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机器视觉,智造之眼

发布时间:2017-05-16 作者:e-works 王慧敏  来源:e-works
关键字:机器视觉 智造 
机器视觉(Machine Vision)作为光电技术应用的一个特定领域,目前已经发展成为一个备受瞩目的行业。

    三、机器视觉系统模块构成
 
    一个完整的工业机器视觉系统是由众多功能模块共同组成,一般由光学系统(光源、镜头、工业相机)、图像采集单元、图像处理单元、执行机构及人机界面等模块组成,所有功能模块相辅相成,缺一不可。好的机器视觉系统能够为制造业提供更多有利于提高产品质量和生产效率的硬件支持。
 
机器视觉系统模块构成
 
图3 机器视觉系统模块构成
 
    图像获取:光源、镜头、相机、采集卡、机械平台
 
    图像处理与分析:工控主机、图像处理分析软件、图形交互界面
 
    判决执行:电传单元、机械单元
 
    其中,典型的基于PC的机器视觉系统通常由如图所示的几部分组成:
 
基于PC的视觉系统基本构成
 
图4 基于PC的视觉系统基本构成
 
    ①工业相机与工业镜头——这部分属于成像器件,通常的视觉系统都是由一套或者多套这样的成像系统组成,如果有多路相机,可能由图像卡切换来获取图像数据,也可能由同步控制同时获取多相机通道的数据。根据应用的需要相机可能是输出标准的单色视频(RS-170/CCIR)、复合信号(Y/C)、RGB信号,也可能是非标准的逐行扫描信号、线扫描信号、高分辨率信号等。
 
    ②光源——作为辅助成像器件,对成像质量的好坏往往能起到至关重要的作用,各种形状的LED灯、高频荧光灯、光纤卤素灯等都容易得到。
 
    ③传感器——通常以光纤开关、接近开关等的形式出现,用以判断被测对象的位置和状态,告知图像传感器进行正确的采集。
 
    ④图像采集卡——通常以插入卡的形式安装在PC中,图像采集卡的主要工作是把相机输出的图像输送给电脑主机。它将来自相机的模拟或数字信号转换成一定格式的图像数据流,同时它可以控制相机的一些参数,比如触发信号,曝光/积分时间,快门速度等。图像采集卡通常有不同的硬件结构以针对不同类型的相机,同时也有不同的总线形式,比如PCI、PCI64、Compact PCI,PC104,ISA等。
 
    ⑤PC平台——电脑是一个PC式视觉系统的核心,在这里完成图像数据的处理和绝大部分的控制逻辑,对于检测类型的应用,通常都需要较高频率的CPU,这样可以减少处理的时间。同时,为了减少工业现场电磁、振动、灰尘、温度等的干扰,必须选择工业级的电脑。
 
    ⑥视觉处理软件——机器视觉软件用来完成输入的图像数据的处理,然后通过一定的运算得出结果,这个输出的结果可能是PASS/FAIL信号、坐标位置、字符串等。常见的机器视觉软件以C/C++图像库,ActiveX控件,图形式编程环境等形式出现,可以是专用功能的(比如仅仅用于LCD检测,BGA检测,模版对准等),也可以是通用目的的(包括定位、测量、条码/字符识别、斑点检测等)。
 
    ⑦控制单元(包含I/O、运动控制、电平转化单元等)——一旦视觉软件完成图像分析(除非仅用于监控),紧接着需要和外部单元进行通信以完成对生产过程的控制。简单的控制可以直接利用部分图像采集卡自带的I/O,相对复杂的逻辑/运动控制则必须依靠附加可编程逻辑控制单元/运动控制卡来实现必要的动作。
 
    机器视觉系统工作原理
 
    机器视觉系统通过图像采集单元将待检测目标转换成图像信号,并传送给图像处理分析单元。图像处分析单元的核心为图像处理分析软件,它包括图像增强与校正、图像分割、特征提取、图像识别与理解等方面,从而根据判别输出目标的质量、规格测量等分析结果,分析结果并输出至图像界面或通过电传单元(PLC等)传递给机械单元执行相应操作,如剔除、报警等,或通过机械臂执行分拣、抓举等动作。
 
机器视觉系统工作原理
 
图5 机器视觉系统工作原理
 
    机器视觉系统的工作流程
 
    工件到达检测位置→ 向传感器触发脉冲→ 图像采集卡感应物件并开始工作→ 零件照明→工业摄像机等待扫描并输出→ 图像采集卡将数字图像存放到计算机内存中→处理器获取图像并把资料数据化→ 视觉软件对图像进行分析、识别→ 获取测量结果→ 离散输出,显示不良产品画面→控制流水线的动作或纠正误差。
 
机器视觉系统工作流程图
 
图6 机器视觉系统工作流程图
 
    从上述的工作流程可以看出,机器视觉系统是一种比较复杂的系统,因为大多数系统的监控对象都是运动物体,系统与运动物体的匹配和协调动作尤为重要,这些给系统各部分的动作时间和处理速度带来了严格的要求。在一些应用领域,例如机器人、飞行物制导等,整个系统或者系统的一些部件的重量、体积和耗电量都会有严格的要求。所以说,机器视觉是图像处理系统中最复杂的系统,需要在开发和设计中投入更多的精力。
 

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