視覺(jué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)題目：MV-BDP2000s 視覺(jué)皮帶傳送試驗(yàn)臺(tái)功能認(rèn)識(shí)試驗(yàn)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：測(cè)控技術(shù)與儀器 1401學(xué) 號(hào)：14040110X學(xué)生姓名：李二狗指導(dǎo)教師：龍旌設(shè)計(jì)時(shí)間：2017.11.06精選資料目錄11.1 試驗(yàn)臺(tái)主要構(gòu)成 11.1.1 機(jī)柜部分 21.1.2 傳送部分 21.1.3 視覺(jué)檢測(cè)部分 21.1.4 分選機(jī)構(gòu)部分 21.2 主要器件的關(guān)鍵指標(biāo) 21.2.1 工業(yè)數(shù)字相機(jī) 21.2.2 光源 3儀器操作及配置流程 42.1 視覺(jué)檢測(cè)部分的調(diào)試 42.1.1 調(diào)節(jié)相機(jī)前后位置的方法 52.1.2 調(diào)節(jié)相機(jī)高度的方法 62.1.3 調(diào)節(jié)光源高度的方法 62

2、.2 設(shè)備性能的調(diào)試 72.2.1 運(yùn)動(dòng)性能調(diào)試的參數(shù) 72.2.2 視覺(jué)檢測(cè)性能調(diào)試的步驟 883.1 OCR&OCV 字符識(shí)別指標(biāo)分析 83.1.1 OCR 檢測(cè)的參數(shù) 83.2 尺寸測(cè)量指標(biāo)分析 93.2.1 尺寸測(cè)量的參數(shù) 91 04.1 字符識(shí)別試驗(yàn)結(jié)果 104.2 尺寸測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果 124.3 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 15一、試驗(yàn)臺(tái)介紹本次試驗(yàn)中以維視數(shù)字圖像技術(shù)有限公司(MICROVISION )推出 MV-BDP200S 機(jī)器視覺(jué)皮帶傳送實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)(高級(jí)型)作為主要的實(shí)驗(yàn)設(shè) 備，主要針對(duì)小型電子產(chǎn)品的外形和外觀檢測(cè)等，應(yīng)用于提供高效的產(chǎn)品質(zhì)量 控制系統(tǒng)。本設(shè)備采用 MV-MVIPS 機(jī)器視

3、覺(jué)圖像處理控制器軟件，該軟件具 有強(qiáng)大的缺陷識(shí)別功能、測(cè)量功能、色差檢測(cè)、OCR&OCV 識(shí)別檢測(cè)，主要針對(duì)檢測(cè)各類小型機(jī)械或電子產(chǎn)品的外觀和外形，對(duì)于OK和NG產(chǎn)品實(shí)施分類管理放置。同時(shí)硬件上設(shè)計(jì)了組合式的照明及控制系統(tǒng)，創(chuàng)造了一個(gè)最優(yōu) 的光照系統(tǒng)及相對(duì)封閉的工作環(huán)境，有效的解決了環(huán)境對(duì)檢測(cè)精度的影響，同 時(shí)滿足了待檢產(chǎn)品對(duì)光照條件的要求。運(yùn)用強(qiáng)大的檢測(cè)及分析軟件工具對(duì)被測(cè) 產(chǎn)品進(jìn)行定位、測(cè)量、分析。1.1 試驗(yàn)臺(tái)主要構(gòu)成從整體外觀來(lái)看，設(shè)備可以分為以下幾個(gè)部分：機(jī)柜部分、傳送部分、視覺(jué)檢測(cè)部分、分選機(jī)構(gòu)部分。設(shè)備的整體視圖如圖 1所示：初覺(jué)檢洌部分機(jī)柜臺(tái)盼1 整體設(shè)備部分視圖1.1.1 機(jī)

4、柜部分機(jī)柜部分包括了運(yùn)動(dòng)控制的所有控制單元以及通訊單元，各控制單元及通訊單元合理地布局在機(jī)柜內(nèi)部，其線路及控制模塊均已安裝調(diào)試完成，不需要 做任何工作，注意：在日常使用中不要打開機(jī)柜蓋板以防造成設(shè)備損壞，除非要做設(shè)備維修。1.1.2 傳送部分傳送部分直觀看到得就是透明皮帶傳送帶以及帶動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)的滾軸。傳送帶的運(yùn)動(dòng)控制由機(jī)柜中的控制單元直接控制，包括運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度等等。1.1.3 視覺(jué)檢測(cè)部分視覺(jué)檢測(cè)部分由設(shè)備上端的暗色箱體、圖像處理系統(tǒng)和顯示器組成。在箱體內(nèi)包含了視覺(jué)檢測(cè)的所有模塊：相機(jī)、鏡頭、光源、相關(guān)線纜、各種夾持機(jī)構(gòu)；圖像處理系統(tǒng)包括：圖像處理器、通訊模塊以及相關(guān)通訊線纜。1.1.4

5、 分選機(jī)構(gòu)部分分選機(jī)構(gòu)的作用是， 根據(jù)信號(hào)來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分選處理， 這里的信號(hào)有兩種：OK 和 NG ， OK 代表產(chǎn)品合格、 NG 代表產(chǎn)品不合格。分選機(jī)構(gòu)包括：氣動(dòng)分選模塊、 產(chǎn)品存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。 BDP200S 設(shè)備一共用到 3 個(gè) I/O 端口， 其中 1路輸入端口， 2 路輸出端口。 MVIPS 軟件中的端口應(yīng)按照如下設(shè)置:輸入 :5 號(hào)端口；輸出 :OK 信號(hào) 6 號(hào)端口， NG 信號(hào) 7 號(hào)端口。1.2 主要器件的關(guān)鍵指標(biāo)本次實(shí)驗(yàn)中 MV-BDP200S 機(jī)器視覺(jué)皮帶傳送實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)（高級(jí)型）采用MV-MVIPS 機(jī)器視覺(jué)圖像處理控制器軟件對(duì)被測(cè)物件進(jìn)行缺陷識(shí)別、測(cè)量參數(shù)、色差檢測(cè)與外觀

6、外形檢測(cè)等基本識(shí)別與檢測(cè)?；跈C(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)中的視覺(jué)檢測(cè)部件的組成，本小節(jié)中基于課堂所學(xué)知識(shí)及查閱資料，主要分析其中的工業(yè)相機(jī)與光源的參數(shù)及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。1.2.1 工業(yè)數(shù)字相機(jī)本次實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)選用彩色工業(yè)數(shù)字相機(jī)1280 X 1024 ColorCCD ， CCD 是目前機(jī)器視覺(jué)最為常用的圖像傳感器。 CCD 工業(yè)相機(jī)作為機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為有序的電信號(hào)。選擇合適的 CCD 工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)， CCD 工業(yè)相機(jī)的質(zhì)量好壞不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時(shí)也與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接相關(guān)。( 1

7、)分辨率 (Resolution)相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)(Pixels) ， 對(duì)于數(shù)字工業(yè)相機(jī)一般是直接與光電傳感器的像元數(shù)對(duì)應(yīng)的，對(duì)于模擬相機(jī)則是取決于視頻制式， PAL 制為768*576 ， NTSC 制為 640*480 ，本實(shí)驗(yàn)中相機(jī)分辨率為 1280*1024 。( 2 )最大幀率(Frame Rate)/ 行頻 (Line Rate)相機(jī)采集傳輸圖像的速率，對(duì)于面陣相機(jī)一般為每秒采集的幀數(shù)(Frames/Sec) ， 對(duì)于線陣相機(jī)為每秒采集的行數(shù)(Hz) 。 本實(shí)驗(yàn)設(shè)備中對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的檢測(cè)速度指標(biāo)1.5s/ 件。( 3 )曝光方式(Exposure) 和快門速度(Shutte

8、r)對(duì)于線陣相機(jī)都是逐行曝光的方式， 可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時(shí)間可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個(gè)固定的時(shí)間；面陣工業(yè)相機(jī)有幀曝光、場(chǎng)曝光和滾動(dòng)行曝光等幾種常見方式，數(shù)字工業(yè)相機(jī)一般都提供外觸發(fā)采集圖像的功能?？扉T速度一般可到 10 微秒，高速工業(yè)相機(jī)還可以更快。( 4 )像元尺寸(Pixel Size)像元大小和像元數(shù)(分辨率)共同決定了相機(jī)靶面的大小。目前數(shù)字工業(yè)相機(jī)像元尺寸一般為3N1)-10仙m, 一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質(zhì)量也 越不容易提高。1.2.2 光源本次實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)選用 AFT-RL 系列環(huán)形低角度光源，這是一款專為機(jī)器視覺(jué)、工業(yè)檢測(cè)、工

9、業(yè)體視顯微鏡設(shè)計(jì)的高亮度LED 光源，亮度可調(diào)、低溫、均衡、無(wú)閃爍，無(wú)陰影，特有的內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需要加裝偏光片，減少光線干擾從而顯著提高圖像質(zhì)量，廣泛應(yīng)用于工業(yè)顯微、線路板照明、晶片及工件檢測(cè)、視覺(jué)定位等系統(tǒng)中。本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)選用的光源的型號(hào)為 AFT-RL12068W 其相關(guān)參數(shù)說(shuō)明如下:（ 1 ）型號(hào)說(shuō)明AFT: 公司名， RL: 環(huán)形光源， 120: 外徑尺寸單位mm ， 68: 內(nèi)徑尺寸單位mm 。（ 2） 角度與顏色光照角度 45 ， 光照顏色 （W）: 白色。（ 3） 工作電壓、電流及標(biāo)配控制器型號(hào)工作電壓 :18（V） ，工作電流:840（mA） ，標(biāo)配控制器:

10、AFT-ALP2430-02。二、 儀器操作及配置流程根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的相關(guān)注意事項(xiàng)要求，在首次檢測(cè)前，必須針對(duì)當(dāng)前要檢測(cè)的工件調(diào)整光源高度、亮度，相機(jī)曝光、增益等視覺(jué)參數(shù)， 以突出工件的特征檢測(cè)區(qū)域，便于進(jìn)行檢測(cè)；根據(jù)工件的重量、尺寸調(diào)整氣壓，確保可以將工件篩選出去；如果要調(diào)整皮帶的運(yùn)動(dòng)速度，則軟件中的 I/O 觸發(fā)延遲也要進(jìn)行調(diào)整，以確保可以準(zhǔn)確 （及時(shí) ） 觸發(fā)相機(jī)、啟動(dòng)氣壓閥。2.1 視覺(jué)檢測(cè)部分的調(diào)試如下圖 2 所示為視覺(jué)檢測(cè)部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，實(shí)驗(yàn)前調(diào)試的有圖中所示的 3 個(gè)位置。圖2視覺(jué)檢測(cè)部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖示三部分標(biāo)號(hào)作用分別為：:調(diào)節(jié)相機(jī)的前后位置；:調(diào)節(jié)相機(jī)高度；:調(diào)節(jié)

11、光源高度。2.1.1 調(diào)節(jié)相機(jī)前后位置的方法使用內(nèi)六角扳手，將下圖3所示位置的兩個(gè)固定螺絲松開，然后就可以前 后移動(dòng)相機(jī)位置。2.1.2調(diào)節(jié)相機(jī)高度的方法使用內(nèi)六角扳手，將下圖4所示位置的4個(gè)固定螺絲松開，然后就可以 上下移動(dòng)相機(jī)位置。圖4相機(jī)高度調(diào)整示意圖2.1.3 調(diào)節(jié)光源高度的方法使用內(nèi)六角扳手，將下圖5所示位置的4個(gè)固定螺絲松開，然后就可以 上下移動(dòng)光源位置。圖5光源高度調(diào)整示意圖2.2 設(shè)備性能的調(diào)試性能調(diào)試，就是要將設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)調(diào)節(jié)到一定范圍，使得設(shè)備能夠 滿足當(dāng)前項(xiàng)目檢測(cè)需求。主要有兩方面的調(diào)試：運(yùn)動(dòng)性能調(diào)試和視覺(jué)檢測(cè)性能 調(diào)試。2.2.1 運(yùn)動(dòng)性能調(diào)試的參數(shù)運(yùn)動(dòng)性能調(diào)試運(yùn)

12、動(dòng)性能注意包括以下方面：運(yùn)行速度、運(yùn)行方向、皮帶松 緊度、氣壓大小等。(1)運(yùn)行速度通過(guò)設(shè)備面板上的速度旋鈕調(diào)節(jié)。當(dāng)然，速度的大小需要根據(jù)實(shí)際使用情 況確定一個(gè) 合理的范圍。(2)運(yùn)行方向通過(guò)設(shè)備面板上的方向旋鈕調(diào)節(jié)。一般情況下，方向是從左至右運(yùn)行(上料在左側(cè)，導(dǎo)向塊處)。如果有特殊需求，可以改變運(yùn)行方向。(3)皮帶松緊度需要使用扳手調(diào)節(jié)設(shè)備滾輪。一般情況下，皮帶的松緊度在出廠時(shí)已經(jīng)調(diào) 節(jié)到最佳狀態(tài)，不需要客戶調(diào)節(jié)。(4)氣壓大小通過(guò)設(shè)備上的調(diào)壓閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。氣壓的大小需要根據(jù)使用情況確定，主要 考慮的是多大的氣壓可以將NG工件分選出來(lái)，這個(gè)需要進(jìn)行多次試驗(yàn)。2.2.1 視覺(jué)檢測(cè)性能調(diào)試的步驟視

13、覺(jué)檢測(cè)性能是一個(gè)綜合的性能要求。它受多方面因素的影響，包括：相機(jī)、鏡頭、光源、速度、觸發(fā)以及視覺(jué)軟件。（ 1 ） 最基本的要求是能清晰獲取圖像。 這種情況下， 我們可以先讓傳送帶處于靜止?fàn)顟B(tài)，然后將工件放置在相機(jī)正下方，然后通過(guò)調(diào)節(jié)“物距”、“曝光”、“光源亮度”、“光源高度”等等的視覺(jué)參數(shù)來(lái)最終獲取到清晰的圖像。（ 2 ）需要配合視覺(jué)軟件進(jìn)行檢測(cè)效果的驗(yàn)證。方法是在視覺(jué)軟件中采集圖像，并針對(duì)檢測(cè)需求配置合適的檢測(cè)程序。（ 3 ）當(dāng)程序配置好后，就可以開啟傳送帶，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行，觀察檢測(cè)效果，并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。三、 儀器主要測(cè)量指標(biāo)分析鑒于本次實(shí)驗(yàn)中的 MV-BDP200S 機(jī)器視覺(jué)皮帶傳送實(shí)驗(yàn)開

14、發(fā)平臺(tái)主要針對(duì)小型電子產(chǎn)品的外形和外觀檢測(cè)的功能特性，以及MV-MVIPS 機(jī)器視覺(jué)圖像處理控制器軟件所具有強(qiáng)大的缺陷識(shí)別功能、測(cè)量功能、色差檢測(cè)、尺寸測(cè)量、 OCR&OCV 識(shí)別檢測(cè)等功能模塊。本次實(shí)驗(yàn)中利用其先進(jìn)的圖像處理算法及基于輪廓定位和模板匹配相結(jié)合的識(shí)別技術(shù)，分別進(jìn)行了字符識(shí)別試驗(yàn)和尺寸檢測(cè)試驗(yàn)，下面分別對(duì)兩組試驗(yàn)進(jìn)行儀器測(cè)量指標(biāo)分析。3.1 OCR&OCV 字符識(shí)別指標(biāo)分析OCR&OCV 檢測(cè)大概可分為兩個(gè)步驟， 一是提取， 二是識(shí)別。 其功能描述大致如下 :采集到一張標(biāo)準(zhǔn)圖像后，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)模版，在此基礎(chǔ)上針對(duì)檢測(cè)要求設(shè)置矩形檢測(cè)區(qū)域，并訓(xùn)練字符集，然后對(duì)拍攝的每張被檢測(cè)對(duì)象的圖像

15、進(jìn)行實(shí)時(shí)OCR&OCV 檢測(cè)，檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象的缺陷或者根據(jù)OCR 檢測(cè)進(jìn)行分類。為了適應(yīng)復(fù)雜、 多種多樣的被測(cè)對(duì)象， 此功能模塊提供OCR 和 OCV 兩類不同的算法模塊。OCR 支持矩形檢測(cè)區(qū)域設(shè)置不同的屬性，選用不同的算法和子庫(kù)；OCV 可以檢測(cè)字符上的微小缺陷。3.3.1 OCR 檢測(cè)的參數(shù)OCR 檢測(cè)中的主要操作流程可分為 5 個(gè)過(guò)程 : 獲得模版圖像； 創(chuàng)建模版； 模版分析； 保存模版； 開始檢測(cè)。 其測(cè)量指標(biāo)的設(shè)置與分析都包含在過(guò)程 和 中，選取主要參數(shù)分析如下 :（ 1） 起始角度和角度范圍起始角度是指算法搜索的起始角度，根據(jù)目標(biāo)可能變化的角度范圍設(shè)定，而角度范圍是指從起始角度開

16、始，控制算法在多大角度范圍內(nèi)搜索目標(biāo)，設(shè)置時(shí)應(yīng)在允許的情況下，盡可能小。（ 2 ）檢測(cè)級(jí)別設(shè)定該區(qū)域檢測(cè)精度級(jí)別， 0 級(jí)為不檢測(cè)， 1 級(jí)為最低精度檢測(cè)， 2 級(jí)、 3 級(jí)、4 級(jí)、 5 級(jí)檢測(cè)精度級(jí)別逐步提高，一般默認(rèn)為 3 級(jí)。（ 3 ）匹配相關(guān)用來(lái)表示該矩形檢測(cè)區(qū)域和哪個(gè)匹配矩形關(guān)聯(lián)。設(shè)置關(guān)聯(lián)后，該矩形檢測(cè)區(qū)域的位置隨之關(guān)聯(lián)區(qū)域的配準(zhǔn)信息做相應(yīng)的變化。3.2 尺寸測(cè)量指標(biāo)分析尺寸測(cè)量是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用最普遍的功能，特別是在自動(dòng)化制造行業(yè)中，包括物件的長(zhǎng)度、孔徑、直徑等都是典型的物件待測(cè)幾何參數(shù)?；跈C(jī)器視覺(jué)的尺寸測(cè)量技術(shù)屬于非接觸性測(cè)量，具有檢測(cè)精度高、速度快、成本低、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，

17、不但可以獲取在線產(chǎn)品的尺寸參數(shù)檢測(cè)，同時(shí)可對(duì)產(chǎn)品做出在線實(shí)時(shí)判定和分揀，應(yīng)用十分普遍。此次實(shí)驗(yàn)設(shè)備的尺寸測(cè)量模塊的主要任務(wù)可總結(jié)為兩點(diǎn) : 即定位、測(cè)量。要測(cè)量工件的各種尺寸，首先必須將工件定位準(zhǔn)確，再應(yīng)用邊緣提取等算法提取出相關(guān)檢測(cè)區(qū)域的特征，最后進(jìn)行尺寸的測(cè)量并輸出結(jié)果。3.2.1 尺寸測(cè)量的參數(shù)根據(jù)尺寸測(cè)量的任務(wù)特點(diǎn)即定位、測(cè)量?jī)纱蠡救蝿?wù)分析如下指標(biāo):（ 1 ） ROI 寬度此項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)定僅對(duì)直線測(cè)量區(qū)域有效，決定測(cè)量時(shí)直線兩邊的多少范圍參與測(cè)量算法。理論上參與范圍越大，抗干擾能力越強(qiáng)。（ 2 ）邊緣指標(biāo)邊緣指標(biāo)中包含邊緣組設(shè)置、邊緣選擇、邊緣強(qiáng)度與邊緣平滑等相關(guān)指標(biāo)的設(shè)定。其中邊緣組

18、是決定測(cè)量結(jié)果是否以邊緣對(duì)的方式出現(xiàn)；邊緣選擇是對(duì)測(cè) 量結(jié)果的選擇；邊緣強(qiáng)度是調(diào)節(jié)提取邊緣的敏感程度，若邊緣較弱，應(yīng)向“左” 調(diào)整；邊緣平滑是選擇當(dāng)圖像受噪聲干擾嚴(yán)重時(shí)，先對(duì)圖像進(jìn)行濾波處理。（ 3 ）插值方式該指標(biāo)用于指定測(cè)量的精確度，精確度越高，算法執(zhí)行時(shí)間越長(zhǎng)。而通過(guò)分 析選項(xiàng)的設(shè)置可以令控制是否為實(shí)時(shí)分析結(jié)果。四、 儀器采集或測(cè)量的試樣4.1 字符識(shí)別試驗(yàn)結(jié)果基于 OCR 字符識(shí)別的基本工作流程（即圖像采集、創(chuàng)建模版、圖像分析、輸出結(jié)果 ）的試驗(yàn)操作步驟與MV-MVIPS 機(jī)器視覺(jué)圖像處理控制器軟件的結(jié)果如圖 6 至圖 8 所示 :圖6采集的圖像圖7創(chuàng)建模版的界面圖像圖8方向矯正后的檢測(cè)結(jié)果4.2 尺寸測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)尺寸測(cè)量的基本流程，先選擇一件標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行靜態(tài)圖像采集， 然后選擇一張標(biāo)準(zhǔn)的圖像作為模版，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)模版相應(yīng)的區(qū)域尺寸作為后續(xù)尺 寸測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合機(jī)器視覺(jué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的攝像機(jī)采集待測(cè)物體靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖像，將其送入計(jì)算機(jī)中的 MVIPS軟件，軟件對(duì)每一幅實(shí)時(shí)采集的圖像定位,圖9模版繪制并與標(biāo)準(zhǔn)模版設(shè)置的檢測(cè)區(qū)域尺寸進(jìn)行對(duì)比，給出最終的結(jié)果。其實(shí)驗(yàn)中的檢 測(cè)流程與結(jié)果如圖 9 至圖 11 所示 :*，匚曲*6 l*i 1金.3* fellP：Im