32汽車零件字符的檢測系統(tǒng)總體設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u6934汽車零件字符的檢測系統(tǒng)總體設(shè)計案例 168021.1檢測需求分析 1146981.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2309571.3檢測系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計 2190581.3.1工業(yè)相機選型 3146331.3.2光學鏡頭選型 3186591.3.3光源選型與照明方式選擇 3135761.3.5NG分揀裝置設(shè)計 4209421.4其他硬件選型 5323291.4.1運動控制部分硬件選型與電路連接 5156541.4.2數(shù)字采集卡 634771.5檢測軟件模塊功能設(shè)計 7對于如何實現(xiàn)零件字符的自動檢測，在設(shè)計一套檢測系統(tǒng)同時，首先要分析系統(tǒng)的總體構(gòu)造及檢測需求，確定檢測系統(tǒng)需要的光源和照明方式及零部件型號參數(shù)，對零件進行分析討論，最后選擇合適的系統(tǒng)檢測零部件。來實現(xiàn)零件圖像的采集、和后續(xù)對零件圖像的處理等。1.1檢測需求分析因為在生產(chǎn)汽車零部件的時候，需要各種各樣的零件型號，且有些零件型號大同小異，為了區(qū)分這些型號的零部件，一般在產(chǎn)品表面上印有代表產(chǎn)品信息的編號。此外，生產(chǎn)日期也被壓印在產(chǎn)品上，以實施產(chǎn)品可追溯系統(tǒng)。讀取產(chǎn)品標記的傳統(tǒng)方法是直接用手、用人眼來讀取，然后手工將其輸入計算機。然而，這種方法效率較低，容易出錯，等等。針對以上會出現(xiàn)的問題，本文將設(shè)計一套基于機械視覺的零件壓印字符檢測系統(tǒng)，檢測識別字符的同時儲存零件的特征信息，以便于后期對零件產(chǎn)品的追溯，這樣可降低人工成本，提高了效率。1.2系統(tǒng)總體方案設(shè)計首先介紹檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，字符檢測系統(tǒng)主要由軟件和硬件兩個部分組成。其中硬件部分主要包括：(1)圖像采集裝置：由光源、光學鏡頭、伺服電機、工業(yè)相機等組成。[7][7]曹風云,李東興,張華強等.自適應(yīng)多方向灰度形態(tài)學圖像邊緣檢測算法[J].光學技術(shù).2016(5).[8]Rafael

C.Gonzalez.阮秋琦譯.數(shù)字圖像處理(第3版)[M].電子工業(yè)出版社.2017,5圖1.1檢測系統(tǒng)3D模型圖1.3檢測系統(tǒng)硬件選型與設(shè)計上面已經(jīng)分析了檢測系統(tǒng)的總體方案，下一步是實現(xiàn)零件的具體細節(jié)。如選擇零件的形狀和材料以及鏡頭的選型，這關(guān)系到圖像的質(zhì)量和后續(xù)計算的相關(guān)參數(shù)，除此之外還需要選擇光源和照明方式最終完成圖像采集。由于要對非擠壓件進行分揀，后續(xù)還會設(shè)計一個NG分揀裝置。還有硬件和電路的選擇。1.3.1工業(yè)相機選型工業(yè)相機在視頻檢查系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。為了獲得高質(zhì)量的圖像，在選擇CCTV攝像機時應(yīng)考慮以下因素。工業(yè)相機拍攝的圖像的顏色、芯片類型、分辨率、幀率、接口方式、觸發(fā)方式和成像類型1.3.2光學鏡頭選型將一個物體的圖像在圖像傳感器的感光面上實現(xiàn)光束變換，是鏡頭的主要作用，是機械視覺檢測系統(tǒng)中不可缺少的。圖像質(zhì)量的好壞也與鏡頭的選擇有很大的關(guān)系，而且還影響到后續(xù)的圖像處理。先選擇鏡頭的焦距，再選擇其他的參數(shù)在鏡頭選擇的同時，還需考慮其他問題，選用合適的工業(yè)相機，否則無法標記沖壓件的尺寸。其次，還要計算鏡頭的焦距以及工作距離。經(jīng)過計算，最后選擇了HK1614MP10鏡頭型號[9[9]Rafael

C.Gonzalez.阮秋琦譯.數(shù)字圖像處理(MATLAB版)(第2版)[M].電子工業(yè)出版社.2014,01表2-1光學鏡頭參數(shù)鏡頭參數(shù)名稱參數(shù)鏡頭型號HK1614MP10焦距16mm分辨率10MP接口C口光圈范圍F1.4-16畸變<0.2%1.3.3光源選型與照明方式選擇對于圖像信息的采集，是機械視覺檢測系統(tǒng)中相對分量較重的，其檢測出圖像的質(zhì)量直接影響到最后的結(jié)果，而圖像質(zhì)量的采集如果只用攝像機或者鏡頭來采集是遠遠不夠的還必須選擇照明方式和合適的光源，從而保證不被其他光照影響和加強被測物體的特性，使圖像質(zhì)量更好，以下是選擇光源和照明方法的細節(jié)。光源熒光燈、LED燈是機器視覺系統(tǒng)中的主要燈光。表2-5顯示并比較的幾種光源的效果。在色彩控制方面，由于熒光燈具有良好的可重復性，因此被大量使用。熒光燈還具有以下特點：價格相對便宜，發(fā)光效率高，壽命相對較長。鹵素燈通常用于高亮度的應(yīng)用，其優(yōu)點是照明充足，不足的是達到最亮的時間較長，成本高。隨著技術(shù)發(fā)展，LED燈具備了更多的有點，如使用壽命較長，亮度更亮，反應(yīng)速度較快，在光源市場中占據(jù)了重要地位照明方式在不同的檢測場景中，根據(jù)目標物體的特點，選擇不同的照明方法進行圖像采集。為特定的視覺檢測場景選擇正確的照明方法有助于獲得高質(zhì)量的圖像。迄今為止，照亮光源的照明方法多種多樣，最常見的是逆光照明、同心照明、漫反射照明、正向照明和其他照明方法。在實際應(yīng)用中，照明方法的選擇和設(shè)計以及實驗驗證都是基于具體的檢測要求和對被檢測對象特性進行分析的。在上述選擇了合適的光源及照明方式，對此進行了討論。因為汽車零部件表面壓印字符有凹凸的特點，所以選擇了環(huán)形光源和同軸光源的打燈效果進行比較。（a）環(huán)形光源打光效果（b）同軸光源打光效果圖1.2光源打光效果對比圖從圖1.2中可以看出，使用同軸光源照明更能夠凸顯字符的信息，并能更清晰的顯示背景，為后續(xù)識別和檢測奠定了基礎(chǔ)1.3.5NG分揀裝置設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的檢查要求，系統(tǒng)必須對沒有沖壓痕跡的零件進行分揀。NG分揀裝置由一個滾筒夾持器、一個傳感器、一個伺服電機和一個輔助機構(gòu)組成。當零件上沒有壓印標記時，由于傳送帶在移動，需要從裝配線上移開，為了確定不合格產(chǎn)品的信息，要計算傳送帶的相關(guān)參數(shù)。摩擦系數(shù)，移動距離，而移動距離的計算可以用伺服電機來確定，來讓不合格的產(chǎn)品到達它指定的位置，圖1.3顯示了在盒子里捕獲缺陷產(chǎn)品的過程。開始開始圖像處理判定為NG品，標記當前零件位置伺服電機計算脈沖數(shù)，計算移動距離到達指定位置，控制器給出抓取信號抓取不合格零件并排料夾爪低端感應(yīng)器判斷是否排料成功結(jié)束報警，人為處理是否 圖1.3不良品抓取流程圖1.4其他硬件選型1.4.1運動控制部分硬件選型與電路連接（1）運動控制卡選型因為要確定伺服電機的選型，通過對比選擇了研華的iMC3041E運動控制卡[10[10]李道溢.讓標準化引領(lǐng)汽車零部件產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展[J].條碼與信息系統(tǒng),2018(05)49-50.表2-2iMC3041E以太網(wǎng)4軸運動控制卡參數(shù)運動控制卡型號參數(shù)反應(yīng)速度較快、輸出平滑接口為RJ45插座，鏈接便捷，可采帶iMC3041E屏蔽水晶頭、傳輸線，有有效提高干擾性10M實時通信，響應(yīng)小至50us每軸都有伺服使能（2）伺服驅(qū)動器選型伺服電機具有系統(tǒng)穩(wěn)定，抗過載能強，精度較高等特點，因此選擇該電機作為控制元件。該電機的驅(qū)動器是一個A5驅(qū)動器，功率有400W其特性參數(shù)[11[11]盧暢暢,寧少文,唐德昌.光學字符識別技術(shù)(OCR)的研究于應(yīng)用[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),2018(28):1-3.表2-3伺服驅(qū)動器參數(shù)表參數(shù)類型參數(shù)電源輸入主電路電源：單相/三相220-240V70/80HZ控制電路電源：單相220-240V70/80HZ脈沖信號2個輸入，4個輸出通信方式USB，RS232,RS485（3）電路連接iMC3041運動控制卡的方向信號輸出和脈沖有兩個模式。分為單向模式和差分模式，單向模式容易受到環(huán)境影響。差分模式因為是對輸出端口的電平差進行計算，不易受環(huán)境干擾，因此一般選用差分模式來連接伺服驅(qū)動器。1.4.2數(shù)字采集卡根據(jù)控制系統(tǒng)中I/O點的數(shù)量，選擇47路研華PCI1649U數(shù)據(jù)采集卡[12[12]段金寶.基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的證件圖像文本識別方法[D].北京郵電大學,2018.表2-4研華PCI-1649U性能參數(shù)采集卡類型參數(shù)最大輸入電壓：5V最大輸入電流：720Ma支持系統(tǒng)：32-bitWindow7/8/10，和LinuxPCI-1739U總線類型：PCII/O類型：46路TL數(shù)字量I/O接口：50針腳1.5檢測軟件模塊功能設(shè)計各系統(tǒng)中的部件選定后，下面再做一個軟件模塊，它主要包括四個組成部分，即圖像采集模塊、運動控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊[13][13]李陽.基于機器視覺的壓印字符識別系統(tǒng)研究[D].廣東工業(yè)大學,2017.圖像采集模塊圖像采集模塊運動控制模塊字符檢測模塊數(shù)據(jù)存儲模塊軟件功能模塊圖1.4軟件功能模塊（1）圖像采集模塊在圖像采集模塊中，設(shè)置攝像機參數(shù)，采集單個幀，保存幀，以及其他功能。在連接成像單元之前，你需要檢查IPC網(wǎng)卡的IP地址，然后運行成像單元IP設(shè)置工具，修改成像單元的IP地址，讓其與網(wǎng)卡IP地址相同。打開成像單元后，首先檢查所連接的成像單元的信噪比和其他信息，然后根據(jù)序列號設(shè)置所連接的工業(yè)成像單元的參數(shù)。完成操作后，相機的快門模式也要設(shè)置。在本文中，我們選擇觸發(fā)攝像頭的傳感器來捕捉圖像，并把捕捉到的單幀圖像存儲在攝像頭緩存中，再由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦I(yè)控制機。（2）字符檢測模塊初步的圖像處理。由于在產(chǎn)品的生產(chǎn)中，會有一些不可控因素，導致零件表面出現(xiàn)色差、多油等情況，就像在字符檢測過程中，由于操作人員的疏忽，會導致產(chǎn)品傾斜定位的問題。在字符檢測之前要進行圖像預處理，讓完成的圖像更接近計算機處理的標準，從而方便后續(xù)處理