CCD尺寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、CCD寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì).txt 8-人行，必會發(fā)情 二人行，必會激情 三人行 , 必有奸情就不會被珍惜。真實(shí)的女孩不完美，完美的女孩不真實(shí)。得之坦然，失之淡然，順其自然，爭其必然。本文由 888 王磊 888 貢獻(xiàn)doc 文檔可能在WA嘲瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。機(jī)械制造與研究江潔 CCD尺寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)CCD 尺寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)江潔1 ， 2( 1 浙江工業(yè)大學(xué)，浙江 杭州 310032; 2 麗水學(xué)院機(jī)電建工學(xué)院，浙江 麗水323000) 摘 要 : 零件尺寸精度檢測技術(shù)手段的創(chuàng)新與提升能是降低生產(chǎn)成本和提

2、高產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵之一。 主要介紹了基于CCD 的尺寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)裝置的設(shè)計(jì)，包括獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，圖像系統(tǒng)照明方案的設(shè)計(jì)，并利用系統(tǒng)軟件對零件尺寸進(jìn)行檢測，同時(shí)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做了誤差分析。關(guān)鍵詞 : CCD; 尺寸檢測; 圖像獲取5276( 2010) 04000703中圖分類號: TH12; TP391 41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B 文章編號: 1671-Design of Image Acquisition System for CCD Size Online Inspection2 JIANG Jie1 ， ( 1 Zhejiang University of Technology ，

3、 Hangzhou 310032， China;2 School of Mechanoelectronic and Construction Engineering， Lishui University ，Lishui 323000 ， China)Abstract: The innovation and upgrade of Part size precision detection are ableto reduce the product cost and improve the product quality This paper introducesthe design of ima

4、ge acquisition system for CCD size online inspection， includingthe design of the system structure and the image system lighting method， uses thesystem software to detect the part size ， and then analyzes the measurement error Key words: CCD; dimension detection; image acquisition0引言計(jì)出 一 套 圖 像獲 取 系 統(tǒng)

5、 ， 流 程如圖1 所 其 示。在圖1 中， 圖像采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)將隨著電子技術(shù)、光學(xué)檢測技術(shù)的發(fā)展，基于固態(tài) CCD圖像傳感技術(shù)的圖像測量系統(tǒng)得到 了很快的發(fā)展，形成了 一種新的測量技術(shù) 圖像測量技術(shù)。圖像獲取系統(tǒng)在整個(gè)圖像處理系統(tǒng) 中 具 有 重 要 的 作 用。它 負(fù) 責(zé) 將 現(xiàn) 實(shí) 中 的物體圖像通過輸入設(shè)備采集下來，將圖像的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最終輸入計(jì)算機(jī)，為計(jì)算機(jī)處理程序庫提供準(zhǔn)備處理的現(xiàn)場采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并在輸出設(shè)備中顯示出來。 圖 像獲取系統(tǒng)直 接 影 響 采 集 到 的 圖 像 品 質(zhì) 和 后 續(xù) 的圖像處理效果。在此設(shè)計(jì)了一套工件圖像獲取裝置。1 圖像獲取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在工業(yè)

6、圖像處理應(yīng)用系統(tǒng)的最初始端便是圖像獲取系統(tǒng)， 它主要由攝像機(jī)、圖像采集卡 和光源組成。對圖像有用信息的獲取是工件尺寸自動檢測系統(tǒng)首要關(guān)鍵問題。由于現(xiàn)場拍攝所得的工件表面圖像受環(huán)境、照明以及攝像機(jī) 本身等因素的影響，會使圖像出現(xiàn)降質(zhì)現(xiàn)象。圖像的噪 聲對后期識別中紋理、形態(tài)、 色度特征的提取有重大影響，直接關(guān)系到識別結(jié)果的準(zhǔn)確度， 因此必須選擇合理的圖像獲取結(jié)構(gòu)。在參考國內(nèi)外關(guān)于零件尺寸在線自動檢測系 統(tǒng) 和 相 關(guān)的工業(yè)檢測系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 基 礎(chǔ) 上， 設(shè)Machine Building A utomation , A ug 2010 ,4): 79 39(機(jī)械制造與研究江潔 CCD尺寸在線檢測

7、系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)待測工件圖像采用CCD 攝像機(jī)獲取，圖像采集卡將視頻模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像井輸入計(jì)算機(jī)， 以備后續(xù)對圖像作進(jìn)一步的處理。伴隨數(shù) 字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)碼攝像機(jī)性能的提高，也可以 直接采用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)完成圖像的采集。圖1圖像獲取系統(tǒng)流程圖根據(jù)設(shè)計(jì)的工件圖像獲取系統(tǒng)流程圖，設(shè)計(jì) 的工件尺寸在線檢測裝置的圖像獲取系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖 2 所示。工件尺寸檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 該系統(tǒng)主要由照明裝置、圖像采集裝置及初步處理系圖2作者簡介: 江潔 ( 1981 )， 浙江麗水人，女， 講師， 本科， 主要從機(jī)械設(shè)計(jì)和液壓傳動教學(xué)工作。Machine BuildingA utomation , A ug 2

8、010 , 4): 79 39(, 7 ,機(jī)械制造與研究江潔 CCD尺寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)等三個(gè)部分組成。系統(tǒng)硬件由測量平臺6 、 CCD 攝像機(jī) 4 、 圖像采集卡5 、 計(jì)算機(jī)7 等組成。 平臺以圖像傳感器為測量探頭，采用分布式多探頭的布局與同時(shí)采樣的策略，主要采用機(jī)械定位系統(tǒng)、圖像傳感器測座、數(shù)字圖像處理技術(shù)， 對于不 同的測量項(xiàng)目，采用不同的組合方案，在流水 線 產(chǎn)品變化時(shí)，只要按新的工件測量要求，重新布 局標(biāo)定 后即可工作。測量平臺上表面放置待檢測工件，光源采用白色 LED 環(huán)形冷光源。圖像采集系統(tǒng)是由CCD 攝像機(jī)和圖像采集卡組成。CCD 的工作原理是通過光學(xué)成像系統(tǒng)

9、將景物圖像成在CCD 的像敏面上，像敏面 將照在每個(gè)像敏單元上的圖像照度信號通過光電效應(yīng)， 將物體的反射光線按亮度強(qiáng)弱轉(zhuǎn)變 成相應(yīng)數(shù)目的載流子，在某一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，CCD 器件在轉(zhuǎn)移脈沖的作用下將門極上收集到的電子量轉(zhuǎn)移到CCD 的移位寄存器中，在圖像采集卡作中，通過放大電路對信號進(jìn)行放大， 再經(jīng)過 A /D 轉(zhuǎn)換將模擬信號的一系列 有 目的性的處理轉(zhuǎn)變成為數(shù)字信號。數(shù)字信號保存到計(jì) 算機(jī)或者其他處理器進(jìn)行圖像或圖形的處理， 從而獲取相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)。圖 3 是基 于 CCD 與鏡頭的視覺系統(tǒng)成像原理圖。CCD與圖像采集卡工作流程如圖 4所示。存， 也可以是計(jì)算機(jī)內(nèi)存。系統(tǒng)的工作原理如 下 :

10、 由 照 明 系 統(tǒng) 的 LED 光 源 發(fā)出 的光均勻地照射到檢測平臺上面的工件上，透射光經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)將工件圖像成像在 CCD 攝像機(jī)上。CCD 將接受到的光信息轉(zhuǎn)換成電信號，并通過視頻線輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像采集卡中，圖像采集卡對CCD 攝像機(jī)傳送來的視頻信號進(jìn)行放大、濾波、 采樣、 量化、 編碼等處理，得到數(shù)字圖像信號，并將其寫入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，然后進(jìn)行產(chǎn)品評價(jià)圖3CCD 與鏡頭的視覺系統(tǒng)成像原理圖圖4CCD 與圖像采集卡工作流程對于圖像采集卡，視頻圖像信號經(jīng)多路切換A /D 變換器，將數(shù)字化的圖像數(shù)器、 解碼 器、 據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖器，經(jīng)裁剪、比例壓縮及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，由內(nèi)部控制圖形覆蓋與

11、數(shù)據(jù)傳輸， 數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)位置由軟件確定，可以是顯機(jī)械制造與研究江潔 CCD尺寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，完成尺寸測量所需的邊沿特征量的提取，處理、 評價(jià)、 數(shù)據(jù)庫管理?？蓪?biāo) 準(zhǔn)工件和被測工件逐一進(jìn)行測量，保存測量結(jié)果。最后輸出被測工件相對于標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸偏差。 2 2 1 照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)檢測光源定性差以及雜光過大等不利影響?？紤]到使用壽命、 成本價(jià)格等其他因素，設(shè)計(jì) 的尺寸檢測系統(tǒng)選用白色環(huán)狀LED 光源作為照明光源。2 2 照明方式光源可分為自然光源和人造光源兩類。自 然光源使用不方便且其發(fā)光特性不容易控制，一般不適合用作圖像采集系統(tǒng)的照明光源。在工業(yè)檢測應(yīng)用中，常常使用人

12、造光源。人造光 源有許多種，諸如鹵素?zé)?、熒光燈、日光燈、LED 照明光源、激光、 高頻熒光燈等。各種光源特性如表1 所示， 選用時(shí)一般根據(jù)環(huán)境狀況來定。表 1 燈類 光色 各類光源的比較壽命 /h 特點(diǎn)鹵素?zé)?白色、 偏黃 便宜 熒光燈 000 LED 光源 紅黃綠白藍(lán)體， 形狀多 電致發(fā)光管0005000 7 000 發(fā)熱多，較 6 000 7 白色、 偏綠 便宜 6 000 10 000 發(fā)熱少，固 由發(fā)光頻率定5 000 7 發(fā)熱小，較便宜LED 是現(xiàn)今在工業(yè)檢測中比較常用的發(fā)光光源。由于它具有體積小、重量輕、光源單色 性好、 發(fā)光亮度高、度便于集中調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，亮 目前正廣泛應(yīng)用于數(shù)字儀

13、表顯示和CCD 應(yīng)用 技術(shù)中。 LED 作為半導(dǎo)體光源，它光譜分布與半導(dǎo)體光電接收器光譜響應(yīng)相匹配，這既能節(jié)省能量，又能減少多余能量而造成的熱穩(wěn) 8 -目前， 常用的光源照射方式有背光照、前光 照、 同軸光 照 3 種方式，如圖 5 所示。其中，背 光照是指光源放在物體的后面，被測物體放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠產(chǎn)生比較清晰、 明確的邊緣，能獲得高對比度的圖像，見 圖 5( a) 。前光照指的是從攝像機(jī)的角度看光源放在物體前面， 光源和攝像機(jī)位于被測物體的同側(cè)面，光源產(chǎn)生具有一定方向性的光線從物體正面的某一角度對物體進(jìn)行照射，能夠產(chǎn)生必要的陰影，并且很容易實(shí)現(xiàn)，但是也可能產(chǎn)生一些不必要

14、的陰影，并且對物體的照明可能不均 勻， 但這種方式便于安裝，見圖 5( b) ; 同軸光 法是指將燈源置于被測物與攝像機(jī)之間，這種 類型的光源對檢測高反射的物體有幫助，高密 度的 LED 陣列發(fā)射出高強(qiáng)度均 勻光， 該光源 具有非常均勻的光分布，適合于工件表面劃痕 的檢測，見圖 5( c) 。檢測系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中要對多個(gè)種類多種系列零件的各種尺寸與形狀精度進(jìn)行檢測，考慮到圖像處理中要求背景灰度值高且均勻，物 體目標(biāo)邊緣灰度值低，反差較大，易于提取物 體邊緣等因素，擬采用圖5( a) 與圖 5( c) 組合 的方式，在測量平臺下面設(shè)置下光源， 上光源與CCD 同軸 安裝， 這種方式能適應(yīng)各種類型

15、單向器的尺寸與表面劃痕http:II ZZHD chinajournal net . cn E-mail: ZZHDhainajournal net . cn機(jī)械制造與自動化機(jī)械制造與研究江潔 CCD尺寸在線檢測系統(tǒng)的圖像獲取系統(tǒng)設(shè)計(jì)測量領(lǐng)域。其測量原理是通過對被測物體圖像邊緣的處理和計(jì)算從而獲得物體的幾何參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對 物體的 精確 測量。圖5照明方式圖 6 獲取的工件局部圖像的檢測，可以使工件圖像目標(biāo)邊緣特征得到增強(qiáng)，在后續(xù) 圖像處理中可以比較容易地將目標(biāo)特征進(jìn)行提取并識別出來。 照明光源采用白色環(huán)通過圖 2 設(shè)計(jì)的圖像獲取系統(tǒng)，形 LED 光源， 將工件移動到圖像的視場中，通過采樣命令將圖

16、像與工作臺坐標(biāo)值讀入計(jì)算機(jī)， 再由圖像采集系統(tǒng)將工件的局部放大圖形采樣后讀入圖像處理計(jì)算機(jī)，得到的 圖像如圖 6 所示， CCD 所采集的圖像，經(jīng) 灰度不均勻、物 體邊緣模糊，很難直接達(dá)到測試的要求，經(jīng)過灰度過濾處理、 二值化處理等必要的數(shù)字圖像處理后，得到理想的二值圖像如圖7 所示， 邊界清晰，灰度分明。圖 7 工件二值圖形3測量數(shù)據(jù)及誤差分析圖像測量技術(shù)就是將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用到精密表2本臺檢測系統(tǒng)主要用于檢測軸類零件的幾何尺寸，完成軸段的直徑、高度、 倒角寬、倒角高的測量，并可進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的處理、報(bào)表打印、自動對焦等功能。通過計(jì)算機(jī)可監(jiān)控測量全過程，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的自動采集、存儲及結(jié)果處

17、理等。以階梯軸為例，測量數(shù)據(jù)如表2 所示。階梯軸關(guān)鍵尺寸影像測量檢測結(jié)果各段軸徑測量參數(shù)人工測量值圖像測量值絕對誤差相對誤差軸徑d1 14 98 mm 15 001 mm 0 021 0 140%軸徑d2 29 95 mm 29 973 mm 0 023 0 077%軸徑d3 39 97 mm 40 001 mm 0 031 0 078%軸徑d4 31 92 mm 31 947 mm 0 027 0 085%軸徑d5 22 97 mm 22 948 mm 0 022 0 096%軸徑d6 15 96 mm 15 938 mm 0 022 0 138%可見測量結(jié)果基本滿足技術(shù)要求。數(shù)字圖像測量系統(tǒng)的測量精度，主要與所使用的CCD設(shè)備的分辨率、被測 零件的大小以及CCD 的充滿度相關(guān)。如果采用高分辨率的 CCD 攝像機(jī)， 則零件的測量精度可達(dá)到更高的水平，即 可滿足一般工業(yè)生產(chǎn)中高精度測量的要求?？梢?， 采用先 進(jìn)的測量設(shè)備，配置合適的實(shí)驗(yàn)對象，就可達(dá)到相應(yīng)的測量精度要求。參考文獻(xiàn): 1 容觀澳計(jì)算機(jī)圖像處理 北京 : 清華大學(xué)出版社，M 2002 2 霍宏濤， M 林小竹，何薇 數(shù)字圖像處理 北京 : 北京理工大2002 學(xué)出版社， 3 夏良正數(shù)字圖像處理 南京 : 東南大學(xué)出版社，M1999 4