1.引言
现代工业自动化生产中涉及到各种各样的检验、生产监视和零件识别应用,如汽车零配件批量加工的尺寸检查和自动装配的完整性检查、电子装配线的元件自动定位、IC上的字符识别等。通常这种带有高度重复性和智能性的工作是由肉眼来完成的,但在某些特殊情况下,如对微小尺寸的精确快速测量、形状匹配以及颜色辨识等控制工程网版权所有,依靠肉眼根本无法连续稳定地进行,其它物理量传感器也难以胜任。人们开始考虑用CCD照相机抓取图像后送入计算机或专用的图像处理模块,通过数字化处理,根据像素分布和亮度、颜色等信息来进行尺寸、形状、颜色等的判别。这种方法是把计算机处理的快速性、可重复性与肉眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合,由此产生了机器视觉测试技术的概念。
视觉测试技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术。与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同,视觉测试技术重点研究的是物体的几何尺寸及物体的位置测量,如轿车白车身三维尺寸的测量、模具等三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量以及共面性测量等,它可以广泛应用于在线测量、逆向工程等
2.机器视觉测试系统构成、分类及工作原理
2.1 系统构成与工作原理
(1)系统构成
典型的视觉系统一般包括光源、镜头、CCD照相机、图像处理单元(或图像采集卡)、图像处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等。
(2)工作原理
视觉系统的输出并非图像视频信号,而是经过运算处理之后的检测结果(如尺寸数据)。通常,机器视觉测试就是用机器代替肉眼来做测量和判断。
首先采用CCD照相机将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号。图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,如:面积、长度、数量、位置等。最后,根据预设的容许度和其他条件输出结果,如:尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等。上位机(如PC和PLC)实时获得检测结果后,指挥运动系统或I/O系统执行相应的控制动作(如定位和分类)。
2.2 系统分类
从视觉系统的运行环境分类,可分为PC—BASED系统和PLC—BASED系统。基于PC的系统利用了其开放性、高度的编程灵活性和良好的Windows界面,同时系统总体成本较低。PC—Based系统内含高性能图像采集卡,一般可接多个镜头,并提供库函数支持。目前世界一流的PC—Based视觉系统生产厂商美国Data Translation公司,其MACH 系列(如DT3155)和MV系列PC I工业视觉卡已经成为业界标准;配套软件方面,32位SDK for Windows95/98/NT提供C/C++编程用DLL,DT Active Open Layer可视化控件提供VB和VC++下的图形化编程环境,而DT Vision Foundry则是Windows下面向对象的机器视觉组态软件www.cechina.cn,用户可用它快速开发复杂高级的应用。类似的还有美国NI公司,该公司将机器视觉和运动控制功能与其被广泛应用的Labview虚拟仪器软件相结合,效果显著。
与美国公司大力发展PC结构相比,日本和德国公司在PLC—Based系统方面走在前列。在PLC系统中,视觉的作用更像一个智能化的传感器,图像处理单元独立于系统,通过串行总线和I/O与PLC交换数据。日本松下公司的Image Checker M100/M200系统可说是这方面的代表。该系统利用高速专用ASIC进行256级灰度检测,带逻辑条件和数学运算功能。系统软件固化在图像处理器中,通过类似于游戏键盘的简单装置对显示在监视器中的菜单进行配置,开发周期短,系统可靠性高,其新一代产品A1
10/A210体现了集成化、小型化、高速化和低成本的特点。欧姆龙、Keyence等公司也有类似的系统CONTROL ENGINEERING China版权所有,但在技术性能上相对简单,更适用于进行有无判别或形状匹配等。而德国Siemens公司的智能化PROFIBUS工业视觉系统SIMA