業光源、模擬線、模擬線、模擬線、模擬線等，工業攝像機、工業鏡頭、監控系統和計算機包括TA、相關軟件平面等。在現有組件的基礎上，可基于實際工業生產線構建實驗系統，設計、編程、實現視覺檢測算法，并具有系統設計能力，提高算法設計和編程能力。特別是產品線、物流包裝線、電子產品（零件方向檢驗）、飲料應用（切出和批檢驗）和醫療行業（醫藥業務）都可以正常進行。根據機器產品的基本結構（表面和結構缺陷等）進行設計和試驗，確定瓶蓋是否符合要求。

2.2 機械結構設計及照明裝配

通用機架，設計加工功能多，兼容性好，擴展性強。機架為照明系統和成像設備提供整體結構和固定支撐，適用于大多數生產線。一個小的機器零件可以采購加工，結合具體的成長線應用，并可以滿足不同的要求，員工可以發表自己的想法，然后再對相關零件進行整合。照明系統的優劣直接決定了視覺圖像的質量，保證了后續視覺檢測算法的穩定性，采用不同的照明系統來匹配一系列生產線及其檢測項目的特點，照明材料的測量指標、反射功能和顏色，以及生產線上的可調裝置。光源的亮度可以改變。機器結構和照明設備根據生產線的具體檢驗要求進行集成組裝。我們考慮了光照方式、光照形狀和光照色溫對測試結果的影響。結合上述設備，我們調查機械結構和照明系統的重要性，進行目視檢查，探索適當設施的設計，實踐機械結構和LED 照明組件系統的綜合理論知識。通過開發一種檢測識別算法，可以有效地提高解決實際工藝問題的能力。

2.3 成像系統及視覺檢測算法設計

在視覺檢測技術的研究中，需要獲取視覺信息，即光學成像系統的功能。根據現有光學成像系統，一種滿足工業生產線所需的視覺檢測請求的光學成像系統，例如多個成像相機（類型不同）和多個配置透鏡（不同焦距視角等），選擇了最佳的成像方法（相機和鏡頭），實現了最佳視覺圖像信息的比例采集。可以用性能創建一個成像控制程序，使用下面的代碼在相機SDK 中實現二次開發，根據下一步的圖像信息進行處理。

傳統的圖像采集通常是具有最大分辨率和最大視場的圖像。然而，對于許多工業生產線，例如，在高速下檢測故障產品，可以選擇高速成像，犧牲部分分辨率，并且檢測和處理小產品通常需要的視覺信息僅限于在產品周圍獲取的圖像，僅此部分不需要大視場。因此，傳統的方法限制了視覺檢測技術的應用。根據具體線路的情況，可以自行設計，利用二次開發技術提出合理的圖像采集手段。

視覺檢測技術是視覺系統中最核心的技術，類似于人腦的思維和判斷。工業生產線視覺檢測技術。基于現有的模擬線和照明成像系統，需要從相應的視覺信息圖像分析中分析不同線和視覺圖像的視覺傳感，該視覺信息圖像分析需要分析全局和局部部分的部分特征實現視覺檢測。

在視覺檢測過程中，有時需要進行圖像增強優化。這是因為獲取的圖像對比度低，亮度不均勻，增強了直方圖均衡、顯著性增強等圖像優化方法，快速獲取了最重要的圖像信息。

通過將成像系統和系統組裝在組裝好的機器結構和照明設備上，將成像系統和系統組裝起來，利用成像系統的二次開發能力進行編程，將成像控制與視覺設計、圖像傳感器的深度統一起來，有可能對圖像傳感器有更深入的了解。改進的建模能力。系統集成和系統集成，系統集成和系統集成采用集成設計算法，通過集成設計算法獲得最優的視覺圖像，并自行設計視覺檢測算法。

2.4 結合生產線的視覺檢測實驗系統的軟件集成

圖像處理模塊是利用一個或多個數字信號處理器DSP 進行高速運算，以及一系列復雜的圖像增強去噪、邊緣化、捕獲等圖像。它的運行速度是主要特點，硬件可以抵抗EPEAT。按照檢測對象的特點和檢測目的，通過JTAG 接口將程序快速下載到DSP 和CPLD上，可以有效的提高整機的視覺檢測效果。與實際生產線相結合，基于上述硬件平臺和算法設計，實驗室提供基本的模塊代碼。將每種算法轉換為代碼，并將軟件與可視界面集成。軟件功能基本上包括相機控制，優化和視覺檢測。通過對整個系統的理解，掌握視覺檢測的使用集成了軟件集成，澄清了系統的軟件和硬件組成，掌握了系統的設計和應用程序開發方法，并設置了每個組件的參數。

3 視覺檢測系統的具體工業應用

當前工業時代的到來，工業視覺越來越流行。視覺監控系統的工業應用是近年來社會發展的主要推動力。在不斷的發展中，某藥品物流周轉中心中越來越普遍的搬運藥品包裝箱，這些藥品包裝箱藥品名稱、條碼和箱的尺寸大小不同。藥品箱出入立體倉庫，視覺監控系統它可以根據藥品條碼和箱的尺寸大小自動識別，分類放置和提取，可以從流水線上解決入庫和出庫的工作，能解決人工去尋找和搬運，大大的提高了藥品的轉運速度和工作效率。整個機器視覺系統是：用3d 相機，abb 機器手，光源，工控機（軟件系統）。這里的3d 相機是一個工業相機加一個面激光傳感器。光源是4 條線光源，4 條線光源組成一個正方形，把3d 相機圍在中間。Abb 機器手是幫運藥品箱的執行機構，也是相機和光源的安裝架。Abb 機器手的第6 軸是一個吸盤，吸盤的前方還固定了3d 相機和光源。工控機是算法的運算機構和軟件系統，也是abb 機器手和3d 相機的通信機構。主要工作流程；藥品箱堆移動到指定位置，abb 機器手運動到拍照位置，觸發拍照，工控機通過工業相機可以得到藥品箱條碼和xy 坐標，通過面激光傳感器可以生成藥品箱最上層的每一個點到面激光的距離。用算法組合在一起就可以獲得，藥品箱對應的3d 相機的xyz 坐標和藥品類別，根據z 坐標將藥品箱分層，然后識別最上層的藥品箱。計算出最適合抓取的最上層的藥品箱。將該藥品箱的坐標轉換成機器人坐標，然后通過tcp 協議將該坐標發送給abb 機器手。abb 機器手抓取該藥品箱放到傳送帶上或指定位置，然后進行下一次拍照循環。工控機軟件系統是整個系統的核心部分，可以對圖像進行預處理、校正、對角處理，并對相關尺寸進行定位和識別。它主要是基于圖像處理的程序。在線識別整個代碼和座標，在此基礎上，采用了圖像灰度化、平滑和校正技術，增強了定位過程。在研究傾斜角度時，采用了相關的投影方法進行使用，激光測距，通過系統的連續實驗，獲得了大量的數據，從整體上看，系統穩定性強，對自動化的有效利用起到了重要的作用，并提供了相應的解決方案經驗與下一步研究技術。但是，由于條件的限制，系統辨識與測試結果有時還存在個別差錯。

4 包裝生產線的自動打包技術應用

包裝生產線是某珠寶公司的珠寶盒打包應用。該應用通過機器視覺，將彩色包裝盒、特殊首飾盒及透明預包盒，與證書和皮繩袋從中轉箱中用機器手放入專用的快遞包裝盒中。然后對打包好的快遞包裝盒進行檢測。該應用中用機器視覺定位檢測方法可以大大提高生產效率和生產的自動化程度，減少人工打包出錯的概率。需要打包的物品放在中轉箱中，由于物品比較多，為了達到項目要求，這里使用了2 個工位。選用2 個500 萬像素彩色相機（Basler）和500 萬像素16mm 鏡頭,選用穹形光源作為打光工具。在包裝盒的流水線，選用500 萬像素Basler 黑白相機和500 萬像素16mm 鏡頭，選用白色漫反射面光源作為打光工具，包裝盒打包完成后的外觀檢測。選用1 個500 萬像素Basler 黑白相機和100 萬像素8mm 鏡頭。整套系統使用一臺工控機，工控機配備十個千兆網口。視覺系統再增配一臺西門子PLC（型號為1215C）實現與產線和工控機的實時閉環交互功能。

中轉箱的流水線上裝著需要打包的物品的中轉箱，運動到指定位置并停止，然后觸發相機拍照，工控機獲取圖像，通過多模板匹配，獲取物品的圖像坐標與角度，通過手眼標定將圖像坐標轉換成機器手坐標，然后將坐標發送給機器手。與此同時，包裝盒的流水線，也通過基于形狀的模板匹配，將包裝盒的坐標與角度發送給機器手，然后機器手在中轉箱進行抓取并放入包裝盒中。在包裝盒的外觀檢測工位，用限定檢測的范圍和去背景的方法減少干擾。然后自動閾值獲取盒子的面積，用面積來判斷，包裝盒的好壞。

5 結束語

由上可知，結合生產線的視覺檢測系統的開發和應用能夠理論學習和產業實踐有效的結合在一起，應用此系統能夠有效鞏固基礎理論知識的理解，能夠全面提升工業生產質量，取得不錯的效果。