【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 算子，利用最小距離分類器，對(duì)五種加拿大小麥的識(shí)別，其準(zhǔn)確率分別為 100%、 94%、 93%、 99%和 95%。 X Lou 等人 對(duì)完整小麥和破損小麥的檢測(cè) 進(jìn)行了研究 ，分別采用基于統(tǒng)計(jì)分類器的 K最近鄰法和基于 BP 網(wǎng)絡(luò)分類器的檢測(cè)方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，基于 BP 網(wǎng)絡(luò)分類器的識(shí)別準(zhǔn)確率高于基于統(tǒng)計(jì)分類器的方法 [16]。 在醫(yī)藥業(yè)中，膠囊類的藥品包裝一般使用鋁塑板包裝，其優(yōu)點(diǎn)是方便、衛(wèi)生及密封性好。但存在漏裝、殘缺、漏粉等現(xiàn)象。 針對(duì)這一問題， 左奇等人提出一種基于局部二值化 的 視覺檢測(cè)方法 [17]。 相關(guān) 實(shí)驗(yàn)表明，檢測(cè)為合格品的正確識(shí)別率為 %，識(shí)別速率達(dá) 200 粒 /ｓ。 機(jī)器視覺檢測(cè)已經(jīng)滲入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。 成為保證產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒 論 － 5－ 課題背景及本文主要工作 注塑制品的應(yīng)用以輕工業(yè)和建筑業(yè)為主，目前在發(fā)達(dá)國(guó)家，其消費(fèi)比例可達(dá) 40％以上。隨著功能性塑料的開發(fā)，更多的注塑制品進(jìn)入醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域?，F(xiàn)在塑料作為一種新型材料，正在迅速進(jìn)入辦公室自動(dòng)化、海洋開發(fā)、信息產(chǎn)業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域，并逐漸向其他領(lǐng)域拓寬 [18]。 但是注塑產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)卻是令每個(gè)注塑企業(yè)頭痛的問題。如果不掌握正確的注塑質(zhì)量檢測(cè)方法，就很難控制注塑件的質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)一些意想不到的品質(zhì)問題，給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。一些注塑企業(yè)由于對(duì)注塑生產(chǎn)過程中的產(chǎn) 品質(zhì)量檢測(cè)方法不當(dāng)，經(jīng)常出現(xiàn)各種產(chǎn)品質(zhì)量問題（如：外觀、顏色、結(jié)構(gòu)、尺寸、強(qiáng)度、裝配不良等），造成注塑產(chǎn)品不良率高、批量退貨、客戶抱怨、延誤交期，導(dǎo)致注塑過程中廢品率高、料耗大、成本高，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力下降。 而現(xiàn)在國(guó)內(nèi)檢測(cè)工具多為 投影儀、精密高度尺、針規(guī)、量塊、半徑樣板、卡尺 等。而這些離線檢測(cè)方法不利生產(chǎn)過程的自動(dòng)化，不符合現(xiàn)代制造業(yè)檢測(cè)實(shí)時(shí)，在線，非接觸的 要求。于是現(xiàn)在少數(shù)大型注塑產(chǎn)品生產(chǎn)商，就開始采用機(jī)器視覺的辦法進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。正是這種基于機(jī)器視覺的檢測(cè)方法 使得注塑產(chǎn)品檢測(cè)過程的自動(dòng)化、智能化成為可能 。 基于此， 本文 將研究重點(diǎn)放在實(shí)現(xiàn)注塑制品的機(jī)器視覺檢測(cè)，提高注塑制品檢測(cè)的效率以及產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量 。 本文 在 東北大學(xué)流程工業(yè)與綜合自動(dòng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的注塑 生產(chǎn)過程基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器視覺技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng) ， 實(shí)現(xiàn)注塑制品的自動(dòng)質(zhì)量檢測(cè)，分揀，以及為注塑機(jī)控制提供定性控制反饋消息的功能。主要工作包括以下幾個(gè)方面： (1) 在調(diào)研注塑生產(chǎn)過程、查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文完成了基于機(jī)器視覺的注塑制品質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)要求，對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行選型， 搭建機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。 在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，利用 VC＋＋編寫攝像頭的控制代碼。改進(jìn)人機(jī)界面，增強(qiáng)軟件功能。用軟件實(shí)現(xiàn)理論研究的算法，對(duì)圖像進(jìn)行處理。 并 與注塑機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)交互控制。 (2) 針對(duì)所獲取的圖像存在背景、噪聲等干擾信息，不適于直接進(jìn)行缺陷檢測(cè)的問題，本文研究了相關(guān)的預(yù)處理算法。針對(duì)單一采用閾值或差影法進(jìn)行背景分割都存在缺陷的情況，本文采用先閾值后差影的方法，得到了優(yōu)于上述兩種算法的分割背景制品圖像。為了解決分割背景處理后，有可能出現(xiàn)的噪聲問題，本文 改變了常規(guī)的濾波步驟，東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒 論 － 6－ 在得到背景圖像前先 進(jìn)行 濾波， 然后再判別背景與目標(biāo)?？朔?鄰域平均法 對(duì)零散噪聲克服不足以及中值濾波方法在大面積噪聲處理時(shí)失效的問題。增強(qiáng)了背景分割算法對(duì)于外界環(huán)境變化的適應(yīng)能力，提高了算法的實(shí)用性。 (3)在取得滿意圖像的基礎(chǔ)，進(jìn)行制品缺陷的特征提取研究。首先，分析了 注塑制品質(zhì)量缺陷的特點(diǎn)， 提出將注塑制品缺陷分為形狀缺陷以及紋理缺陷分別進(jìn)行特征提取的思路 。 在形狀特征提取方面，本文提出一種兼顧實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性的方法， 利用 幾何特征檢測(cè)的迅速性對(duì)制品進(jìn)行初步的定性判斷 ， 如有缺陷的制品產(chǎn)生，再通過不變矩得到缺陷的細(xì)節(jié)特征。在紋理特征提取上，結(jié)合 灰度共生矩陣， Gabor 小波濾波器 各自的 優(yōu)點(diǎn)，對(duì)特征向量進(jìn)行優(yōu)化組合，減少了傳統(tǒng)方法的特征向量維數(shù)，在保證準(zhǔn)確率的情況下，提高了分類效率。 (4)最后， 對(duì) 注塑制品的缺陷檢測(cè) 方法進(jìn)行了研究 。選擇多分類支持向量機(jī)并根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求對(duì)分類器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 綜合應(yīng)用上述方法，實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器視覺的注塑制品 缺陷 檢測(cè)，獲得了較高的檢測(cè)正確率，較好的滿足了注塑制品檢測(cè)的要求 。 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 上一章介紹了機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)存在的問題及發(fā)展方向，為本文對(duì)機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)的研究奠定了基礎(chǔ)。 本章 首 先對(duì) 機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)的組成、原理及相關(guān)設(shè)備 選型進(jìn)行研究， 結(jié)合 實(shí)際 注塑生產(chǎn)過程 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了注塑制品視覺檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建；在 Visual C++ 編程環(huán)境下建立注塑制品視覺檢測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面，為后續(xù)工作提供基礎(chǔ)軟件平臺(tái)。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 基于機(jī)器視覺的檢測(cè)技術(shù)是一種有效的非接觸檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種加工件的在線檢測(cè)以及高精度、高速度的測(cè)量。典型視覺檢測(cè)系統(tǒng)由 CCD 傳感器、光學(xué)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)工作平臺(tái)等部分組成 [19]。本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖如圖 所示。 圖 注塑制品機(jī)器視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 視覺檢測(cè)系統(tǒng)的硬件由光源、 CCD 攝像機(jī)、圖像采集卡、工業(yè)計(jì)算機(jī)，機(jī)械臂組成；軟件為在 VC＋＋平臺(tái)下編寫的圖像獲取程序及其他相關(guān)功能組件。整個(gè)視覺系統(tǒng)的工作過程如下：首先由機(jī)械臂將注塑制品夾至兩臺(tái)攝像機(jī)的位置，拍取制品的正反兩面的圖像；然后通過 1394 采集卡將圖像傳送到工業(yè) PC 機(jī)，通過圖像處理軟件的運(yùn)算，得到制品的缺陷信息，并將這些信息發(fā)送到注塑生產(chǎn)控制上位機(jī)中；最后，控制系統(tǒng)根據(jù)所得到信息對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并控制分揀系統(tǒng)將缺 陷制品與合格制品分揀到不同位置。 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 視覺系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)優(yōu)劣直接關(guān)系到圖像獲取的效果，并且對(duì)圖像處理方法的選擇東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) － 8－ 以及檢測(cè)效果產(chǎn)生直接的影響。因此，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是視覺檢測(cè)系統(tǒng)搭建的重要環(huán)節(jié)。 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 獲得注塑制品的過程，稱之為注塑成型或者注射成型，或者簡(jiǎn)單的稱之為注塑 [20]。一個(gè)完整的注塑工藝流程主要由閉模、注射座前進(jìn)、注射、保壓、預(yù)塑計(jì)量、冷卻、開模、取出制品等程序組成， 如圖 所示。 注 射注 射 座前 進(jìn)閉 模 保 壓預(yù) 塑計(jì) 量冷 卻 開 模取 出制 品 圖 注塑機(jī)生產(chǎn)過程 為了在獲得制品待檢測(cè)信息的同時(shí)保證生產(chǎn)過程的連續(xù)、穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)使用視覺傳感器與取出機(jī)構(gòu)配合共同完成采集制品圖像信息 。本文根據(jù)機(jī)器視覺工作原理的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖 所示），以及注塑制品的特點(diǎn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型并將硬件系統(tǒng)組裝實(shí)現(xiàn)。 光 源生 產(chǎn) 過 程控 制 P C被 測(cè)物 體圖 像采 集 卡工 業(yè)P C視 覺傳 感 器 圖 機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng) 關(guān)鍵設(shè)備選型 機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選型與檢測(cè)的要求 息息相關(guān) ，本文 依據(jù) GBT 1448693 塑料件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn) ，在考慮最小可測(cè)的形狀以及紋理特征基礎(chǔ)上，查閱大量文獻(xiàn)，進(jìn)行了 相關(guān)實(shí)驗(yàn)， 確定了光源、數(shù)字?jǐn)z相機(jī)、光學(xué)鏡頭、采集卡以及工業(yè)計(jì)算機(jī)等 關(guān)鍵設(shè)備 。 (1)光源與照明方式 在機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)中，合適的光源與照明方式往往是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵 [21]。光源與照明方式的配合應(yīng)盡可能地突出物體的特征，在物體需要檢測(cè)的部分與那些不重要部分之間產(chǎn)生明顯區(qū)別，增加對(duì)比度；同時(shí)還應(yīng)保證足夠的整體亮度，使得物體位置的變化不影響成像的質(zhì)量。 LED 光源具有形狀自由、使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間短、顏色自由、綜合成本低等優(yōu) 點(diǎn)，且在外部條件 (外部光噪聲，目標(biāo)的傾斜，材質(zhì)和系統(tǒng)類型 ) 不斷變化的情況下 均 能持續(xù) 的 獲得對(duì)比鮮明的圖像 。因此 ，選用 LED 光源 作為視覺檢測(cè)系統(tǒng)的光源 。 在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室注塑制品特點(diǎn)，選用 線條照明方式 (單向照明 )，如圖 所示，實(shí)現(xiàn) 對(duì)東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) － 9－ 制品照明， 該照明方式可以通過對(duì) 照射角度的調(diào)節(jié)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)制品邊緣以及紋理特征的突出顯式，為實(shí)現(xiàn)對(duì)制品缺陷的檢測(cè)提供可靠的保證。 圖 CCS 公司 LDL/LDQ 系列 LED 燈 (2)數(shù)字?jǐn)z相機(jī) 由于 CCD 相機(jī)具有體積小巧、性能可靠、清晰度高等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用了 Basler公司的 CCD 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。相對(duì)于其他視覺系統(tǒng)而言，注塑制品體積較大、精度較高，因此，本設(shè)計(jì)選用了 200 萬像素 CCD 黑白攝像機(jī)；其型號(hào)為 Basler A641f，分辨率為12361624? ，傳感器類型為逐行掃描 CCD，機(jī)械光學(xué)接口為 C 型，外部接口為 IEEE 1394； (3)光學(xué)鏡頭 考慮到本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 測(cè)量距離固定、視場(chǎng)較大，且鏡頭必須與攝像機(jī)配合使用等因素，本設(shè)計(jì)選用了 Computar M1214MP 百萬像素固定焦距鏡頭，其焦距為 12mm，分辨率在中心和邊緣處超過 100 線對(duì) /mm，視場(chǎng)角 H： 、 V： 。 另外，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，光的反射作用對(duì)圖像的影響同樣不可忽視，而偏振片能夠使光的透振方向與景物周圍反射光的偏振方向垂直，可以消除光反射產(chǎn)生的影響，使得影像清晰，突出被檢測(cè)特征部分的信息。因此，本設(shè)計(jì)選用與鏡頭配套的偏振片，來減弱光反射對(duì) 于圖像所造成的影響。 (4)圖像采集卡 本設(shè)計(jì)針對(duì) Baslar 公司的 A641f 面掃描攝相機(jī)，選取了雙路 IEEE 1394 接口的圖像采集卡，其具有高速、穩(wěn)定、大緩存等特點(diǎn)，保持視覺傳感器與 PC 機(jī)之間的通訊與數(shù)據(jù)傳輸； (5)工業(yè)計(jì)算機(jī) 本設(shè)計(jì)選用惠普公司生產(chǎn)的 Pavilion(暢游人 )V1369 計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)采用強(qiáng)大的支持超線程技術(shù)的 Intel 64 位 PⅣ 處理器，全面支持 64 位應(yīng)用程序； 512M DDR2內(nèi)存，進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能；全新 nVidia Geforce 7300LE 顯卡，增強(qiáng)的視覺體 驗(yàn)； 80G 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) － 10－ 7200r/m 的高速大容量硬盤提供快捷方便的信息存儲(chǔ)。 硬件 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最重要的部分就是攝像頭與光源位置的選擇。攝像頭的安裝位置主要根據(jù)機(jī)械臂的工作流程來選?。ㄈ鐖D ）。本系統(tǒng)選用了機(jī)械臂上行與釋放兩個(gè)階段的位置，對(duì)注塑制品進(jìn)行圖像采集。在上述兩處位置進(jìn)行圖像采集不僅最大限度的獲取了制品正面與背面的信息，而且易于攝像機(jī)的安裝，便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。攝像機(jī) 1 與攝像機(jī) 2及其光源的布置如圖 、 所示。 下 行 前 進(jìn) 夾 持 引 拔 后 退上 行取 樣側(cè) 出釋 放復(fù) 位開 始 圖 機(jī)械臂工作流程圖 攝像頭 所在位置能夠 得到圖像正反兩面的信息，而且沒有改變?cè)镜淖⑺軝C(jī)生產(chǎn)過程，同時(shí)保證 了 圖像質(zhì)量 。 圖 攝像機(jī) 1 位置與光源 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) － 11－ 圖 攝像機(jī) 2 位置與光源 接下來將 雙回路 IEEE1394 圖像采集卡 插 入計(jì)算機(jī)內(nèi)， 通過兩條 1394 傳輸線， 與相機(jī)連接 ，并安裝相機(jī)驅(qū)動(dòng)。然后 進(jìn)行 光學(xué)調(diào)焦，得到清晰，且能突出圖像主要特征的圖像。 通過上述各個(gè)環(huán)節(jié)的選型與設(shè)計(jì)，完成了注塑制品機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建工作。系統(tǒng)如圖 所 示。 圖 注塑制品機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái) 本系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn) ： (1)該 設(shè)計(jì)沒有破壞生產(chǎn)的連續(xù)性，保證在正常的連續(xù)生產(chǎn)過程中也能得穩(wěn)定的圖像； (2)能夠得到注塑制品正反面的圖像信息； (3)通過高分辨率的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，能夠得到更精確的注塑制品的特征； (4)系統(tǒng)各個(gè)組成部分采用模塊化設(shè)計(jì)，易于改造與維護(hù)。 東北大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) － 12－ 軟件系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)軟件采用 采用 C++語(yǔ)言，在 VisualC++ 下開發(fā)調(diào)試。 與 Java 和 C等現(xiàn)代編程語(yǔ)言相比， C++在程序運(yùn)行的 效率、內(nèi)存使用的可控性和編程的靈活性上具有優(yōu)勢(shì)。并且 VisualC++平臺(tái)能夠提供良好的人機(jī)界面，便于用戶的操作和使用。軟件設(shè)計(jì)采用模塊式設(shè)計(jì)思路，各功能模塊都以主程序界面為初始啟動(dòng)界面，并通過主程序界面相聯(lián)系。本系統(tǒng)軟件具有良好的可靠性、易維護(hù)性、易擴(kuò)充性及易裝卸性。 軟件系統(tǒng)基本框架 本系統(tǒng) 采用 模塊化的設(shè)計(jì)思想，化整為零，將各個(gè) 功能 用相應(yīng)的模塊來設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，遵循由上至下的設(shè)計(jì)方法，首先根據(jù)系統(tǒng)的總體需求，將系統(tǒng)劃分為各個(gè)功能模塊 ：圖像采集與顯示模塊、系統(tǒng)通信模塊以及輔助功能模塊三部分。這樣不但增 加了程序的可讀性，也增加了程序的可維護(hù)性，使流程圖更加清晰明了，同時(shí)避免了大量的重復(fù)編程工作。 如圖 與圖 分別為 軟件的總體結(jié)構(gòu)流程圖和系統(tǒng)的 程序界面。 開 始圖 像 采