機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼進(jìn)行測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過(guò)圖像攝取裝置將需要檢測(cè)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào),通過(guò)圖像處理系統(tǒng)對(duì)測(cè)量到的圖像數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理、判斷,從而控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。在高速、大批量的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量在精度和速度上都難以保障,采用機(jī)器視覺則可以大大提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度。
1 系統(tǒng)組成
機(jī)器視覺系統(tǒng)一般包括光源、鏡頭、CCD 照相機(jī)、圖像處理單元（或圖像采集卡） 、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊（或輸入輸出） 單元等。視覺系統(tǒng)的輸出不是圖像視頻信號(hào),而是經(jīng)過(guò)處理后的圖像數(shù)字信號(hào)。上位機(jī)和PLC 實(shí)時(shí)獲得檢測(cè)結(jié)果后,通過(guò)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)或輸入輸出系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)控制動(dòng)作。視覺系統(tǒng)可分為基于PC 系統(tǒng)和基于PLC 系統(tǒng)。在基于PLC 系統(tǒng)中,視覺作用更象一個(gè)智能化的傳感器,圖像處理單元獨(dú)立于系統(tǒng),通過(guò)串行總線和I/ O 與PLC 交換數(shù)據(jù),系統(tǒng)硬件利用嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理,系統(tǒng)軟件固化在圖像處理器中,通過(guò)鍵盤對(duì)監(jiān)視器中的菜單進(jìn)行配置,或在計(jì)算機(jī)上開發(fā)軟件后下載。基于PLC 的機(jī)器視覺系統(tǒng)具有集成化、小型化的特點(diǎn)基于PC 的機(jī)器視覺系統(tǒng)中,由CCD 攝像頭采集檢測(cè)對(duì)象的圖像,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像,輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、可靠、開發(fā)周期短等特點(diǎn)。
2 系統(tǒng)應(yīng)用
在煙草行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中,涉及到各種各樣的質(zhì)量檢查等,如煙支鋼印位置和產(chǎn)品包裝缺陷（諸如破損、翹邊、缺蓋、露白、反包、包裝錯(cuò)位、包裝材料印刷錯(cuò)誤） 的檢測(cè)等。這些高速、重復(fù)的工作若依靠人工進(jìn)行檢測(cè),檢驗(yàn)合格率就得不到保證。為解決外觀質(zhì)量的檢測(cè)問(wèn)題,曾使用過(guò)接觸式電感應(yīng)檢測(cè)裝置,但由于其本身的局限性,卷煙包裝成形過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)問(wèn)題未能得到解決。因此,為提高卷煙的外觀質(zhì)量,機(jī)器視覺系統(tǒng)開始應(yīng)用于煙草行業(yè),成為視覺測(cè)量的理想方案。本文以基于PC 系統(tǒng)為例,介紹了機(jī)器視覺系統(tǒng)在GDX2 包裝機(jī)組小盒外觀檢測(cè)中的具體應(yīng)用及其效果。
2. 1 系統(tǒng)硬件組成
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)采用NI（美國(guó)國(guó)家儀器） 公司的PCI1409 圖像采集卡采集煙包外觀圖像。由CCD 攝像頭采集的圖像,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像輸入計(jì)算機(jī),應(yīng)用程序?qū)⒉杉降膱D像與預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比、判斷,并通過(guò)相應(yīng)的控制系統(tǒng)將存在外觀缺陷的煙包從設(shè)備剔除口剔除（圖2） 。
圖1 基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)組成
圖2 基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)檢測(cè)流程
2. 2 系統(tǒng)圖像分析處理
（1） 系統(tǒng)照明。照明是進(jìn)行圖像處理和分析的重要外部條件之一,該系統(tǒng)選用了FOSTEC 可調(diào)試光源20750. 2 ,穩(wěn)定可靠,有利于圖像采集。
（2） 檢測(cè)信號(hào)的同步。為保證檢測(cè)信號(hào)的同步,增設(shè)了檢測(cè)同步傳感器,安裝在機(jī)器背后的機(jī)械轉(zhuǎn)輪上（圖3） ,可用于煙包檢測(cè)和殘次煙包的剔除。
1. CCD 同步傳感器 2. 軸編碼器 3. CCD 同步檢測(cè)塊
圖3 檢測(cè)信號(hào)的同步
（3） 系統(tǒng)軟件的構(gòu)成。該系統(tǒng)使用了LabVIEW、I2 MAQ Vision 和IMAQ Vision Assistant 等開發(fā)軟件。Lab2 VIEW的數(shù)據(jù)流式編程、IMAQ Vision 強(qiáng)大的圖像處理能力以及IMAQ Vision Assistant 的代碼自動(dòng)生成功能, 不僅縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期,也降低了成本。
（4） 圖像特征比較算法。利用IMAQ Subtract 函數(shù)將實(shí)時(shí)煙包圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像相減兩次,可得到表示兩個(gè)圖像明暗程度主要區(qū)別的參數(shù)值。利用IMAQ Add 函數(shù)將兩個(gè)參數(shù)疊加成一幅圖像,IMAQ Threshold 函數(shù)產(chǎn)生一個(gè)二值圖像,由IMAQ RemoveParticle 函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理。另一種方法是用IMAQ BCGLookup 函數(shù)替代IMAQ Threshold 函數(shù),利用IMAQ GrayMorphology 函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理,該方法由于沒有轉(zhuǎn)換為二值圖像,可以使最終產(chǎn)生的圖像粒子更加連貫。根據(jù)最終產(chǎn)生圖像可以判斷被檢測(cè)煙包是否屬于殘次煙包。
（5） 殘次煙包的剔除。如圖4 所示,檢測(cè)系統(tǒng)利用機(jī)器原有的雙垛煙包剔除裝置對(duì)殘次煙包進(jìn)行剔除。
1. 檢測(cè)傳感組件 2. 煙包運(yùn)行方向 3. 小包外包透明紙包裝成形 4. 被檢測(cè)煙包 5 煙包輸送帶 6有機(jī)玻璃蓋 7煙包堆垛 8 殘次煙垛剔除口
圖4 檢測(cè)傳感器及剔除位置
3 應(yīng)用效果
GDX2 包裝機(jī)組安裝了機(jī)器視覺系統(tǒng)后,存在包裝缺陷的煙包（如煙盒破損、缺蓋、露白、反包、包裝錯(cuò)位等） 均在殘次煙垛剔除口被自動(dòng)剔除。據(jù)市場(chǎng)質(zhì)量反饋統(tǒng)計(jì),系統(tǒng)安裝前1 個(gè)月內(nèi),有關(guān)煙包外觀質(zhì)量問(wèn)題收到市場(chǎng)反饋3 次共8 包（小盒缺蓋、包裝錯(cuò)位等） , 系統(tǒng)安裝后3 個(gè)月內(nèi),未接到一起煙包外觀質(zhì)量問(wèn)題反饋。
機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用于GDX2 包裝機(jī)組,保證了高速、自動(dòng)化卷煙包裝生產(chǎn)的順利進(jìn)行,提高了卷煙的外觀質(zhì)量,而且還易于實(shí)現(xiàn)信息集成,為企業(yè)實(shí)施計(jì)算機(jī)集成制造提供了技術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí),視覺系統(tǒng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以幫助管理部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備、材料等方面的潛在問(wèn)題,有利于提升卷煙企業(yè)的總體管理水平。
（轉(zhuǎn)載）
