機(jī)器視覺技術(shù)在智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)的應(yīng)用

1、    機(jī)器視覺技術(shù)在智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)的應(yīng)用    譚振豪林岳凌郭小東摘 要：機(jī)器視覺技術(shù)以其快速性、實(shí)時(shí)性、非接觸性等特點(diǎn)，成為了工程中備受關(guān)注的領(lǐng)域之一?，F(xiàn)如今，機(jī)器視覺在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用逐漸增加，在新型智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)中，多處都應(yīng)用了機(jī)器視覺技術(shù)。分析了機(jī)器視覺技術(shù)在智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)生產(chǎn)線中的功能和應(yīng)用，以期為相關(guān)工作提供借鑒。關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；自動(dòng)加封；圖像識(shí)別；加封孔位檢測(cè)：tp391.7 ：a doi：10.15913/ki.kjycx.2015.02.083新型智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電能表計(jì)量管理的自動(dòng)化、智能化和信息化，

2、它解決了智能電表全自動(dòng)化檢定過程中遇到的瓶頸問題。新型智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)采用機(jī)器視覺手段代替了人眼、人腦，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司單相智能電能表型式規(guī)范的相關(guān)要求，做出了精準(zhǔn)的測(cè)量、分析和判斷，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)加封系統(tǒng)對(duì)電能表及其智能鎖封的快速響應(yīng)、精確定位和信息識(shí)讀等功能。機(jī)器視覺技術(shù)是一項(xiàng)包括數(shù)字處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、光源照明技術(shù)、光學(xué)成像、傳感器技術(shù)、模擬與數(shù)字視頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)等多種技術(shù)的綜合體。機(jī)器視覺可以實(shí)現(xiàn)無接觸操作，更安全、可靠、更清潔，它以在精度、響應(yīng)速度、實(shí)用性、性價(jià)比、通用性、安全性、容錯(cuò)能力和可移植性等方面的各項(xiàng)良好性能，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化系統(tǒng)的各種不同模

3、塊中。1 機(jī)器視覺系統(tǒng)原理機(jī)器視覺系統(tǒng)主要是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人類的視覺功能，并形成類似人類視覺、大腦和肢體共同構(gòu)成的智能行為，從客觀事物的圖像中提取出有用信息的進(jìn)行處理、理解，最終用于實(shí)際分析、檢測(cè)和控制中。一個(gè)典型的完整工業(yè)機(jī)器人視覺應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該包括光源、光學(xué)成像系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像采集與數(shù)字化模塊、智能圖像處理與決策模塊和控制與執(zhí)行模塊，如圖1所示。該系統(tǒng)通過 ccd 攝像機(jī)和a/d 轉(zhuǎn)換模塊，將被測(cè)物轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并通過圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)圖像的亮度、顏色和像素分布情況等信息，將其變換成可供分析和計(jì)算的數(shù)據(jù)。圖像系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)分析運(yùn)算識(shí)讀物體的特征，比如形狀、位置等，通過分析結(jié)果來控制執(zhí)

4、行機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。圖1 機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)2 智能定位的實(shí)現(xiàn)智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)主要包括智能電表的傳輸，施封孔定位，鎖封拾取、加封，信息采集和錄入，不合格品判定處理。自動(dòng)加封流程如圖2所示，電能表加封如圖3所示。圖2 自動(dòng)加封流程圖3 單相智能電能表3.1 需求分析根據(jù)單相智能電能表型式規(guī)范的相關(guān)要求，單相智能電能表需有2個(gè)孔位施封，如圖4所示。規(guī)范中對(duì)電能表的長(zhǎng)、寬、孔位尺寸等提出了相關(guān)的要求，但是，它并沒有對(duì)公差作出規(guī)定。因此，由于各廠家的制作工藝不同，使得電能表的誤差、精度也存在不同，尤其是電表生產(chǎn)時(shí)的拔模斜度引發(fā)的誤差。圖3 電能表加封示意圖 圖4 單相智能電能表結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)范圖智能鎖封自動(dòng)加

5、封系統(tǒng)主要用于自動(dòng)檢定流水線。根據(jù)對(duì)其的了解和相關(guān)調(diào)查可知，電網(wǎng)公司現(xiàn)有檢定流水線的出表傳送方式多為多表位輸送，如圖5所示，此方式易造成累積誤差，它是影響設(shè)備定位精度和通用性的關(guān)鍵。因此，在智能鎖封自動(dòng)加封的過程中，利用機(jī)器視覺可以實(shí)現(xiàn)電能表加封孔的智能定位捕捉，為自動(dòng)加封系統(tǒng)提供可靠、高效的電表加封孔定位信息，完全解決設(shè)備的精度和通用性問題。圖5 電能表多表位傳輸示意圖3.2 實(shí)現(xiàn)方法在加封過程中，智能定位主要分為圖像采集、圖像預(yù)處理、目標(biāo)匹配、擬合計(jì)算目標(biāo)坐標(biāo)、路徑計(jì)算和執(zhí)行幾步。采用工業(yè)相機(jī)獲取裝配線上的實(shí)時(shí)圖像信號(hào)，并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，即圖像的灰度化、圖像降噪、圖像銳化濾波和分割圖像等

6、。提取施封孔部分同心圓圖像，并以同心圓圓心作為中心建立圖像輪廓模板。在分割后的圖像窗口中搜索，用二維fft（fast fourier transform）算法進(jìn)行目標(biāo)匹配計(jì)算，搜索與模板最相似的兩個(gè)子圖。對(duì)標(biāo)定的目標(biāo)子圖進(jìn)行亞像素處理，利用線性插值法插入亞像素點(diǎn)獲取更多的圖像細(xì)節(jié)，對(duì)處理后的圖像再次進(jìn)行模板匹配，以提高裝配精度。擬合計(jì)算目標(biāo)位置的坐標(biāo)，計(jì)算機(jī)器手移動(dòng)的路徑，并發(fā)送位移命令，實(shí)現(xiàn)水平多關(guān)鍵機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成加封。由于相機(jī)采集的圖像信息屬于二維信息，建立的坐標(biāo)采用像素為基本單位，所以，需要將二維信息轉(zhuǎn)換成三維空間坐標(biāo)，以控制機(jī)器人在空間的運(yùn)動(dòng)。具體操作過程如下：以檢測(cè)圓孔的圓心

7、為機(jī)器人的定位原點(diǎn)，當(dāng)此圓心與采集的圖像中心疊合時(shí)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位；標(biāo)定攝像機(jī)，得到圖像中2個(gè)像素間的距離與坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；經(jīng)過特征識(shí)別，計(jì)算出與圖像中心的偏移量；以圓心坐標(biāo)為基準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)器人末端的坐標(biāo)。4 信息采集的實(shí)現(xiàn)依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，新型智能鎖封的數(shù)據(jù)為dm二維碼和rfid標(biāo)簽數(shù)據(jù)，機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在二維碼數(shù)據(jù)的錄入和校驗(yàn)上。依靠二維碼掃描識(shí)別技術(shù)，將二維碼中的信息識(shí)別錄入到生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，并識(shí)別出光刻編碼時(shí)不清晰的二維碼，以實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)功能。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要完成圖像處理和解碼工作。4.1 圖像處理成像系統(tǒng)的二維圖像包含各種各樣的噪聲和畸變，因此，對(duì)二維碼圖像進(jìn)行

8、了灰度化、二值化、旋轉(zhuǎn)校正等預(yù)處理，把圖像換成標(biāo)準(zhǔn)形式，以便特征的提取和識(shí)別。這是圖像處理的關(guān)鍵。圖像處理流程如圖6所示。圖6 圖像處理流程在灰度值轉(zhuǎn)化公式中，灰度值可以表示為：y=0.299r+0.587g +0.114b. （1）. （2）式（2）中：y，u，v為亮度、色度參量分開表示的像素格式。該系統(tǒng)采用迭代法進(jìn)行閾值分割，即自動(dòng)算出合適的分割閾值，并與像素值比較，以劃分像素。主要算法如下所示。根據(jù)最大與最小灰度值計(jì)算初始閾值：. （3）根據(jù)閾值求出目標(biāo)和背景的平均灰度值：. （4）. （5）式（4）（5）中：r0為目標(biāo)的平均灰度值，rg為背景的平均灰度值；其中r（i，j）為像素點(diǎn)（i，

9、j）的灰度值；n（i，j）為像素點(diǎn)（i，j）的權(quán)重系數(shù)，tx為閾值。重新選擇閾值并將其定義為：. （6）當(dāng)t（k-1）=tk時(shí)，為最佳閾值，可進(jìn)行圖像分割。最后，通過統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算實(shí)現(xiàn)特征提取。4.2 dm碼譯碼得到二值化圖像后，需要檢查dm碼的圖像，定位圖像為“l(fā)”邊。定位步驟如下：掃描十字區(qū)域，判別路徑上的黑白邊緣點(diǎn)；判斷其中某個(gè)邊緣點(diǎn)是否在“l(fā)”邊上；判斷是否能找到定位圖像。找到定位圖像后，對(duì)圖像信息取樣，用reed-solomon碼的譯碼算法糾正圖像采集到的數(shù)據(jù)譯碼錯(cuò)誤，具體流程如圖7所示，并統(tǒng)計(jì)分析錯(cuò)誤的譯碼數(shù)量。如果錯(cuò)誤數(shù)量超出糾錯(cuò)容量，則糾錯(cuò)譯碼失敗，判斷為無法識(shí)別二維碼，將其作為不合格品處理。對(duì)合格信息進(jìn)行譯碼，并錄入智能鎖封數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中。圖7 基于rs的編碼與解碼流程5 結(jié)束語新型智能鎖封自動(dòng)加封系統(tǒng)應(yīng)用了機(jī)器視覺技術(shù)的定位和識(shí)別功能，使其比傳統(tǒng)的檢測(cè)方式更具優(yōu)勢(shì)，但是，有些方面還需進(jìn)一步提高，例如，圖像處理的速度還可以進(jìn)一步提高，圖像檢測(cè)還可以進(jìn)一步完善。綜上所述，機(jī)器視覺系統(tǒng)的使用取得了不錯(cuò)的效果，有效地提高了自動(dòng)加封的效率。參考文獻(xiàn)1李鵬.基于計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的圖像模塊在江門電網(wǎng)的應(yīng)用j.廣西電力，2012（01