基于LabVIEW的流水線產(chǎn)品外觀檢測技術(shù)研究

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(中原工學院，鄭州 450007)

圖像測試系統(tǒng)一般由圖像獲取與采集、圖像分析與處理、結(jié)果輸出與顯示3部分組成。圖像的獲取與采集是圖像數(shù)據(jù)分析與處理的前提。在LabVIEW系統(tǒng)中，對圖像數(shù)據(jù)的獲取與采集主要由以計算機為核心的硬件平臺來完成。在計算機硬件平臺的基礎(chǔ)上，編寫測試軟件用于完成流水線產(chǎn)品外觀檢測任務，便構(gòu)成了流水線產(chǎn)品外觀檢測的虛擬儀器[1]。

以往的流水線產(chǎn)品外觀檢測方法都沒能很好地解決系統(tǒng)自動化圖像采集與產(chǎn)品到達預定位置進行產(chǎn)品外觀檢測相結(jié)合的問題，為此，本文對流水線產(chǎn)品外觀檢測技術(shù)進行分析探討。

1 硬件電路設計

圖1是對流水線產(chǎn)品到達預定位置進行檢測的硬件電路設計部分框圖。系統(tǒng)的元件組成如表1所示。

圖1 產(chǎn)品檢測硬件電路設計部分框圖

表1 位置檢測系統(tǒng)組成

2 單片機程序設計

單片機的控制流程如圖2所示。電路板電源開啟時，光電傳感器持續(xù)檢測流水線預定位置是否有產(chǎn)品通過，當有產(chǎn)品到達指定位置時，發(fā)送圖像采集命令字符給上位機，繼電器控制的圖像采集指示燈發(fā)亮。之后，等待接收上位機圖像處理后的產(chǎn)品是否合格的信號。如果接收到的是產(chǎn)品合格信號，則進入流水線下一個產(chǎn)品的檢測；若接收到的是產(chǎn)品不合格信號，則報警燈閃爍,進行報警并等待人工復位或者停止。若人工復位，則進入下一個流水線產(chǎn)品的檢測，否則程序停止。

3 圖像處理的具體實現(xiàn)

3.1 LabVIEW與單片機的通訊

該步驟主要是等待單片機發(fā)送圖像采集的命令字符，當單片機發(fā)送圖像采集的命令字符時，LabVIEW編寫的圖像采集系統(tǒng)就開始采集圖像數(shù)據(jù)，并進行后續(xù)處理。

LabVIEW與單片機通訊的程序代碼如圖3所示。“VISA配置串口”主要配置VISA資源名稱(串口號)、波特率、數(shù)據(jù)比特、奇偶校驗碼等[2-4]。它是LabVIEW與單片機通訊的關(guān)鍵配置[5]?！癡ISA打開”和“VISA關(guān)閉”是VISA通訊的常規(guī)性配置，在此不再作進一步介紹。

從圖3可以看出，整個LabVIEW程序是用“生產(chǎn)者/消費者”架構(gòu)進行編程的?！吧a(chǎn)者”主要進行的是LabVIEW與單片機通訊，并將“VISA讀取”中讀出的由單片機發(fā)送來的圖像采集的命令字符添加到“入隊列”中；“消費者”主要進行的是圖像采集和處理的任務。

圖2 單片機的控制流程圖

圖3 LabVIEW與單片機通訊的程序代碼

3.2 圖像采集

流水線產(chǎn)品圖像采集的部分代碼如圖4所示。在消費者循環(huán)中，首先判斷“隊列輸出”的字符是不是控制圖像采集的命令字符“1”，如果是的話，則進入圖像采集和處理的程序。圖4所示的圖像采集程序只采集一張產(chǎn)品的圖像，這張圖像將作為后續(xù)圖像匹配的產(chǎn)品圖像模板。因此，在流水線產(chǎn)品外觀檢測時，第一個檢測的產(chǎn)品必須是合格產(chǎn)品。

圖4 圖像采集的部分程序代碼

3.3 圖像模式匹配

3.3.1 圖像模式匹配技術(shù)的數(shù)學思想

流水線產(chǎn)品的形狀規(guī)則，大小一致，本文利用模式匹配技術(shù)可方便地實現(xiàn)產(chǎn)品外觀檢測。模式匹配技術(shù)的數(shù)學思想是互相關(guān)運算。模式匹配技術(shù)用來在圖像f(x,y)中尋找匹配的子圖像w(x,y)。f(x,y)和w(x,y)的相關(guān)是：

c(i,j)=∑s∑tw(s,t)f(x+i,t+j)

(1)

當i和j變化時，w在圖像區(qū)中移動，得到函數(shù)c(i,j)，其最大值就是最好的匹配子圖像。

為克服式(1)給出的相關(guān)函數(shù)中f和w的幅值變化過于敏感和圖像噪聲大等缺點，匹配過程使用相關(guān)系數(shù)歸一化[6]：

(2)

3.3.2 圖像匹配模式的模板學習

NI公司開發(fā)的IMAQ圖像處理工具包完美地解決了圖像匹配的問題，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)學形態(tài)學處理方法。LabVIEW中的“模式匹配”模塊只需選中原圖像的匹配區(qū)域作為模板進行學習，就可以通過編程實現(xiàn)新圖像的模板匹配,并得到匹配的信息，如匹配的區(qū)域坐標、匹配程度等[7]。圖像匹配模式的模板學習的部分程序代碼如圖5所示。

3.3.3 模式匹配實例

經(jīng)過匹配模式的模板學習后就可進行圖像的模式匹配。“IMAQ Match Color Pattern”模塊就是模式匹配的最后匹配結(jié)果，“匹配數(shù)目”接線端輸出的是與學習模板相匹配的區(qū)域數(shù)目，由這個節(jié)點就能知道實際的流水線產(chǎn)品外觀是否合格。

圖5 模板學習的部分程序代碼

整個圖像采集、圖像匹配模式的模板學習和模式匹配的圖像數(shù)據(jù)處理如圖6所示。實驗中，以礦泉水瓶是否自動封裝完好為例，圖6(a)是整體的圖像采集圖。起始時，當有礦泉水瓶經(jīng)過光電傳感器時，攝像頭將采集一張照片用以學習，選中的學習模板區(qū)域如圖6(b)所示。圖6(c)是圖像匹配識別的結(jié)果。實驗中發(fā)現(xiàn)，此識別方法匹配區(qū)域的準確度非常高,而且匹配反應迅速。

(a)圖像采集 (b)選擇模板學習 (c)圖像識別結(jié)果

4 結(jié) 語

本文對流水線產(chǎn)品的外觀檢測電路設計和圖像處理問題進行了研究，提出了完整的產(chǎn)品外觀檢測解決方案。實驗表明，該方法能夠有效完成流水線產(chǎn)品的外觀檢測任務。

參考文獻：

[1] 于禎，王秀清.基于LabVIEW與單片機串口的信號處理的研究[J].天津大學學報，2004,19(3):35-37.

[2] 樊龍龍，常遠，王明亮.彈上通信系統(tǒng)的LabVIEW與單片機的通信技術(shù)[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2011(3):29-31.

[3] 周青云,王建勛.基于USB接口與LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[J].實驗室研究與探索，2011，30(8):238-240.

[4] 蔡共宣.基于LabVIEW的單片機USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].實驗科學與技術(shù)，2010,8(1)：57-59.

[5] 孫澤文.基于LabVIEW軟件的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)設計[J].電工電氣，2010(1)：16-17.

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[7] 蘭虎，陶祖?zhèn)ィ魏陚?基于LabVIEW的弧焊機器人視覺傳感圖像處理技術(shù)[J].實驗技術(shù)與管理，2012,29(7):87-102.