視覺(jué)檢測(cè)在陶瓷噴墨打印機(jī)的應(yīng)用

梁沛明

【摘要】隨著視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的成熟，配合機(jī)器人，人工智能等技術(shù)，必定為陶瓷廠自動(dòng)化程度的提高提供巨大的幫助。視覺(jué)檢測(cè)在陶瓷噴墨打印機(jī)的應(yīng)用將越來(lái)越豐富。

【關(guān)鍵詞】陶瓷噴墨打印機(jī);視覺(jué)檢測(cè);檢測(cè)系統(tǒng)

陶瓷噴墨打印機(jī)進(jìn)磚端和出磚端都需要檢測(cè)。進(jìn)磚端的素坯由于生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)環(huán)境等因素的影響，會(huì)在產(chǎn)品中生成不同特征的缺陷。經(jīng)過(guò)陶瓷噴墨打印機(jī)打印出來(lái)的磚，由于色差、軸線啟停不正常等原因，也會(huì)生成不同的缺陷。

一、視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)原理

視覺(jué)檢測(cè)是利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)原理、綜合圖像處理、模式識(shí)別和人工智能等技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的非接觸式在線檢測(cè)的過(guò)程。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)主要利用圖像傳感器采集客觀事物的圖像，然后從采集到的圖像中提取所用信息，并根據(jù)圖像技術(shù)加以整合。能快速實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)目前有以下的特點(diǎn)：第一，應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜;第二，被測(cè)目標(biāo)特殊;第三，系統(tǒng)理論基礎(chǔ)廣泛;第四，快速性與準(zhǔn)確性不能兼顧。

二、視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)原理分析

（一）檢測(cè)系統(tǒng)的組成

基于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)主要由硬件和軟件組成。硬件系統(tǒng)包括相機(jī)，照明系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)和輔助硬件設(shè)備。

（二）照明系統(tǒng)技術(shù)原理分析

視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)常用光源有LED光源、高頻熒光燈、光線鹵素?zé)舻取Ｕ彰鞴庠吹膮?shù)主要有色溫、光譜特性、光照強(qiáng)度、有效距離、光強(qiáng)分布、穩(wěn)定性以及壽命等參數(shù)。

在采集圖像的同時(shí)，由于各種原因的影響，圖像中往往伴噪聲，為了不影響后續(xù)的處理，一般需要去噪處理。良好的背景色與待測(cè)產(chǎn)品具有較高的對(duì)比度，即背景和產(chǎn)品在視覺(jué)上的差異比較大。通過(guò)分析圖像中的噪聲特點(diǎn)選取合適的圖像去噪算法進(jìn)行圖像的預(yù)處理。一般分為泊松隨機(jī)分布，高斯隨機(jī)分布。一般瓷磚可認(rèn)為是高斯噪聲組成。

另外，圖像的生成質(zhì)量與在圖像采集過(guò)程中所處的環(huán)境以及物體表面特征有密切聯(lián)系。為更好更準(zhǔn)確獲取圖像處理的結(jié)果需要對(duì)光照不均勻的圖像進(jìn)行前期的預(yù)處理，以期待能進(jìn)一步恢復(fù)圖像，減少差異，對(duì)此常見(jiàn)的預(yù)處理方法有同態(tài)濾波法，灰度變換法，梯度域增強(qiáng)法，RETNEX增強(qiáng)法以及光線校正法等。圖像處理包括圖像變換，圖像增強(qiáng)，圖像恢復(fù)和重建，圖像壓縮編碼。

1.對(duì)一幅圖像的模式分類

第一，基于像素的分類。第二，基于區(qū)域的分類。第三，基于整幅圖像的分類。

2.誤差來(lái)源

第一，裝配誤差。第二，空間輻射干擾。第三，光源對(duì)成像的影響。第四，軟件算法影響。

3.圖像幾何變換

第一，圖像平移。第二，圖像鏡像變換。第三，圖像轉(zhuǎn)置。第四，圖像縮放。第五，圖像旋轉(zhuǎn)。

4.信息融合的層次

第一，像素級(jí)融合。第二，特征融合。第三，決策層融合。

5.檢測(cè)方法

基于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的方法主要包括BLOB分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，SVM分析等。

三、檢測(cè)系統(tǒng)具體實(shí)施方法

傳送帶啟動(dòng)，帶動(dòng)待測(cè)陶瓷磚進(jìn)入視覺(jué)識(shí)別區(qū)，機(jī)器視覺(jué)軟件運(yùn)行進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別到陶瓷磚表面存在缺陷時(shí)，傳送帶停止，數(shù)據(jù)處理模塊處理數(shù)據(jù)后，通信模塊向機(jī)器人發(fā)出指令，機(jī)器人抓取有缺陷的陶瓷磚到指定位置，抓取成功后傳送帶繼續(xù)運(yùn)行。人機(jī)交互模塊與觸摸屏進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)刷新PLC模塊的變量參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。正常陶瓷磚經(jīng)陶瓷噴墨打印機(jī)打印后進(jìn)入視覺(jué)識(shí)別區(qū)，識(shí)別到陶瓷磚有色差等問(wèn)題時(shí)，傳送帶停止，機(jī)器人抓取有缺陷的陶瓷磚到指定位置，抓取成功后傳送帶繼續(xù)運(yùn)行。

其中所得圖像的特征信息并將之與模板圖像的特征信息相比，當(dāng)圖像的特征信息與模板信息相符時(shí)系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)下一陶瓷磚的圖像信息進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)圖像的特征信息與模板信息不相符時(shí)系統(tǒng)將該陶瓷磚的圖像數(shù)據(jù)保存下來(lái)。

在工控機(jī)模塊中，通信模塊與機(jī)器人模塊、攝像頭模塊及PLC模塊進(jìn)行通信，包括進(jìn)行交換數(shù)據(jù)及發(fā)布控制命令，數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)機(jī)器視覺(jué)軟件所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理校驗(yàn)，并得到PLC模塊及機(jī)器人模塊所要執(zhí)行的命令。

在PLC模塊中，人機(jī)交互模塊與觸摸屏進(jìn)行通信，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，傳送帶模塊包括機(jī)械裝置和異步電機(jī)，機(jī)械裝置固定待測(cè)陶瓷磚在傳送帶上運(yùn)動(dòng)，異步電機(jī)在工控機(jī)模塊的命令下，用于實(shí)現(xiàn)傳送帶的啟停與調(diào)速。

在機(jī)器人模塊中，機(jī)器人與夾具得到執(zhí)行命令后，在傳送帶停止時(shí)，抓取存在表面缺陷的陶瓷磚到指定位置，完成后繼續(xù)等待命令。

陶瓷磚表面缺陷智能檢測(cè)系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)為：工業(yè)攝像頭經(jīng)USB接口連接工控機(jī)模塊，控機(jī)模塊通過(guò)以太網(wǎng)TCP/IP連接機(jī)器人、經(jīng)RS232接口連接PLC模塊，機(jī)器人與PLC模塊間經(jīng)專用I/O和用戶I/O連接，機(jī)器人通過(guò)用戶I/O連接夾具，PLC模塊經(jīng)過(guò)RS232接口連接觸摸屏。

陶瓷磚表面缺陷智能檢測(cè)系統(tǒng)的通信架構(gòu)為：通信模塊通過(guò)以太網(wǎng)TCP/IP與視覺(jué)軟件通信，通信模塊通過(guò)串口連接與PLC模塊通信，通信模塊通過(guò)以太網(wǎng)TCP/IP與機(jī)器人通信，機(jī)器人通過(guò)I/O連接與PLC模塊通信。

瓷磚的色彩、紋理、圖畫越來(lái)越多，其外表成色越來(lái)越復(fù)雜，而傳統(tǒng)依托人工依據(jù)色差的程度對(duì)瓷磚進(jìn)行檢查，通常會(huì)受到多種要素?cái)嚁_，發(fā)生錯(cuò)判誤判以及分色不準(zhǔn)。而隨著視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)的成熟，配合機(jī)器人，人工智能等技術(shù)，必定為陶瓷廠自動(dòng)化程度的提高提供巨大的幫助。