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浅谈机器视觉检测系统
本文作者:思普泰克  时间:2018-06-11  阅读: 71

在现代工业主动化出产中,涉及到各式各样的查验、出产监督及零件辨认使用,例如零配件批量加工的尺度查看,主动装配的完整性查看,电子装配线的元件主动定位等。一般人眼无法接连、稳定地完结这些带有高度重复性和智能性的作业,其它物理量传感器也难有用武之地。由此人们开端考虑使用光电成像体系收集被控方针的图画,然后经计算机或专用的图画处理模块进行数字化处理,依据图画的像素散布、亮度和色彩等信息,来进行尺度、形状、色彩等的判别。这样,就把计算机的快速性、可重复性,与人眼视觉的高度智能化和笼统才能相结合,由此发生了机器视觉的概念。一个成功的机器视觉检测体系是一个经过详尽工程处理来满意一系列明确要求的体系。当这些要求完全确定后,这个体系就规划并树立来满意这些准确的要求。

1机器视觉的长处包含以下几点:

■精度高

 作为一个准确的丈量仪器,规划优秀的视觉检测体系能够对一千个或更多部件的一个进行空间丈量。因为此种丈量不需求触摸,所以对软弱部件没有磨损和风险。

■接连性

 视觉体系能够使人们免受疲惫之苦。因为没有人工操作者,也就没有了人为构成的操作改动。多个体系能够设定独自运转。

■本钱功率高

 跟着计算机处理器价格的急剧下降,体系本钱功率也变得越来越高。一个价值10000美元的视觉体系能够轻松替代三个人工勘探者,而每个勘探者每年需求20000美元的薪酬。别的,视觉体系的操作和保持费用十分低。

■灵活性

 视觉体系能够进行各种不同的丈量。当使用改动今后,只需软件做相应改动或许晋级以习惯新的需求即可。许多使用满意进程操控(SPC)的公司正在考虑使用机器视觉系统来传递继续的、和谐的和准确的丈量SPC指令。在SPC中,制作参数是被继续监控的。整个进程的操控就是要确保这些参数在必定的规模内。这使制作者在出产进程失去操控或呈现坏部件时能够调理进程参数。

 机器视觉系统比光学或机器传感器有更好的可习惯性。它们使主动机器具有了多样性、灵活性和可重组性。当需求改动出产进程时,对机器视觉来说“东西替换”仅仅是软件的改换而不是替换贵重的硬件。当出产线重组后,视觉体系往往能够重复使用

2机器视觉系统的构成

 机器视觉技能用计算机来剖析一个图画,并依据剖析得出定论。如今机器视觉有两种使用。机器视觉系统能够勘探部件,在此光学器材答应处理器更准确的调查方针并对哪些部件能够经过哪些需求抛弃做出有用的决定;机器视觉也能够用来发明一个部件,即运用杂乱光学器材和软件相结合直接辅导制作进程。
机器视觉系统


 尽管机器视觉使用各异,但都包含以下几个进程

■图画收集

 光学体系收集图画,图画变换成模仿格局并传入计算机存储器。

■图画处理

 处理器运用不同的算法来提高对定论有重要影响的图画要素。

■特性提取

 处理器辨认并量化图画的要害特性,例如印刷电路板上洞的方位或许连接器上引脚的个数。然后这些数据传送到操控程序。

■判定和操控

 处理器的操控程序依据收到的数据做出定论。例如:这些数据包含印刷电路板上的洞是否在要求标准以内或许一个主动机器怎么有必要移动去拾取某一部件。

3机器视觉系统解析

 典型的视觉体系一般包含:光源、光学体系,相机、图画处理单元(或图画收集卡)、图画剖析处理软件、监督器、通讯/输入输出单元等。

■图画收集

 图画的获取实际上是将被测物体的可视化图画和内在特征变换成能被计算机处理的数据,它直接影响到体系的稳定性及可靠性。一般使用光源、光学体系,相机、图画处理单元(或图画捕获卡)获取被测物体的图画。

■光源

 光源和影响机器视觉系统输入的重要因素,因为它直接影响输入数据的质量和至少30%的使用效果。因为没有通用的机器视觉照明设备,所以针对每个特定的使用实例,要挑选相应的照明设备,以到达最佳效果。许多工业用的机器视觉系统用可见光作为光源,这首要是因为可见光简单取得,价格低,而且便于操作。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。可是,这些光源的一个最大缺陷是光能不能保持稳定。以日光灯为例,在使用的第一个100小时内,光能将下降15%,跟着使用时刻的添加,光能将不断下降。因而,怎么使光能在必定的程度上保持稳定,是实用化进程中急需求处理的问题。另一个方面,环境光将改动这些光源照耀到物体上的总光能,使输出的图画数据存在噪声,一般选用加防护屏的办法,削减环境光的影响。因为存在上述问题,在如今的工业使用中,关于某些要求高的检测使命,常选用X射线、超声波等不可见光作为光源。由光源构成的照明体系按其照耀办法可分为:背向照明、前向照明、结构光和频亮光照明等。其间,背向照明是被测物放在光源和相机之间,它的长处是能取得高对比度的图画;前向照明是光源和相机坐落被测物的同侧,这种方式便于设备;结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上,依据它们发生的畸变,解调出被测物的三维信息;频亮光照明是将高频率的光脉冲照耀到物体上,要求相机的扫描速度与光源的频闪速度同步。

■光学体系

 关于机器视觉系统来说,图画是仅有的信息来历,而图画的质量是由光学体系的恰当挑选来决定。一般,因为图画质量差引起的差错不能用软件纠正。机器视觉技能把光学部件和成像电子结合在一起,并经过计算机操控体系来分辨、丈量、分类和勘探正在经过主动处理体系的部件。机器视觉系统一般能快到100%的勘探所处理的产品而不会下降出产线的速度。因为越来越多的制作商正需求“6-sigma“(小于百万分之三的有用单位)结果,以便能够在当今质量意识很强的商场中更有竞争力,这种才能显得十分重要。别的,这些体系能够与满意进程操控(SPC)十分抱负的配合。

光学体系的首要参数与图画传感器的光敏面的格局有关,一般包含:光圈、视场、焦距、F数等。

■相机

 相机是实际上是一个光电变换设备,行将图画传感器所接收到的光学图画,转化为计算机所能处理的电信号。光电变换器材是构成相机的核心器材。现在,典型的光电变换器材为真空摄像管、CCD、CMOS图画传感器等。真空电视摄像管由密封在玻璃管罩内的摄像靶、电子枪两部分组成。摄像靶将输入光学图画的光照度散布变换为靶面相应象素电荷的二维空间散布,首要完结光电变换和电荷存贮使命;电子枪则完结图画信号的扫描拾取进程。电视摄像管型成像体系具有高清晰度、高灵敏度、宽光谱和高帧速成像等特色。但因为电视摄像管归于真空管器材,其分量、体积及功耗均较大。CCD是现在机器视觉最为常用的图画传感器。它集光电变换及电荷存贮、电荷搬运、信号读取于一体,是典型的固体成像器材。CCD的突出特色是以电荷作为信号,而不同于其器材是以电流或许电压为信号。这类成像器材经过光电变换构成电荷包,然后在驱动脉冲的效果下搬运、扩大输出图画信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、笔直驱动器、模仿/数字信号处理电路组成。下图为CCD相机的原理框图。

                                                  

CCD作为一种功用器材,与真空管相比,具有无灼伤、无滞后、低电压作业、低功耗等长处。CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图画传感器的开发最早呈现在20世纪70 时代初。90 时代初期,跟着超大规模集成电路 (VLSI) 制作工艺技能的开展,CMOS图画传感器得到迅速开展。CMOS图画传感器将光敏元阵列、图画信号扩大器、信号读取电路、模数变换电路、图画信号处理器及操控器集成在一块芯片上,还具有局部象素的编程随机访问的长处。现在,CMOS图画传感器以其杰出的集成性、低功耗、宽动态规模和输出图画简直无拖影等特色而得到广泛使用。

4图画的处理和剖析

 在机器视觉系统中,相机的首要功用光敏元所接收到的光信号变换为电压的幅值信号输出。若要得到被计算机处理与辨认的数字信号,还需对视频信息进行量化处理。图画收集卡是进行视频信息量化处理的重要东西。

■图画收集/处理卡

 图画收集卡首要完结对模仿视频信号的数字化进程。视频信号首要经低通滤波器滤波,变换为在时刻上接连的模仿信号;依照使用体系对图画分辨率的要求,得用采样/保持电路对边远地方的视频信号在时刻进步行间隔采样,把视频信号变换为离散的模仿信号;然后再由A/D变换器转变为数字信号输出。而图画收集/处理卡在具有模数变换功用的一起,还具有对视频图画剖析、处理功用,并一起可对相机进行有用的操控。

■图画处理处理软件

 机器视觉系统中,视觉信息的处理技能首要依赖于图画处理办法,它包含图画增强、数据编码和传输、滑润、边际锐化、分割、特征抽取、图画辨认与了解等内容。经过这些处理后,输出图画的质量得到相当程度的改进,既改进了图画的视觉效果,又便于计算机对图画进行剖析、处理和辨认。

5机器视觉系统的使用

 机器视觉系统是完成仪器设备精细操控、智能化、主动化有有用途径,可谓现代工业出产的“机器眼睛”。其最大长处为:(1)完成非触摸丈量。对观测与被观测者都不会发生任何损害,然后提高了体系的可靠性;(2)具有较宽的光谱呼应规模。机器视觉则能够使用专用的光敏元件,能够调查到人类无法看到的国际,然后扩展了人类的视觉规模。(3)长时刻作业。人类难以长时刻地对同一对象进行调查。机器视觉系统则能够长时刻地履行观测、剖析与辨认使命,并可使用于恶劣的作业环境。
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