结合生产线的视觉检测实验系统设计

朱林安

（湖南金石分选智能科技有限公司 湖南省长沙市 410000）

1 机器视觉系统总体阐述

机器视觉系统主要是利用机器代替人眼来作各种测量和判断，先对目标物进行图像采集，再由相应的传输子单元进行数字处理，然后按照不同的图像分布、高亮像素、颜色信息以及整个图像的识别，具体过程可分为：目标长度的相对转换，整个识别结果的数字信息转换，以及按照转换后的数字信息对相关现场设备进行检测和控制。

1.1 视觉系统基本组成

对一个典型的工业机器视觉系统，它主要包括所需光源、镜头、工业相机到图像处理模块、处理软件以及监视器的输入和输出。在整个操作过程中光源起着非常重要的作用，它是机器视觉输入系统的主要组成部分，如果光源受外界因素影响到一定程度，就很难保证图像的整体稳定性，所以为可以保证图像效果的质量，应选择合适的光源。在选择光源时，我们应该考虑许多方面，例如光谱特性、强度、稳定性、结构和形状、发光面积的大小和构成。在工业应用中相机主要是指一个工业摄像头，这是视觉检查系统的重要部分。整个系统的基本作用可以被视为转换有序电信号的具体过程。对于选择相机，它不仅在要收集的图像的分辨率或形状中发挥着重要作用，而且在链接的正常和有序操作中也发挥着重要作用，换句话说，它采集了物体的颜色与形状并将其转换为数字信号发送给处理单元。镜头的主要作用是将目标成像在相机的光敏面上。镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能，合理地选择和安装镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。图像处理软件是整个机器视觉系统的重要组成部分。通过它，可以分析和处理各种相关的图像信息。通过有效的处理，可以找到与整体匹配的相关图像。寻找具有相同图像含义的相关图像。并将处理的结果发送给显示或者执行单元。显示器是整个图像处理软件的图像显示部分。它可以用来查看采集的图像，以外部连接形式的通信或输入输出单元通过系统本身连接到外部控制装置，然后进行相应的信息传输。该PLC 控制器通过输入输出单元的连续通信连接，不断地传送其特定的指令，并接收相应的数据。

1.2 整体工作流程

一般来说，一个比较完整的工业视觉过程是在被检测对象达到相应的检测范围时，对检测对象进行稳定的处理，然后发出图像采集信号；接收到信号后，采集系统启动相机设置进行拍摄；拍摄完所需的图像将图像转换到处理单元，并通过相关执行程序对处理后的图像进行具体分析，然后得到结果，将结果传输，控制动作完成。具体分析其检测特点可以概括为安全性、可靠性高、辨识性强、稳定性好、效率高等。因此机器视觉可以用来代替相应的人工视觉，以适应不适合人类生存的相对危险的环境工人。不是仅此而已，同时也要加强对其控制的准确性，提高自动化程度，由于其自身的完善，但集成度也逐步提高，才能够有效保证到了整个生产的高速有效实施。

2 视觉检测实验系统的设计与开发

2.1 实验设备和实验系统的基本架构

生产线的设计和开发主要包括机械结构和照明设备、成像系统和视觉检测识别的设计和研究算法。通过系统实践的实践，在工业实践中结合工业生产线的实际问题，总结过去的理论、过去的研究、过去的实践，视觉检测实验系统的设备主要配备有机器支撑结构、工业光源、模拟线、模拟线、模拟线、模拟线等，工业摄像机、工业镜头、监控系统和计算机包括TA、相关软件平面等。在现有组件的基础上，可基于实际工业生产线构建实验系统，设计、编程、实现视觉检测算法，并具有系统设计能力，提高算法设计和编程能力。特别是产品线、物流包装线、电子产品（零件方向检验）、饮料应用（切出和批检验）和医疗行业（医药业务）都可以正常进行。根据机器产品的基本结构（表面和结构缺陷等）进行设计和试验，确定瓶盖是否符合要求。

2.2 机械结构设计及照明装配

通用机架，设计加工功能多，兼容性好，扩展性强。机架为照明系统和成像设备提供整体结构和固定支撑，适用于大多数生产线。一个小的机器零件可以采购加工，结合具体的成长线应用，并可以满足不同的要求，员工可以发表自己的想法，然后再对相关零件进行整合。照明系统的优劣直接决定了视觉图像的质量，保证了后续视觉检测算法的稳定性，采用不同的照明系统来匹配一系列生产线及其检测项目的特点，照明材料的测量指标、反射功能和颜色，以及生产线上的可调装置。光源的亮度可以改变。机器结构和照明设备根据生产线的具体检验要求进行集成组装。我们考虑了光照方式、光照形状和光照色温对测试结果的影响。结合上述设备，我们调查机械结构和照明系统的重要性，进行目视检查，探索适当设施的设计，实践机械结构和LED 照明组件系统的综合理论知识。通过开发一种检测识别算法，可以有效地提高解决实际工艺问题的能力。

2.3 成像系统及视觉检测算法设计

在视觉检测技术的研究中，需要获取视觉信息，即光学成像系统的功能。根据现有光学成像系统，一种满足工业生产线所需的视觉检测请求的光学成像系统，例如多个成像相机（类型不同）和多个配置透镜（不同焦距视角等），选择了最佳的成像方法（相机和镜头），实现了最佳视觉图像信息的比例采集。可以用性能创建一个成像控制程序，使用下面的代码在相机SDK 中实现二次开发，根据下一步的图像信息进行处理。

传统的图像采集通常是具有最大分辨率和最大视场的图像。然而，对于许多工业生产线，例如，在高速下检测故障产品，可以选择高速成像，牺牲部分分辨率，并且检测和处理小产品通常需要的视觉信息仅限于在产品周围获取的图像，仅此部分不需要大视场。因此，传统的方法限制了视觉检测技术的应用。根据具体线路的情况，可以自行设计，利用二次开发技术提出合理的图像采集手段。

视觉检测技术是视觉系统中最核心的技术，类似于人脑的思维和判断。工业生产线视觉检测技术。基于现有的模拟线和照明成像系统，需要从相应的视觉信息图像分析中分析不同线和视觉图像的视觉传感，该视觉信息图像分析需要分析全局和局部部分的部分特征实现视觉检测。

在视觉检测过程中，有时需要进行图像增强优化。这是因为获取的图像对比度低，亮度不均匀，增强了直方图均衡、显著性增强等图像优化方法，快速获取了最重要的图像信息。

通过将成像系统和系统组装在组装好的机器结构和照明设备上，将成像系统和系统组装起来，利用成像系统的二次开发能力进行编程，将成像控制与视觉设计、图像传感器的深度统一起来，有可能对图像传感器有更深入的了解。改进的建模能力。系统集成和系统集成，系统集成和系统集成采用集成设计算法，通过集成设计算法获得最优的视觉图像，并自行设计视觉检测算法。

2.4 结合生产线的视觉检测实验系统的软件集成

图像处理模块是利用一个或多个数字信号处理器DSP 进行高速运算，以及一系列复杂的图像增强去噪、边缘化、捕获等图像。它的运行速度是主要特点，硬件可以抵抗EPEAT。按照检测对象的特点和检测目的，通过JTAG 接口将程序快速下载到DSP 和CPLD上，可以有效的提高整机的视觉检测效果。与实际生产线相结合，基于上述硬件平台和算法设计，实验室提供基本的模块代码。将每种算法转换为代码，并将软件与可视界面集成。软件功能基本上包括相机控制，优化和视觉检测。通过对整个系统的理解，掌握视觉检测的使用集成了软件集成，澄清了系统的软件和硬件组成，掌握了系统的设计和应用程序开发方法，并设置了每个组件的参数。

3 视觉检测系统的具体工业应用

当前工业时代的到来，工业视觉越来越流行。视觉监控系统的工业应用是近年来社会发展的主要推动力。在不断的发展中，某药品物流周转中心中越来越普遍的搬运药品包装箱，这些药品包装箱药品名称、条码和箱的尺寸大小不同。药品箱出入立体仓库，视觉监控系统它可以根据药品条码和箱的尺寸大小自动识别，分类放置和提取，可以从流水线上解决入库和出库的工作，能解决人工去寻找和搬运，大大的提高了药品的转运速度和工作效率。整个机器视觉系统是：用3d 相机，abb 机器手，光源，工控机（软件系统）。这里的3d 相机是一个工业相机加一个面激光传感器。光源是4 条线光源，4 条线光源组成一个正方形，把3d 相机围在中间。Abb 机器手是帮运药品箱的执行机构，也是相机和光源的安装架。Abb 机器手的第6 轴是一个吸盘，吸盘的前方还固定了3d 相机和光源。工控机是算法的运算机构和软件系统，也是abb 机器手和3d 相机的通信机构。主要工作流程；药品箱堆移动到指定位置，abb 机器手运动到拍照位置，触发拍照，工控机通过工业相机可以得到药品箱条码和xy 坐标，通过面激光传感器可以生成药品箱最上层的每一个点到面激光的距离。用算法组合在一起就可以获得，药品箱对应的3d 相机的xyz 坐标和药品类别，根据z 坐标将药品箱分层，然后识别最上层的药品箱。计算出最适合抓取的最上层的药品箱。将该药品箱的坐标转换成机器人坐标，然后通过tcp 协议将该坐标发送给abb 机器手。abb 机器手抓取该药品箱放到传送带上或指定位置，然后进行下一次拍照循环。工控机软件系统是整个系统的核心部分，可以对图像进行预处理、校正、对角处理，并对相关尺寸进行定位和识别。它主要是基于图像处理的程序。在线识别整个代码和座标，在此基础上，采用了图像灰度化、平滑和校正技术，增强了定位过程。在研究倾斜角度时，采用了相关的投影方法进行使用，激光测距，通过系统的连续实验，获得了大量的数据，从整体上看，系统稳定性强，对自动化的有效利用起到了重要的作用，并提供了相应的解决方案经验与下一步研究技术。但是，由于条件的限制，系统辨识与测试结果有时还存在个别差错。

4 包装生产线的自动打包技术应用

包装生产线是某珠宝公司的珠宝盒打包应用。该应用通过机器视觉，将彩色包装盒、特殊首饰盒及透明预包盒，与证书和皮绳袋从中转箱中用机器手放入专用的快递包装盒中。然后对打包好的快递包装盒进行检测。该应用中用机器视觉定位检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度，减少人工打包出错的概率。需要打包的物品放在中转箱中，由于物品比较多，为了达到项目要求，这里使用了2 个工位。选用2 个500 万像素彩色相机（Basler）和500 万像素16mm 镜头,选用穹形光源作为打光工具。在包装盒的流水线，选用500 万像素Basler 黑白相机和500 万像素16mm 镜头，选用白色漫反射面光源作为打光工具，包装盒打包完成后的外观检测。选用1 个500 万像素Basler 黑白相机和100 万像素8mm 镜头。整套系统使用一台工控机，工控机配备十个千兆网口。视觉系统再增配一台西门子PLC（型号为1215C）实现与产线和工控机的实时闭环交互功能。

中转箱的流水线上装着需要打包的物品的中转箱，运动到指定位置并停止，然后触发相机拍照，工控机获取图像，通过多模板匹配，获取物品的图像坐标与角度，通过手眼标定将图像坐标转换成机器手坐标，然后将坐标发送给机器手。与此同时，包装盒的流水线，也通过基于形状的模板匹配，将包装盒的坐标与角度发送给机器手，然后机器手在中转箱进行抓取并放入包装盒中。在包装盒的外观检测工位，用限定检测的范围和去背景的方法减少干扰。然后自动阈值获取盒子的面积，用面积来判断，包装盒的好坏。

5 结束语

由上可知，结合生产线的视觉检测系统的开发和应用能够理论学习和产业实践有效的结合在一起，应用此系统能够有效巩固基础理论知识的理解，能够全面提升工业生产质量，取得不错的效果。