激光打標產(chǎn)品在線檢測分析系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

1、<p>　　激光打標產(chǎn)品在線檢測分析系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)</p><p>　　[摘 要]設(shè)計開發(fā)一種激光打標產(chǎn)品在線檢測分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由圖像采集裝置、圖像處理分析軟件、傳送裝置、篩撿裝置四大部分組成。通過CCD工業(yè)相機采集激光打標產(chǎn)品的精細圖像信息，接著將圖像傳送給計算機，計算機結(jié)合圖像處理分析軟件對圖像進行分析后得出產(chǎn)品的缺陷類型，缺陷信息會生成文字信息保存在指定文件中，然后通過無線傳輸模塊向傳送裝

2、置和篩撿裝置發(fā)出控制指令，傳送裝置將放置在傳送帶上的產(chǎn)品轉(zhuǎn)運至篩撿裝置處，篩撿裝置根據(jù)計算機處理的結(jié)果和控制指令將產(chǎn)品分別放置于不同的收集箱內(nèi)，從而完成激光打標產(chǎn)品在線檢測分析的全部過程。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]激光打標產(chǎn)品；圖像處理分析；傳送裝置；篩撿裝置 </p><p>　　中圖分類號：TG3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）26-0017-02 &

3、lt;/p><p><b>　　0引言 </b></p><p>　　激光打標是在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛的一項技術(shù)。主要用于在塑料，金屬等材質(zhì)的產(chǎn)品外殼或面板上打印一些基本說明信息。例如在充電器，手機外殼，各種電器控制面板，玩具等產(chǎn)品的表面上利用激光打標，刻上產(chǎn)品的型號，商標，執(zhí)行標準，生產(chǎn)日期等一系列基本信息。這些信息的打標質(zhì)量不僅對以后的裝配使用有著重要的指導(dǎo)意義

4、，也方便后期產(chǎn)品零部件的維修和更換，更重要的是它代表著一個企業(yè)給客戶的最直接印象。所以激光打標的質(zhì)量問題也是企業(yè)重點監(jiān)督的方面之一。 </p><p>　　1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　激光打標產(chǎn)品在線檢測分析系統(tǒng)主要由圖像采集裝置、圖像處理分析軟件、傳送裝置、篩撿裝置四大部分組成。并由上位機結(jié)合下位機對這四大組成部分進行協(xié)調(diào)和控制，其中作為上位機的計算機主要負責(zé)接收來自圖像

5、采集裝置的圖像，并運用圖像處理分析軟件對圖像進行增強、灰度化、濾波、邊緣檢測定位等處理，將處理后的圖像數(shù)據(jù)與模板圖像數(shù)據(jù)進行對比，得出產(chǎn)品的缺陷類型信息。計算機將處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的指令信息發(fā)送給下位機。由于傳送裝置以及篩撿裝置的控制較為簡單，下位機采用較為廉價STC89C52單片機即可滿足功能需求。下位機不僅控制著圖像采集裝置進行圖像采集，也控制著傳送裝置將檢測分析后的產(chǎn)品運送到篩撿裝置，篩撿裝置則將產(chǎn)品根據(jù)缺陷的類型分別放置于不同的

6、收集箱內(nèi)，便于工人進行后期處理。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 </p><p><b>　　2系統(tǒng)的組成部分 </b></p><p><b>　　2.1圖像采集 </b></p><p>　　圖像采集是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，采集得到的圖像質(zhì)量直接影響著圖像處理的精度和結(jié)果。為了能夠得到精細的圖像信息，采用CCD工業(yè)相機作為圖像

7、采集器?？紤]到一天之內(nèi)室內(nèi)光線變化對圖像采集質(zhì)量的影響，圖像采集過程需要在密閉的環(huán)境下進行，并由LED點陣照明模塊為相機提供穩(wěn)定光源。不同材料的產(chǎn)品對光線的反射能力不同，需要對光源的光照強度進行調(diào)節(jié)，為此使用無級調(diào)壓模塊實現(xiàn)對光照強度的無級調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)各種各樣的激光打標產(chǎn)品。圖2所示為圖像采集裝置的外觀模型。 </p><p>　　放置于傳送帶上的激光打標產(chǎn)品在經(jīng)過密閉箱時，觸發(fā)紅外接近傳感器產(chǎn)生一個低電平信號

8、，單片機根據(jù)紅外接近傳感器產(chǎn)生的低電平信號確定產(chǎn)品到來，并對其進行唯一性編碼，便于后期處理；另外通過控制繼電器使傳送機停轉(zhuǎn)0.5秒，便于CCD相機進行穩(wěn)定拍照，CCD相機拍照后將圖像通過千兆以太網(wǎng)線傳送給計算機。 </p><p>　　2.2圖像處理分析 </p><p>　　計算機接收到采集的精細圖像后，將其存放于指定位置，通過圖像處理分析軟件對圖像進行一系列的變化處理，并做出相應(yīng)分析，

9、判定產(chǎn)品的質(zhì)量，從而得出結(jié)果。使用VisualStudio開發(fā)出了一款與此系統(tǒng)配套使用的軟件，方便了系統(tǒng)的使用。圖3是為激光打標產(chǎn)品在線檢測分析系統(tǒng)開發(fā)的軟件的界面。 </p><p>　　獲取原始圖像后，采用對比度增強和圖像銳化的方式使圖像增強，起到提高圖像觀察質(zhì)量的效果。對比度增強也就是增強圖像中不同部分的差別，可以通過增強原始圖像里兩個灰度值的范圍來實現(xiàn)。該軟件選用的是較為經(jīng)典的對比度增強方法。如圖4變換曲

10、線圖。 </p><p>　　通過變換可以使圖像中的灰度值在0～1s和2s～L-1區(qū)間的動態(tài)范圍減小，在1s～2s區(qū)間的動態(tài)范圍有效增強，這樣便實現(xiàn)了原始圖像對比度的增強。為了使圖像的邊緣輪廓及細節(jié)更為清晰，，提高識別的準確度和效率，還需對圖像進行銳化處理。受到平滑的圖像變得邊緣模糊是因為受到了積分或者平均運算，采取其相反的方法也就可以使圖像得到銳化，如進行微分運算。另外，還可以通過使用高通濾波器將圖像進一步銳化

11、，使其更為清晰。 </p><p>　　相機采集到的彩色圖像采用的是RGB顏色模式，處理圖像時要分別對RGB三種分量進行處理比較麻煩，并且RGB顏色模式不能可靠的反應(yīng)出圖像的形態(tài)特征，通過對圖像進行灰度化處理可簡化后期處理難度，也能更為有效的反應(yīng)出圖像的形態(tài)特征。 </p><p>　　常用的圖像灰度計算公式： </p><p>　　gray=red*0.299+g

12、reen*0.587+blue*0.114（1） </p><p>　　邊緣檢測是借助微分算子來實現(xiàn)的，例如使用Sobel邊緣算子可以強化一個方向上的邊緣特征。對圖像中的所有點Sobel算子的兩個卷積核做卷積，將得到的最大值作為輸出位，得到一個邊緣圖像。為了定位標識碼，還需先對圖像進行灰度二值化，然后采用投影法得到標識碼的位置坐標，并判斷標識碼的位置正確與否。 </p><p>　　通過前

13、期對圖像的處理，就能得到適合圖像識別的灰度圖像了。通過對處理后圖像的灰度二值化數(shù)據(jù)與模板圖像的灰度二值化數(shù)據(jù)進行比較。為了能夠得出產(chǎn)品的缺陷類型信息，需要對灰度圖像的像素點進行逐個對比，并記錄出不相同像素的坐標位置信息，整個圖像對比完成后，可以計算出兩個圖像的相似度，另外通過對不相同像素點坐標的計算，可以得出產(chǎn)品的缺陷類型，如圖案模糊、變形，字體缺畫、偏移、扭曲。根據(jù)不同的缺陷類型，輸出不同的字符，計算機通過與單片機的串口通信將這些字符

14、發(fā)送給單片機，并由單片機控制篩選裝置對這些不同類型的缺陷產(chǎn)品進行分類。圖5是圖像處理分析流程圖。 　　2.3傳送裝置 </p><p>　　傳送裝置主要負責(zé)對激光打標產(chǎn)品的傳送，采用直流減速電機提供動力。直流減速電機具有易于控制，輸出扭矩大，價格較低的優(yōu)點，適合應(yīng)用于激光打標產(chǎn)品的生產(chǎn)。傳送裝置主要由直流開光電源、STC89C52單片機、直流減速電機、紅外接近傳感器、測速模塊、PWM調(diào)速模塊、機械裝置組成。直流

15、開關(guān)電源將220V的交流電轉(zhuǎn)化為5V及24V的直流電，分別供單片機和直流減速電機使用；傳送裝置根據(jù)計算機發(fā)出的速度命令要求，通過單片機控制PWM調(diào)速模塊實現(xiàn)傳送帶的起停及傳送速度的調(diào)節(jié)；測速模塊實時測量傳送速度，反饋給單片機，以實現(xiàn)速度的精確控制；紅外接近傳感器用于檢測傳送帶上的產(chǎn)品位置是否到達相機下方位置或者篩撿裝置處，以便控制相機采集圖像；機械裝置由動力傳送齒輪、傳送帶、軸承和框架構(gòu)成，用于承載產(chǎn)品，電機以及各個控制模塊。傳送裝置聯(lián)

16、系著整個系統(tǒng)的各個部分，對傳送速度的要求較高，通過多次實驗發(fā)現(xiàn)，單片機、測速模塊、PWM調(diào)速模塊的結(jié)合使用能夠滿足整個系統(tǒng)對速度控制精度都需求，使系統(tǒng)能長時間平穩(wěn)正確的運行。 </p><p><b>　　2.4篩撿裝置 </b></p><p>　　篩撿裝置是該系統(tǒng)的最終執(zhí)行部分，主要是由控制模塊、位置檢測模塊、驅(qū)動模塊和執(zhí)行機構(gòu)組成，圖6為篩撿裝置的方框圖。 &l

17、t;/p><p>　　位置檢測模塊是由接近開關(guān)和信號放大電路組成，用于進一步定位產(chǎn)品的位置，實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的精確的抓??；執(zhí)行機構(gòu)包括舵機、擋板、收集箱和立柱等部件；驅(qū)動模塊是驅(qū)動舵機執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置；控制模塊由控制程序和定位系統(tǒng)組成，能夠控制支配著舵機按一定的方向和角度運動，并記憶人們給予篩撿裝置的指令信息，根據(jù)要求對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，還可實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的動作進行監(jiān)視，當出現(xiàn)錯誤或故障時能夠發(fā)出報警信號。

18、</p><p>　　2.5系統(tǒng)的使用方法 </p><p>　　激光打標產(chǎn)品在線檢測分析系統(tǒng)的使用十分簡單，對使用者的專業(yè)知識要求很低。首先將制作好的模板圖像信息事先存放于電腦的指定文件夾中，打開各個組成部分的電源，打開計算機中的軟件，根據(jù)產(chǎn)品檢測的要求設(shè)定好相應(yīng)的參數(shù)后，系統(tǒng)便可以開始工作了。系統(tǒng)將不同類型的缺陷產(chǎn)品放置于不同的收集箱內(nèi)，使用者可根據(jù)缺陷類型判定缺陷產(chǎn)生的原因，進而方便

19、對上一生產(chǎn)線的激光打標機器及時調(diào)整和維修，從而大大降低企業(yè)的廢品率，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。 </p><p><b>　　3結(jié)論 </b></p><p>　　激光打標產(chǎn)品在線檢測分析系統(tǒng)通過相機采集圖像，并由配套開發(fā)的圖像處理分析軟件進行產(chǎn)品分析，得出產(chǎn)品的精確質(zhì)量信息，再通過計算機控制其余各部分部分的協(xié)同工作，實現(xiàn)了激光打標產(chǎn)品的實時可靠檢測，并能對不

20、同缺陷類型的產(chǎn)品進行自動分類，有效的解決了現(xiàn)在企業(yè)生產(chǎn)中人工檢測精度低，效率低，檢測難度大，檢測成本高的問題。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 鄭義，陳興海，趙曰峰.在線激光打標系統(tǒng)綜述[J].中國電子商情.2003.05. </p><p><b>　　作者簡介 </b>&l