基于機器視覺的端子質(zhì)量檢測系統(tǒng)

寇闖

摘 要：端子的應用領域十分廣泛，對端子質(zhì)量的檢測也很重要。機器視覺是人工智能快速發(fā)展的一個分支，它是利用機器代替人眼做檢測和判斷。本文利用端子質(zhì)量的檢測與機器識別結合在一起，通過計算機視覺系統(tǒng)，攝取目標換成圖像信號，傳輸給圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標的形態(tài)信息，利用機器視覺軟件HALCON中相關算子測量端子圖像中幾何量，進而對測量結果進行分析比較，通過軟硬件合理搭配，對端子質(zhì)量進行高精度檢測。

關鍵詞：端子 機器視覺 HALCON 質(zhì)量檢測

1 引言

端子逐漸廣泛應用到各個領域，在傳遞電信號和導電方面起到了連接作用，從而減少了工作量和生產(chǎn)成本的消耗，給生產(chǎn)和使用帶來了諸多便利，避免了許多的麻煩。從而達到簡化產(chǎn)品結構、節(jié)約制造成本的目的。端子通過壓線等工藝實現(xiàn)與導線的鏈接，如果端子質(zhì)量不達標，將會帶來很多麻煩，常用的端子檢測專業(yè)設備有：工具顯微鏡和光學影像儀。

端子的壓制已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模、大批量的高速自動化生產(chǎn)，采用常規(guī)手段很難發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的小畸變的端子或者不合格的端子。然而，近年來隨著機器視覺技術和數(shù)字圖像處理技術的迅速發(fā)展，利用機器視覺實現(xiàn)產(chǎn)品無接觸的技術已將逐漸變得切實可行，機器視覺技術的應用不僅大大提高了產(chǎn)品的檢測精度和速度，而且可以有效避免偏差和誤差。

HALCON是全球視覺當中的佼佼者，它有一個全面的視覺處理庫，包括了所有標準和高級圖像處理方法，覆蓋了從不同的硬件采集圖像到高級的模式匹配算法，提供了機器視覺應用程序中通常所需的一些工具，如文件處理、數(shù)據(jù)分析、算法操作或分類等。

2 檢測系統(tǒng)

系統(tǒng)由工業(yè)相機、鏡頭、光源、檢測臺、工控機、顯示器等設備組成。

相機采用德國AVT Guppy PRO系列公業(yè)數(shù)字攝像機，攝像機在可見光譜的響應十分靈敏，可瞬間獲取高分辨率的端子圖像，配套的多通道圖像采集卡將圖像實時傳輸?shù)街鳈C并通過界面顯示。此外，設備應用的光纖傳感器由反射型光纖探頭和光纖放大器組成，輸出信號PNP型，響應時間小于200us，非常適合應用在高速的檢測系統(tǒng)中。

鏡頭的用處是產(chǎn)生銳利的圖像，將圖像的細節(jié)放大并顯示。鏡頭選擇日本Computor公司的M3Z1228-MP變焦鏡頭，其最大成像尺寸為8.8*6.6mm。鏡頭將目標對象的光匯聚一點后在相機的光敏陣面上成像，它是影響光源是影響圖像清晰度、對比度的關鍵因素之一，通過影響圖像質(zhì)量同時對系統(tǒng)處理的難度、速度、準確度帶來較大影響，為了保證得到高質(zhì)量的圖像，根據(jù)不同的實際要求，應該選擇相配合的光源，和相應的照明方案，把感興趣區(qū)域突出出來，增大感性趣區(qū)域與其他區(qū)域的對比度，減小噪聲的干擾。本系統(tǒng)最終采用環(huán)形LED光源照明方案，然后根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)光源的亮度和位置，以獲取高質(zhì)量的圖像。

檢測時將端子套入在檢測臺的中央，工業(yè)相機、鏡頭、光源和工控臺組成了影響采集系統(tǒng)，影響采集完成后，數(shù)據(jù)存入工控機內(nèi)存，由工控機完成一些列計算，最后將結果輸出并顯示。

3 軟件設計

HALCON是德國公司開發(fā)的一套完善的標準機器視覺算法包，其中包含了幾何、數(shù)學轉換、形態(tài)學計算分析、校正、分類識別、形狀搜尋等基本幾何以及影像計算功能。其交互式的程序設計界面Hdevelop中的程序代碼可以直接輸出C++、VB等程序代碼，并套入開發(fā)者的程序中，大大縮短了機器視覺檢測系統(tǒng)的軟件開發(fā)信息，并降低了成品成本。

獲取圖像

在HALCON中調(diào)用open_framegrabber算子，訪問圖像采集設備，調(diào)用算子grab_image進行圖像采集，并將采集的包裝瓶圖像存入HALCON圖庫中。采集后的圖像要經(jīng)過一定的預處理，包括灰度值調(diào)整、濾波、填充縫隙、圖像分割、去邊緣毛刺等，其目的是使區(qū)域特征更加明顯，便于后續(xù)的批號數(shù)碼判斷操作。由于光學成像系統(tǒng)獲取的原始圖像可能受到各種條件的限制和許多干擾，因此不能直接用于視覺分析，必須對原始圖像進行噪聲過濾等預處理，再進行視覺信息處理，其主要目的是平滑圖像.減少噪聲影響。最簡單的線性濾波器是局部均值運算，均值濾波器去除了高頻成分和圖像中的銳化細節(jié)，但會使邊緣變得模糊。中值濾波是一種非線性濾波技術，它用像素點鄰域灰度值的中值來代替該像素點灰度值。該技術既能去除脈沖噪聲、椒鹽噪聲，又能保留圖像邊緣細節(jié)。在一定條件下，中值濾波可以克服均值濾波等線性濾波器所帶來的圖像細節(jié)模糊，但是不宜用于細節(jié)多，特別是線、尖頂?shù)燃毠?jié)多的圖像。在HALCON中，我們調(diào)用meanimage算子，對所讀取的圖像進行中值濾波。圖像分割是將感興趣的圖像從原始圖像中提取出來，在HALCON中我們選擇采用適當?shù)幕叶乳撝捣指罘椒?，使用threshold算子，選擇適當?shù)乃阕?，對圖像進行分割。得到threold后的處理結果。前面我們通過一系列算法得到結果后，后面我們要以此創(chuàng)建模版，調(diào)用nspect_sharp_model再調(diào)用create_scaled_shape_model 命令，create_scaled shape model （Modellmages， 'auto'， - 039，0.79， 'autd'，0.9，1.1， 'auto'， 'auto'， 'use'， polarity， 'auto'， 'auto， ModelID），我們得到了一個模版，保存模版write_shape model， 再clear_ shape_models去除內(nèi)存中的模版。接下來的工作就是處理工業(yè)攝像機采集得到的組圖，并用相同方法進行圖像處理，且調(diào)用模版進行比較。我們可以通過模版匹配助手matching assistant來完成。在model creation選項卡，調(diào)入我們剛才得到的模版，模版匹配參數(shù)默認，model us選項卡，調(diào)入采集到的組圖，并設置參數(shù)，然后就可以進行模版匹配了。在匹配結果滿足條件的基礎上，適當優(yōu)化匹配參數(shù)，如形狀金字塔級別的數(shù)量，允許旋轉的角度和步進，在創(chuàng)建模板中，我們還可以設置最小對比度等來優(yōu)化模版，從而達到縮小匹配時間，優(yōu)化匹配結果的目的。

4 結束語

基于機器視覺的端子質(zhì)量檢測、具有檢測精度高、速度可調(diào)、可靠性好、操作方便、抗干擾等優(yōu)點。相對于傳統(tǒng)檢測方法，檢測效率高、靈活性高、速度快。通過上述研究和大量的實驗檢測，提出了一個端子質(zhì)量檢測的系統(tǒng)，此系統(tǒng)也可以用于其他產(chǎn)品的檢測。