智能视觉检测与控制实验平台的研究与开发

周博文　李艳斌　吴亮红

摘 要：智能视觉检测与控制实验平台是一个基于机器视觉与智能控制的实验系统。文章给出了智能视觉检测与控制实验平台的研发设计思路，介绍了平台的框架结构，开发了基于工控机+运动控制卡+数据采集卡的控制系统方案，研制了在高速情况下的次品分离装置，开发了模块化的软件算法平台，并在实验系统平台上，验证了开发视觉检测实验的有效性和实用性。

关键词：视觉检测；智能控制；次品分拣；图像处理

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）04-0013-03

Abstract： The experiment platform of intelligent vision detection and control is an experimental system based on machine vision and intelligent control. This paper presents the research and design idea of the intelligent visual inspection and control experimental platform， introduces the frame structure of the platform， and develops the control system scheme based on industrial personal computer + motion control card + data acquisition card. The device for separating defective products at high speed is developed， and the modular software algorithm platform is developed. The validity and practicability of developing visual inspection experiment are verified on the platform of experimental system.

Keywords： visual detection； intelligent control； substandard sorting； image processing

人工智能和“中国制造2025”是当今的一个热门话题，而智能视觉技术是人工智能中的重要组成部分，伴随着计算机、图像处理算法、智能控制和成像技术及手段的不断发展，机器视觉技术已经应用到工业的各个领域，替代人工进行各种检测、定位和识别等，为产品的质量控制和生产线系统的可靠稳定运行提供关键技术保障[1][2]。因此智能视觉检测与控制实验平台的开发，为视觉检测及控制实验提供了帮助。

1 实验平台的设计思路

智能视觉检测与控制实验平台是机器视觉和控制技术在视觉在线检测、测量、识别与智能控制中的典型应用，实验平台是集机器视觉、光学成像、多传感器融合、计算机、数字图像处理和控制技术为一体的综合性高技术实验系统。

根据生产线在线检测、测量、识别与控制的要求，结合现代生产线上高速度、高精度等的特点，智能视觉检测与检测实验平台要求能模拟现代生产线的生产环境，使稳定和高效可行的视觉检测和基于视觉的智能控制方案的研究、开发、实验与测试成为可能，是机器视觉和智能控制技术在现在工业应用的集中体现[3][4]。

2 实验平台体系结构

2.1 机械结构

智能视觉检测与控制实验平台才有直线式传输方式，如图1所示，传送带中部设置有一个检测机柜，传送带的传送方向是从右向左运行，被测的物品从传送带进入中间的检测机柜，检测机柜是一个暗室环境，外界光对内部的影响很小，在检测机柜内设置有多个类型的LED光源系统和图像采集系统。

被测物品通过传送带，进入检测机柜后，触发光电传感器，检测机柜内的相机拍摄被测物品，并把图像传输到工控机中，通过图像处理算法，判断被测产品的尺寸、形状或者表面缺陷等情况，若认为是次品，则当被测产品通过传输带输出到次品剔除位置时，控制剔除器的动作，把次品剔除出生产线。

从图1可看出，智能视觉检测与控制实验平台的整体结构比较复杂，其传送系统、光学成像及视觉信息获取系统、运动控制部分等必须在整个实验平台的协调下，准确完成复杂的视觉检测、定位和测量等任务。

2.2 电气控制系统

在工业智能化生产线上，运动控制系统要求具有稳定性、灵活性和模块化的要求，因此，本文设计了基于工控机+运动控制卡+数据采集卡的电气控制部分的系统结构。其中，工控机是系统的关键和中心部分，主要是进行上位机的控制和人机交互，包括数据的分析、图像处理、目标识别等，另外还包括电机运行参数的调整和设置，并处理各硬件部件分工合作和协调控制[5]。

系统的底层运动控制由运动控制卡负责，主要负责电机的运动控制，如正反转控制、速度控制等，包括精确的位置控制；数据采集卡主要负责IO数据的采集和发送，包括一些IO的逻辑输入输出，以及传感器的数据采集、剔除器的动作等，控制系统的结构如图2所示。

3 系统的视觉信息获取

智能视觉检测与控制实验平台采用基于工业PC+工业相机的模式，完成整个视觉系统的应用。在实验平台中，图像采集由工业相机来完成，图像采集卡（包括网卡）负责图像的缓存、传输，有些还具备初步的处理的功能，实现工业相机的采集控制；工控机（工业PC）负责图像的识别、判断、分类和图像的理解等上层工作。基于工业PC+工业相机的模式无需设计较多的硬件电路，视觉系统的成本较低，灵活性很强，并且有很好的开放性，高度的编程灵活性和良好的Windows界面，還可自主灵活添加检测算法，软件完全可按照开发者的思路执行。endprint

4 次品分拣

次品的准确剔除是生产线上的重点和难点，因此，在智能视觉检测与控制实验平台上，才有直接击出和触发传感器计数的方法，判断当前产品是否为次品。次品分离的流程如图3所示。

次品分拣的执行动作过程如下：首先，被检测产品通过传送带进入检测区域，触发摄像机对产品拍照，检测软件判断分析该产品是否为合格品，若为合格品，则计数器Zt进行计数，若为次品，则通过图像再判断该次品是否可回收再次利用，若可回收，则计数器Xn计数，否则计数器Ym计数。当次品进入击出位时，击出位传感器判断产品是否到达，若达到，则通过计数器的标记判断是否为次品，若为次品，且为计数器Xn计数，则柔性击出进行回收处理，若为Ym计数则进行破坏性处理。

5 开放性软件模块设计

智能视觉检测与控制实验平台的软件采用模块化架构，主要分为四个类模块，分别是：运动控制类模块CMotionCard类、数据采集类模块CDataCard类、图像采集和处理类模块CImagingCard类、人机交互界面类模块CIFaceView类，四个类模块负责四个部分的软件，相互独立有统一协调，形成一个有机的整体，如图4所示。

实验平台中，根据以上的四个类模块，可以直接在软件中调用各个硬件的多种功能及选项，并能方便实现硬件的参数设置，实验平台的使用者无需知道与之相关的硬件知识就能在平台上做后续软件开发，使系统具备良好的可扩展性、通用性和实时性。

6 结束语

本论文研发了一套智能视觉检测与控制实验平台，平台外观如图5所示，通过分析和测试，验证了文章所提出来的机械体系和基于工控机+运动控制卡+数据I/O卡的电气控制系统的可行性和正确性及图像获取、次品分拣和软件算法平台的有效性和实用性。

参考文献：

[1]段峰，王耀南，雷晓峰，等.机器视觉技术及其应用综述[J].自动化博览，2002，19（3）：59-61.

[2]Feng Duan， Yaonan Wang， Huanjun Liu. A Real-Time Machine Vision System for Bottle Finish Inspection[J]. Proceedings of Eighth International Conference on Control， Automation， Robotics and Vision， 2004 （12）：842-846.

[3]王耀南，陳铁健.智慧工厂机器视觉感知与控制关键技术综述[J].中兴通讯技术，2016，22（5）：26-30.

[4]刘光明，文援兰，廖瑛.基于多种软件平台的卫星动力学仿真研究[J].系统仿真学报，2007，19（2）：308-311.

[5]胥磊.机器视觉技术的发展现状与展望[J].设备管理与维修，2016（9）：7-9.endprint