視覺檢測實驗報告1

1、視覺檢測技術(shù)試驗題目：MV-BDP2000S視覺皮帶傳送試驗臺功能認識試驗學(xué) 院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專 業(yè) 班 級：測控技術(shù)與儀器1401學(xué) 號：14040110X學(xué) 生 姓 名：李二狗指 導(dǎo) 教 師：宋輝設(shè) 計 時 間：2017.11.06 目錄一、試驗臺介紹11.1試驗臺主要構(gòu)成11.1.1機柜部分21.1.2傳送部分21.1.3視覺檢測部分21.1.4分選機構(gòu)部分21.2主要器件的關(guān)鍵指標(biāo)21.2.1工業(yè)數(shù)字相機21.2.2光源3二、 儀器操作及配置流程42.1視覺檢測部分的調(diào)試42.1.1調(diào)節(jié)相機前后位置的方法42.1.2調(diào)節(jié)相機高度的方法52.1.3調(diào)節(jié)光源高度的方法52.2設(shè)備性能

2、的調(diào)試62.2.1運動性能調(diào)試的參數(shù)62.2.1視覺檢測性能調(diào)試的步驟6三、儀器主要測量指標(biāo)分析73.1 OCR&OCV 字符識別指標(biāo)分析73.3.1 OCR檢測的參數(shù)73.2 尺寸測量指標(biāo)分析83.2.1 尺寸測量的參數(shù)8四、儀器采集或測量的試樣94.1 字符識別試驗結(jié)果94.2 尺寸測量試驗結(jié)果104.3 實驗總結(jié)11一、試驗臺介紹本次試驗中以維視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司(MICROVISION)推出 MV-BDP200S 機器視覺皮帶傳送實驗開發(fā)平臺(高級型)作為主要的實驗設(shè)備，主要針對小型電子產(chǎn)品的外形和外觀檢測等，應(yīng)用于提供高效的產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。本設(shè)備采用 MV-MVIPS 機

3、器視覺圖像處理控制器軟件，該軟件具有強大的缺陷識別功能、測量功能、色差檢測、OCR&OCV 識別檢測，主要針對檢測各類小型機械或電子產(chǎn)品的外觀和外形，對于 OK 和 NG 產(chǎn)品實施分類管理放置。同時硬件上設(shè)計了組合式的照明及控制系統(tǒng)，創(chuàng)造了一個最優(yōu)的光照系統(tǒng)及相對封閉的工作環(huán)境，有效的解決了環(huán)境對檢測精度的影響，同時滿足了待檢產(chǎn)品對光照條件的要求。運用強大的檢測及分析軟件工具對被測產(chǎn)品進行定位、測量、分析。1.1試驗臺主要構(gòu)成從整體外觀來看，設(shè)備可以分為以下幾個部分：機柜部分、傳送部分、視覺檢測部分、分選機構(gòu)部分。設(shè)備的整體視圖如圖1所示:圖1整體設(shè)備部分視圖1.1.1機柜部分機柜部分

4、包括了運動控制的所有控制單元以及通訊單元，各控制單元及通訊單元合理地布局在機柜內(nèi)部，其線路及控制模塊均已安裝調(diào)試完成，不需要做任何工作，注意：在日常使用中不要打開機柜蓋板以防造成設(shè)備損壞，除非要做設(shè)備維修。1.1.2傳送部分傳送部分直觀看到得就是透明皮帶傳送帶以及帶動皮帶運動的滾軸。傳送帶的運動控制由機柜中的控制單元直接控制，包括運動方向、運動速度等等。1.1.3視覺檢測部分視覺檢測部分由設(shè)備上端的暗色箱體、圖像處理系統(tǒng)和顯示器組成。在箱體內(nèi)包含了視覺檢測的所有模塊：相機、鏡頭、光源、相關(guān)線纜、各種夾持機構(gòu)；圖像處理系統(tǒng)包括：圖像處理器、通訊模塊以及相關(guān)通訊線纜。1.1.4分選機構(gòu)部分分選機構(gòu)

5、的作用是，根據(jù)信號來對產(chǎn)品進行分選處理，這里的信號有兩種：OK 和 NG，OK 代表產(chǎn)品合格、NG 代表產(chǎn)品不合格。分選機構(gòu)包括：氣動分選模塊、產(chǎn)品存儲機構(gòu)。BDP200S 設(shè)備一共用到 3 個 I/O 端口，其中 1 路輸入端口，2 路輸出端口。MVIPS 軟件中的端口應(yīng)按照如下設(shè)置:輸入:5 號端口；輸出:OK 信號6 號端口，NG 信號7 號端口。1.2主要器件的關(guān)鍵指標(biāo)本次實驗中MV-BDP200S 機器視覺皮帶傳送實驗開發(fā)平臺(高級型)采用MV-MVIPS 機器視覺圖像處理控制器軟件對被測物件進行缺陷識別、測量參數(shù)、色差檢測與外觀外形檢測等基本識別與檢測?；跈C器視覺檢測系統(tǒng)的基本設(shè)

6、計中的視覺檢測部件的組成，本小節(jié)中基于課堂所學(xué)知識及查閱資料，主要分析其中的工業(yè)相機與光源的參數(shù)及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。1.2.1工業(yè)數(shù)字相機本次實驗中實驗開發(fā)平臺選用彩色工業(yè)數(shù)字相機1280×1024 Color CCD，CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。CCD工業(yè)相機作為機器視覺系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號轉(zhuǎn)變成為有序的電信號。選擇合適的CCD工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，CCD工業(yè)相機的質(zhì)量好壞不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時也與整個系統(tǒng)的運行模式直接相關(guān)。（1）分辨率(Resolution)相機每次采集圖像的像素點數(shù)(Pixel

7、s)，對于數(shù)字工業(yè)相機一般是直接與光電傳感器的像元數(shù)對應(yīng)的，對于模擬相機則是取決于視頻制式，PAL制為768*576，NTSC制為640*480，本實驗中相機分辨率為1280*1024。（2）最大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate)相機采集傳輸圖像的速率，對于面陣相機一般為每秒采集的幀數(shù)(Frames/Sec)，對于線陣相機為每秒采集的行數(shù)(Hz)。本實驗設(shè)備中對應(yīng)于實驗臺的檢測速度指標(biāo)1.5s/件。（3）曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter)對于線陣相機都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時間可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個固

8、定的時間；面陣工業(yè)相機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式，數(shù)字工業(yè)相機一般都提供外觸發(fā)采集圖像的功能?？扉T速度一般可到10微秒，高速工業(yè)相機還可以更快。（4）像元尺寸(Pixel Size)像元大小和像元數(shù)(分辨率)共同決定了相機靶面的大小。目前數(shù)字工業(yè)相機像元尺寸一般為3m-10m，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質(zhì)量也越不容易提高。1.2.2光源本次實驗中實驗開發(fā)平臺選用AFT-RL系列環(huán)形低角度光源，這是一款專為機器視覺、工業(yè)檢測、工業(yè)體視顯微鏡設(shè)計的高亮度LED光源，亮度可調(diào)、低溫、均衡、無閃爍，無陰影，特有的內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需要加裝偏光片，減少光線干擾從而顯著提高

9、圖像質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于工業(yè)顯微、線路板照明、晶片及工件檢測、視覺定位等系統(tǒng)中。本次實驗的實驗開發(fā)平臺選用的光源的型號為AFT-RL12068W其相關(guān)參數(shù)說明如下:（1）型號說明AFT:公司名，RL:環(huán)形光源，120:外徑尺寸單位mm，68:內(nèi)徑尺寸單位mm。（2） 角度與顏色 光照角度45°，光照顏色(W):白色。（3） 工作電壓、電流及標(biāo)配控制器型號 工作電壓:18(V)，工作電流:840(mA)，標(biāo)配控制器:AFT-ALP2430-02。2、 儀器操作及配置流程 根據(jù)實驗指導(dǎo)書的相關(guān)注意事項要求，在首次檢測前，必須針對當(dāng)前要檢測的工件調(diào)整光源高度、亮度，相機曝光、增益等視覺參數(shù)，

10、以突出工件的特征檢測區(qū)域，便于進行檢測；根據(jù)工件的重量、尺寸調(diào)整氣壓，確?？梢詫⒐ぜY選出去；如果要調(diào)整皮帶的運動速度，則軟件中的 I/O 觸發(fā)延遲也要進行調(diào)整，以確?？梢詼?zhǔn)確(及時) 觸發(fā)相機、啟動氣壓閥。2.1視覺檢測部分的調(diào)試如下圖2所示為視覺檢測部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，實驗前調(diào)試的有圖中所示的 3 個位置。圖2視覺檢測部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖示三部分標(biāo)號作用分別為: :調(diào)節(jié)相機的前后位置；:調(diào)節(jié)相機高度；:調(diào)節(jié)光源高度。2.1.1調(diào)節(jié)相機前后位置的方法使用內(nèi)六角扳手，將下圖3所示位置的兩個固定螺絲松開，然后就可以前后移動相機位置。圖3相機前后位置調(diào)整示意圖2.1.2調(diào)節(jié)相機高度的方法使用內(nèi)

11、六角扳手，將下圖4所示位置的 4 個固定螺絲松開，然后就可以上下移動相機位置。圖4相機高度調(diào)整示意圖2.1.3調(diào)節(jié)光源高度的方法使用內(nèi)六角扳手，將下圖5所示位置的 4 個固定螺絲松開，然后就可以上下移動光源位置。圖5光源高度調(diào)整示意圖2.2設(shè)備性能的調(diào)試性能調(diào)試，就是要將設(shè)備的各項運行參數(shù)調(diào)節(jié)到一定范圍，使得設(shè)備能夠滿足當(dāng)前項目檢測需求。主要有兩方面的調(diào)試：運動性能調(diào)試和視覺檢測性能調(diào)試。2.2.1運動性能調(diào)試的參數(shù)運動性能調(diào)試運動性能注意包括以下方面：運行速度、運行方向、皮帶松緊度、氣壓大小等。（1）運行速度通過設(shè)備面板上的速度旋鈕調(diào)節(jié)。當(dāng)然，速度的大小需要根據(jù)實際使用情況確定一個 合理的范

12、圍。（2） 運行方向通過設(shè)備面板上的方向旋鈕調(diào)節(jié)。一般情況下，方向是從左至右運行(上料在左側(cè)，導(dǎo)向塊處)。如果有特殊需求，可以改變運行方向。（3）皮帶松緊度需要使用扳手調(diào)節(jié)設(shè)備滾輪。一般情況下，皮帶的松緊度在出廠時已經(jīng)調(diào)節(jié)到最佳狀態(tài)，不需要客戶調(diào)節(jié)。（4）氣壓大小通過設(shè)備上的調(diào)壓閥進行調(diào)節(jié)。氣壓的大小需要根據(jù)使用情況確定，主要考慮的是多 大的氣壓可以將 NG工件分選出來，這個需要進行多次試驗。2.2.1視覺檢測性能調(diào)試的步驟視覺檢測性能是一個綜合的性能要求。它受多方面因素的影響，包括：相機、鏡頭、光源、速度、觸發(fā)以及視覺軟件。（1）最基本的要求是能清晰獲取圖像。這種情況下，我們可以先讓傳送帶處

13、于靜止?fàn)顟B(tài)，然后將工件放置在相機正下方，然后通過調(diào)節(jié)“物距”、“曝光”、“光源亮度”、“光源高度”等等的視覺參數(shù)來最終獲取到清晰的圖像。（2）需要配合視覺軟件進行檢測效果的驗證。方法是在視覺軟件中采集圖像，并針對檢測需求配置合適的檢測程序。（3）當(dāng)程序配置好后，就可以開啟傳送帶，進行實際運行，觀察檢測效果，并隨時進行調(diào)整。三、儀器主要測量指標(biāo)分析鑒于本次實驗中的MV-BDP200S 機器視覺皮帶傳送實驗開發(fā)平臺主要針對小型電子產(chǎn)品的外形和外觀檢測的功能特性，以及MV-MVIPS 機器視覺圖像處理控制器軟件所具有強大的缺陷識別功能、測量功能、色差檢測、尺寸測量、OCR&OCV 識別檢測等

14、功能模塊。本次實驗中利用其先進的圖像處理算法及基于輪廓定位和模板匹配相結(jié)合的識別技術(shù)，分別進行了字符識別試驗和尺寸檢測試驗，下面分別對兩組試驗進行儀器測量指標(biāo)分析。3.1 OCR&OCV 字符識別指標(biāo)分析OCR&OCV檢測大概可分為兩個步驟，一是提取，二是識別。其功能描述大致如下:采集到一張標(biāo)準(zhǔn)圖像后，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)模版，在此基礎(chǔ)上針對檢測要求設(shè)置矩形檢測區(qū)域，并訓(xùn)練字符集，然后對拍攝的每張被檢測對象的圖像進行實時OCR&OCV檢測，檢測出被測對象的缺陷或者根據(jù)OCR檢測進行分類。為了適應(yīng)復(fù)雜、多種多樣的被測對象，此功能模塊提供OCR和OCV兩類不同的算法模塊。OCR支持矩形

15、檢測區(qū)域設(shè)置不同的屬性，選用不同的算法和子庫；OCV可以檢測字符上的微小缺陷。3.3.1 OCR檢測的參數(shù)OCR檢測中的主要操作流程可分為5個過程: 獲得模版圖像；創(chuàng)建模版；模版分析；保存模版；開始檢測。其測量指標(biāo)的設(shè)置與分析都包含在過程和中，選取主要參數(shù)分析如下:（1） 起始角度和角度范圍 起始角度是指算法搜索的起始角度，根據(jù)目標(biāo)可能變化的角度范圍設(shè)定，而角度范圍是指從起始角度開始，控制算法在多大角度范圍內(nèi)搜索目標(biāo)，設(shè)置時應(yīng)在允許的情況下，盡可能小。（2）檢測級別 設(shè)定該區(qū)域檢測精度級別，0級為不檢測，1級為最低精度檢測，2級、3級、4級、5級檢測精度級別逐步提高，一般默認為3級。（3）匹配

16、相關(guān) 用來表示該矩形檢測區(qū)域和哪個匹配矩形關(guān)聯(lián)。設(shè)置關(guān)聯(lián)后，該矩形檢測區(qū)域的位置隨之關(guān)聯(lián)區(qū)域的配準(zhǔn)信息做相應(yīng)的變化。3.2 尺寸測量指標(biāo)分析 尺寸測量是機器視覺技術(shù)應(yīng)用最普遍的功能，特別是在自動化制造行業(yè)中，包括物件的長度、孔徑、直徑等都是典型的物件待測幾何參數(shù)?；跈C器視覺的尺寸測量技術(shù)屬于非接觸性測量，具有檢測精度高、速度快、成本低、便于安裝等優(yōu)點，不但可以獲取在線產(chǎn)品的尺寸參數(shù)檢測，同時可對產(chǎn)品做出在線實時判定和分揀，應(yīng)用十分普遍。 此次實驗設(shè)備的尺寸測量模塊的主要任務(wù)可總結(jié)為兩點:即定位、測量。要測量工件的各種尺寸，首先必須將工件定位準(zhǔn)確，再應(yīng)用邊緣提取等算法提取出相關(guān)檢測區(qū)域的特征，

17、最后進行尺寸的測量并輸出結(jié)果。3.2.1 尺寸測量的參數(shù)根據(jù)尺寸測量的任務(wù)特點即定位、測量兩大基本任務(wù)分析如下指標(biāo):（1）ROI寬度 此項指標(biāo)的設(shè)定僅對直線測量區(qū)域有效，決定測量時直線兩邊的多少范圍參與測量算法。理論上參與范圍越大，抗干擾能力越強。（2）邊緣指標(biāo) 邊緣指標(biāo)中包含邊緣組設(shè)置、邊緣選擇、邊緣強度與邊緣平滑等相關(guān)指標(biāo)的設(shè)定。其中邊緣組是決定測量結(jié)果是否以邊緣對的方式出現(xiàn)；邊緣選擇是對測量結(jié)果的選擇；邊緣強度是調(diào)節(jié)提取邊緣的敏感程度，若邊緣較弱，應(yīng)向“左”調(diào)整；邊緣平滑是選擇當(dāng)圖像受噪聲干擾嚴重時，先對圖像進行濾波處理。（3）插值方式 該指標(biāo)用于指定測量的精確度，精確度越高，算法執(zhí)行時

18、間越長。而通過分析選項的設(shè)置可以令控制是否為實時分析結(jié)果。四、儀器采集或測量的試樣4.1 字符識別試驗結(jié)果基于OCR字符識別的基本工作流程(即圖像采集、創(chuàng)建模版、圖像分析、輸出結(jié)果)的試驗操作步驟與MV-MVIPS 機器視覺圖像處理控制器軟件的結(jié)果如圖6至圖8所示:圖6采集的圖像圖7創(chuàng)建模版的界面圖像圖8方向矯正后的檢測結(jié)果4.2 尺寸測量試驗結(jié)果圖9模版繪制 根據(jù)尺寸測量的基本流程，先選擇一件標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，對其進行靜態(tài)圖像采集，然后選擇一張標(biāo)準(zhǔn)的圖像作為模版，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)模版相應(yīng)的區(qū)域尺寸作為后續(xù)尺寸測量的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合機器視覺實驗平臺上的攝像機采集待測物體靜態(tài)或動態(tài)圖像，將其送入計算機中的MVIPS軟件，軟件對每一幅實時采集的圖像定位，并與標(biāo)準(zhǔn)模版設(shè)置的檢測區(qū)