零件尺寸的機器視覺檢測系統(tǒng)的研究

1、一工業(yè)零件形狀尺寸的機器視覺檢測系統(tǒng)的研究在工業(yè)生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的檢測技術需要眾多的檢測工人， 不僅影響生產(chǎn)效率，而且?guī)聿豢煽?因素。視覺檢測技術克服了傳統(tǒng)檢測技術的缺點， 它以檢測的安全性、可靠性及自動化程度 高等優(yōu)點而得到廣泛的應用，成為當今檢測技術的研究熱點之一。機器視覺檢測的主要過程為：首先采用CCDg像機將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)， 根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號。圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等。最后，根據(jù)預設 的容許度和其他條件輸出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格等，極大的 提高

2、了工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著跨學科基礎研究的不斷深入，計算機性能的快速提高和其它視覺測量外圍組件性價比的提高，基于機器視覺的精密檢測技術必將會有更廣闊的應用前景。二視覺檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理機器視覺系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是在一定的光照（包括可見光、紅外線甚至超聲波等各種成像手段 ）條件下，成像設備（攝像機、圖像采集卡等）把三維場景的圖像采集到計算機內(nèi)部，形成二維圖像：其次，運用圖像處理技術對采集到的原始圖像進行預處理以得到質(zhì)量改善了的圖像； 然后，從圖像中提取感興趣的特征，構(gòu)成對圖像的描述； 再進一步，運用模式識別技術對抽取到的特征進行分類整理； 最后，運用人工智能得到更高層次的抽象描述，完成視覺系統(tǒng)

3、的任務。機器視覺系統(tǒng)通常由光源部分、圖像傳感器、裝有圖像采集卡的計算機和專用的圖像處理軟件組成。通過圖像傳感器采集圖像目標，把目標的三維圖像采集為二維圖像，通過光信號轉(zhuǎn)換成模擬的電信號， 再由圖像采集卡把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，供計算機處理。一般來說，機器視覺系統(tǒng)為了避免環(huán)境自然光線或燈光對其工作狀態(tài)的影響，光源應亮度大、 亮度可調(diào)、均勻性及穩(wěn)定性好，以抑制外界環(huán)境各種光對圖像質(zhì)量產(chǎn)生較大影響而導致機器 視覺系統(tǒng)的故障或誤判行為。常用的圖像傳感器有兩種形式：一種為線陣，一種為面陣。圖像采集卡具有圖像信號接收與IV 型換、協(xié)調(diào)攝像機進行同步或?qū)崿F(xiàn)異步重置拍攝和定時拍 攝、通過數(shù)據(jù)總線進行高速數(shù)據(jù)

4、傳輸?shù)裙δ?，最后通過專用圖像處理軟件完成對圖像的處理與分析。機器視覺檢測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示。三 視覺檢測系統(tǒng)的軟件設計通常情況下圖像處理的流程如圖下圖所示。首先需要通過標定系統(tǒng)所得到的系統(tǒng)內(nèi)外參數(shù)和圖像的畸變模型對圖像進行校正和恢復，使其能夠精確地反映工件表面的實際情況。其次， 在視覺測量精度要求不高的情況下，可以直接在圖像采集過程所得到的原始圖像的基礎上進 行測量；而在本系統(tǒng)中，對測量的精度要求較高，所以需要對原始圖像進行濾波和增強等預 處理。最后就是對圖像中關注的特征進行精確的定位，進而測量所需要的特征量， 這是整個測量過程的核心。為了提高測量精度，本文先采用Sobel邊緣檢測

5、算法進行粗定位，再采用亞像素特征定位方法進行細定位。四 工業(yè)零件的檢測方法在構(gòu)建的機器視覺檢測系統(tǒng)基礎上，本文對選取的工業(yè)零件設計了如下的全系統(tǒng)檢測過程：將零件放到傳送帶上，隨步進電機的移動送到COT方；(2) 和步進電機同步運動的編碼器控制線陣攝像機的曝光并采集圖像；(3) 采集到的圖像經(jīng)圖像采集卡傳給計算機：(4) 對圖像進行濾波等預處理；(5) 選取待測量部分區(qū)域，對這一區(qū)域進行亞像素定位，找出這一區(qū)域的邊緣，完成邊緣之間長度的測量；(6) 對角度的測量采用模板匹配的方法自動找出待測圖像中的角度，然后測出角度的值；(7) 在實際生產(chǎn)測量中，根據(jù)技術指標要求，判斷零件是否合格；(8) 合格

6、零件由剔除機構(gòu)送入產(chǎn)品箱，不合格零件送入廢品箱。五 影響測量精度的因素影響系統(tǒng)測量精度的因素有很多種，通過實際分析，主要有成像系統(tǒng)的誤差、步進電機的誤差、各種噪聲、標定誤差和軟件算法等的誤差。1 成像系統(tǒng)的誤差CCDJ分辨率是測量系統(tǒng)中的一項重要指標，使用的CC魄像機分辨率越高、被測目標物的實際尺寸越小，圖像的物面分辨率就越高，即可使得系統(tǒng)檢測精度越高。成像系統(tǒng)的幾何畸變誤差是典型的系統(tǒng)誤差，是影響光學檢測精度的因素之一。選用高質(zhì)量的鏡頭和進行鏡頭畸變校正可提高檢測精度。2步進電機的誤差本系統(tǒng)中步進電機等機械誤差也是一個主要誤差，步進電機的啟動、停止和運動速度的快慢直接影響圖像質(zhì)量的好壞，影響

7、圖像的垂直分辨率，從而給圖像的測量造成很大的不精確性。采用編碼器可控制攝像機和步進電機的同步，而且盡量不要在電機的啟動和停止的時間內(nèi)采集圖像，第二章也介紹了步進電機的標定，都對減小機械誤差起到了很大的作用。3各種噪聲這包括照明系統(tǒng)由于供電電源波動以及光源本身的發(fā)光不穩(wěn)定產(chǎn)生的隨機起伏噪聲，光響應非均勻性引起的空間起伏噪聲，攝像機由于暗電流分布不均、各光敏元大小、間隔不等引起的噪聲。本文選用的S0bel 邊緣檢測方法可消除部分隨機噪聲，前文也已詳細介紹了噪聲的濾除方法。4標定誤差系統(tǒng)在標定過程中會引入誤差，通過對標準件在攝像機視場內(nèi)不同方位進行多次采集圖像進行標定，然后求其均值作為最終的標定系數(shù)，這樣既可消除鏡頭畸變引起的誤差又可去掉標定過程引入的隨機誤