基于工業(yè)機(jī)器視覺板材表面缺陷檢測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用

黃遠(yuǎn)民 易 銘 楊偉杭 楊 曼

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 佛山528137）

1 概述

目前，我國(guó)木質(zhì)板材市場(chǎng)還是比較大，板材的質(zhì)量和外觀受到板材表面缺陷的直接影響，所以，板材表面缺陷是影響板材產(chǎn)品分等級(jí)的重要因素之一[1]。當(dāng)前，我國(guó)大部分板材企業(yè)對(duì)板材表面檢測(cè)主要依靠生產(chǎn)線人工經(jīng)驗(yàn)和視覺來判斷板材表面的缺陷，存在一些誤判，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障，經(jīng)常受到客戶的投訴，這個(gè)問題一直困擾一些板材加工企業(yè)。生產(chǎn)線一線工人通過自己的經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)板材表面的顏色、色澤和紋理等來評(píng)價(jià)板材的等級(jí)[2]。目前我國(guó)板材表面檢測(cè)常用的方法包括普通的人工、機(jī)械、射線檢測(cè)以及近幾年發(fā)展的機(jī)器視覺圖像技術(shù)檢測(cè)等[3]。其中，人工檢測(cè)質(zhì)量不高，精度很難真正達(dá)到客戶的要求，同時(shí)也存在檢測(cè)效率很低、勞動(dòng)強(qiáng)度非常大、可靠性偏低、其主觀因素影響很大等缺點(diǎn)；機(jī)械檢測(cè)存在效率較低的缺點(diǎn)；射線檢測(cè)雖然實(shí)現(xiàn)檢測(cè)高分辨率，但其檢測(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和檢測(cè)成本很高，從而無形增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，導(dǎo)致失去了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。綜合上述各種因素，急需對(duì)板材表面缺陷檢測(cè)開展基于工業(yè)機(jī)器視覺（Halcon）圖像檢測(cè)技術(shù)在線無損檢測(cè)技術(shù)的研究，采用本文的方法來對(duì)板材表面缺陷進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，減少產(chǎn)品檢測(cè)過程的人為干擾因素，實(shí)現(xiàn)板材生產(chǎn)自動(dòng)化，大大降低了板材生產(chǎn)成本，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[4]。

2 本檢測(cè)系統(tǒng)圖像采集機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文檢測(cè)系統(tǒng)圖像采集部分主要包括以下5 個(gè)部分：（1）板材傳動(dòng)部分；（2）編碼器；（3）圖像采集光源部分；（4）工業(yè)CCD；（5）圖像采集卡組成。其中，滾軸、傳送帶、電機(jī)組成了該檢測(cè)系統(tǒng)的板材傳動(dòng)，通過一個(gè)編碼器來實(shí)現(xiàn)定位的功能。該檢測(cè)系統(tǒng)可以根據(jù)不同企業(yè)板材的品牌類型和尺寸規(guī)則來進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，采用新的算法來處理圖像，同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)橫、豎、撇、捺分類器。在檢測(cè)完成后同時(shí)把產(chǎn)品相關(guān)信息發(fā)送到公司產(chǎn)品歸檔服務(wù)器上。最后，把產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫(kù)，質(zhì)檢部門和物控部門可以根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)來對(duì)本批次產(chǎn)品進(jìn)行后處理分析。本檢測(cè)系統(tǒng)具有在線顯示功能，可以對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能可以隨時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表，還能把不合格產(chǎn)品數(shù)量和合格率、不良品類型等數(shù)據(jù)顯示出來，該檢測(cè)系統(tǒng)還具有SPC 統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析功能。

3 圖像處理方法及理論分析

圖1 基于工業(yè)機(jī)器視覺（Halcon）板材表面缺陷檢測(cè)圖像處理方法

本檢測(cè)系統(tǒng)采用的機(jī)器視覺語(yǔ)言（Halcon）能夠滿足企業(yè)檢測(cè)的要求。本檢測(cè)系統(tǒng)板材表面缺陷檢測(cè)在圖像質(zhì)量處理之前必須要去除噪聲干擾，否則圖像質(zhì)量會(huì)降低，嚴(yán)重影響后面算法的處理，從而降低了檢測(cè)精度。在前處理采用中值濾波法來去除噪聲，從而實(shí)現(xiàn)去除外界干擾，將噪聲和圖像缺陷區(qū)分開來。本方法與均值濾波、高斯濾波相比較，本文采用的中值濾波不僅能夠有效抑制脈沖噪聲，而且使得圖像模糊效應(yīng)明顯降低了[5-7]。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

用本文方法對(duì)企業(yè)板材表面進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果如圖2-3所示。

表1 是幾種缺陷樣本進(jìn)行缺陷檢測(cè)的結(jié)果。

以上檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果顯示采用本文的方法可以滿足現(xiàn)在板材企業(yè)的要求。

5 結(jié)論

圖2 板材崩邊、臟污缺陷

圖3 板材裂縫缺陷

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

雖然機(jī)器視覺圖像處理技術(shù)越來越受到企業(yè)的重視，但是，這一技術(shù)在板材行業(yè)中的應(yīng)用還沒有完全普及，應(yīng)用的企業(yè)還是比較少。隨著市場(chǎng)對(duì)板材產(chǎn)品各種參數(shù)需求量日益增加，尤其是很多客戶對(duì)板材表面質(zhì)量的要求越來越高。因此，我們需要更加深入的去研究如何自動(dòng)檢測(cè)板材表面缺陷。采用模式識(shí)別的檢測(cè)方法，具有一定的理論價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

總結(jié)：

（1）提出了板材表面缺陷檢測(cè)的設(shè)計(jì)方案。

（2）提出了一種橫、豎、撇、捺新型的分類器和基于工業(yè)機(jī)器視覺（Halcon）圖像處理技術(shù)的算法。

（3）采用工業(yè)機(jī)器視覺（Halcon）圖像處理技術(shù)對(duì)板材表面進(jìn)行檢測(cè)，從而達(dá)到板材表面自動(dòng)檢測(cè)，很好的避免了產(chǎn)品檢測(cè)過程中的人為干擾因素。板材檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)，大大降低了板材生產(chǎn)成本，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。