某物體裂縫檢測系統(tǒng)總體設(shè)計案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u2166某物體裂縫檢測系統(tǒng)總體設(shè)計案例分析 1234231.1系統(tǒng)功能分析 1190461.2系統(tǒng)總體設(shè)計方案 2158411.2.1機器視覺系統(tǒng) 2313141.2.2系統(tǒng)總體方案 3148541.3系統(tǒng)硬件設(shè)備選型 3119701.3.1工業(yè)相機 4154151.3.2工業(yè)鏡頭 7315691.3.3光源系統(tǒng) 9185051.3.4PC機選型 11165071.3.5控制系統(tǒng) 121941.3.6報警裝置 12130001.4系統(tǒng)軟件設(shè)計 13系統(tǒng)功能分析本文正在研究開發(fā)一種在線缺陷檢測軟件系統(tǒng)，主要用于檢測高速道路表面的各種缺陷。整個系統(tǒng)設(shè)計包含了硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件設(shè)計。包括通用工業(yè)數(shù)碼相機、光學(xué)成像鏡頭、光源、工業(yè)自動控制器和計算機、顯示器、控制器和自動報警裝置。這個檢測系統(tǒng)的主要重點任務(wù)是實際的機械工業(yè)質(zhì)量檢測。1.該系統(tǒng)可以在用戶實時界面上顯示物體下層的圖像，并將加工后的圖像映射到相應(yīng)區(qū)域進行比較;2.系統(tǒng)控制接口是直觀和簡單的，可以用來調(diào)整工業(yè)相機和圖像處理參數(shù)，并控制系統(tǒng)的發(fā)射和關(guān)閉;3.成熟、高可靠性、良好整合、支持二級發(fā)展的系統(tǒng)軟件分析技術(shù);4.它可以實現(xiàn)實時傳輸和存儲數(shù)據(jù)，方便用戶查詢統(tǒng)計數(shù)據(jù);5.系統(tǒng)可能會顯示破裂的跡象。系統(tǒng)總體設(shè)計方案機器視覺系統(tǒng)人們可以收集事物的特征，并通過視覺進行進一步的測量和判斷。機器視覺系統(tǒng)必須通過計算機模擬這個功能。機器視覺是計算機科學(xué)的一個重要領(lǐng)域，結(jié)合了許多技術(shù)和許多領(lǐng)域。并購技術(shù)包括計算機設(shè)備和軟件、光學(xué)技術(shù)、機械技術(shù)和電子技術(shù)。這包括光電集成、計算機、圖像處理、圖像識別、信號處理和人工智能。機器視覺系統(tǒng)的一個前沿部分是視覺傳感器，它收集測試對象圖像的特征，并將其轉(zhuǎn)換成圖像信號，然后返回系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的算法和程序來處理它們，提取像素分布、亮度、顏色和其他參數(shù)。信息，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，通過一種特定的算法來處理信息和提取目標特征，實現(xiàn)了自動系統(tǒng)識別功能。機器視覺系統(tǒng)的好處是高度自動化和簡單的信息整合。因此，在現(xiàn)代自動生產(chǎn)中，機器視覺系統(tǒng)被廣泛用于監(jiān)測工作狀態(tài)。機器視覺系統(tǒng)通常由相機、光源、圖像收集圖、狀態(tài)映射和通信單元組成，如圖3-1所示。圖3-1機器視覺系統(tǒng)的組成圖系統(tǒng)總體方案基于機器視覺技術(shù)和系統(tǒng)優(yōu)勢在線實時檢測機器視覺無損快速、準確自動化和t.d.工業(yè)相機使用作為數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng),而VS2010和emgucv庫用作主要軟件實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)圖像處理。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)包括led光源、工業(yè)相機、pc、控制器和報警裝置，如圖3-2所示。圖3-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)的基本原理是，兩個相同類型的工業(yè)攝像機并排安裝在物體的頭部附近，固定在物體的上部和下部之間，而物體的下部被光線照射。一個合適的led光源在一個特定的角度。工業(yè)攝像機通過USB數(shù)據(jù)傳輸線路將接收到的圖像實時軟件平臺傳輸。計算機開發(fā)的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了原始圖像的處理序列。他們得到了關(guān)于管道膠帶斷裂的特征信息。根據(jù)這些特征，正在進行分離識別，并實現(xiàn)了發(fā)出警報的目標。系統(tǒng)硬件設(shè)備選型選擇硬件是機器視覺系統(tǒng)中非常重要的一部分。該成像系統(tǒng)主要由各種工業(yè)數(shù)碼相機、光學(xué)成像鏡頭、光源、工業(yè)移動計算機、控制器和報警裝置組成。由于該系統(tǒng)是基于應(yīng)用程序的實際設(shè)計，因此設(shè)備的選擇必須符合所需的系統(tǒng)功能，因此設(shè)備的選擇在整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中非常重要，并且決定了系統(tǒng)的成本。工業(yè)相機相機本身就是一個光電傳感器，將圖像的光學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電子信號。相機作為獲取圖像的關(guān)鍵設(shè)備，在機器視覺系統(tǒng)中模擬人的眼睛。它的原理是把聚焦在圖像平面上的光信號變成一個有序的電子信號來產(chǎn)生圖像。相機的不同參數(shù)是不同的，收集到的圖像的質(zhì)量、深度和分辨率也取決于相機的類型和模型。因此，在特定的檢測環(huán)境中，相機的選擇對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要影響。與普通相機相比，工業(yè)相機的優(yōu)勢如下:1.穩(wěn)定工作、可靠性、易于安裝、長期持續(xù)工作和在不利條件下使用的能力;2.暴露時間很短，移動物體可能是3.圖像傳感器4.的隊形掃描5.幀的高頻。適合高質(zhì)量圖像處理算法的廣泛光譜。工業(yè)攝像機可以按敏感芯片的類型分為psc和cmop。它們都將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電子信號來形成數(shù)字信號，區(qū)別在于數(shù)字信號傳輸模式。pds圖像傳感器也被稱為充電。除了光電轉(zhuǎn)換功能之外，它還可以存儲、傳輸和讀取信號。psc-基質(zhì)收集到的每一像素電荷的數(shù)據(jù)將輪流傳輸?shù)较乱粋€像素中，然后從底部取出，然后由傳感器邊緣的放大器放大。最后，我們得到了圖像信號。在整個過程中，沒有延遲，沒有噪音，工作電壓低，圖像質(zhì)量高，但是能源消耗是巨大的，成本相對較高。圖像傳感器也被稱為額外的金屬氧化物半導(dǎo)體。在同一個高頻微芯片中，它將兩個高頻光敏信號控制元件、圖像源和信號轉(zhuǎn)換放大器、信號傳輸轉(zhuǎn)換器和讀取輸入集成電路、數(shù)字信號傳輸轉(zhuǎn)換讀取集成電路的兩個高頻模擬信號i和o或og、圖像源和一個信號處理器和一個圖像信號控制器連接起來，因此每個字符串中的每個像素都將與放大器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路并列。然后數(shù)據(jù)被輸出到內(nèi)存中，因此CMOS圖像傳感器具有更好的集成，它有低能源消耗、低成本、寬動態(tài)范圍和高傳輸速度的好處，但也有許多圖像噪聲和低質(zhì)量的缺點。與CMOS相比，CCD的成本低，能源消耗低，圖像質(zhì)量高。集成，但是pds在分辨率、質(zhì)量和敏感性方面更好。隨著pds和cmop技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，它們之間的區(qū)別逐漸減少。目前，cmop相機的缺點是信號/噪聲比低，分辨率低，敏感度低，在不同領(lǐng)域廣泛使用。cmos攝像機的優(yōu)勢如下:每個單位像素處理單元都配備有自己的功率放大器和信號轉(zhuǎn)換控制電路，可以在短短的時間內(nèi)以高快的速度準確處理大量圖像數(shù)據(jù)；CMOS工作電壓比CCD低許多，他的功率相比CCD也小了很多，體積可能很??；3)光電CMOS傳感器比CCD更容易，讀取能力更靈活，成本更低。根據(jù)CMOS相機的優(yōu)點和工業(yè)應(yīng)用的研究和發(fā)展趨勢，CMOS相機被選擇來探測管道膠帶的表面。該地區(qū)CMOS攝像機的相關(guān)參數(shù)如下:(1)分辨率:相機圖像中的像素總數(shù)，通常由像素水平x表示。每個像素的深度:每個像素的比特數(shù)，包括8位、10位、12位和t。(3)幀頻率:每秒收集的幀數(shù)。實際上，分辨率與幀頻率成反比。相機的分辨率越高，幀頻率越低。(3)曝光模式和快門速度:主要的區(qū)域顯示模式是幀顯示、場顯示和滑動線顯示。數(shù)碼相機的曝光時間可達10微秒。(4)像素的大小:每個像素的實際大小。一般來說，像素越大，圖像處理質(zhì)量也就越高。(5)信號/噪聲比:信號/噪聲比。信號/噪聲比越高越好。(6)模擬數(shù)據(jù)機的輸出輸入接口接口x:主要組成是ieusb2.0、iee1394和iegige三個接口。SUB廣泛地應(yīng)用于各種移動穿戴設(shè)備、電腦、相機、數(shù)字電視和其他應(yīng)用領(lǐng)域。USBEC接口驅(qū)動程序的使用成本遠遠要低于1394和gigigeic接口驅(qū)動程序。USB的總成本要低15-30%。其他一些數(shù)碼相機比如工業(yè)級的攝像頭和它的USB數(shù)據(jù)接口之間可以直接相互連接使用到從UPC通過線和USB連接數(shù)據(jù)傳輸線，而為了工作1394電腦1394需要安裝地圖數(shù)據(jù)采集，當時不適合pc端相機應(yīng)該如何為相機提供了額外的電源，所以USB接口系統(tǒng)來說是更好的選擇。目前,USB接口協(xié)議正在不斷更新。USB3.0的傳輸速度是USB2.0的5倍，比1394快3倍，比GigE快2.5倍。在未來，USB這種接口將不會成為許多工業(yè)電子應(yīng)用程序的主要應(yīng)用接口。通用圖像計算機通?？梢酝瑫r接收1-2個USB這種工業(yè)級的攝像頭，這非常符合本文的圖像檢測處理系統(tǒng)，它的stability非常好，因此本文使用了它的USB這個接口。本文選擇了帶有USB接口的CMOS發(fā)現(xiàn)mh15，如圖3-3所示。它的讀出噪聲水平非常低，比傳統(tǒng)的CCD相機低3到5倍。它的技術(shù)指標在表3-1中是相等的。圖3-3DiscoveryMH15工業(yè)相機表3-1DiscoveryMH15工業(yè)相機技術(shù)指標型號DiscoveryMH15最大分辨率1270*1030像素點尺寸3.63微米*3.63微米讀岀速度15fps(1270*1030)30fps(664*512)binning2*2讀岀噪聲3e-(r.m.s)量子效率最高76%滿井容量18000e-動態(tài)范圍4500：1(增益1X)A/D轉(zhuǎn)換12bit，全4096級灰度曝光時間1-5000毫秒曝光控制手動/自動白平衡手動/自動光學(xué)接口標準C接口濾光片石英/光學(xué)玻璃接口材質(zhì)高強度不銹鋼可調(diào)環(huán)數(shù)據(jù)接口USB2.0工業(yè)鏡頭在機器視覺應(yīng)用領(lǐng)域，雖然相機、分析軟件和照明來源對機器視覺非常重要，但最重要的部分是工業(yè)相機的鏡頭。鏡頭成像是一個技術(shù)化的視覺成像系統(tǒng)中最重要的部分。它的主要應(yīng)用功能之一是在感光圖像處理感光器的表面用來測量一個物體的感光圖像。如果你的圖像處理質(zhì)量太低，將直接影響基于機器視覺處理系統(tǒng)的一個整體視覺性能。因此,選擇和完全安裝電視鏡頭對一個機器視覺控制系統(tǒng)非常重要。選擇鏡頭必須符合系統(tǒng)的要求。在選擇鏡頭時，考慮到以下因素:選擇的鏡頭必須與相機上的接口和鏡頭大小尺寸相匹配。有三種標準界面類型:F型、C型和CS型。不同焦距的鏡頭使用不同的界面。鏡片長度超過25毫米，選擇F型接口，這也是一個常見的接口。當鏡頭的焦距小于25毫米時，鏡頭的大小通常是小的，因此CS通?？紤]的是鏡頭的類型或c型接口，鏡頭的大小必須大于或等于相機的平面來提高圖像的分辨率。界面類型顯示在表3-2和表3-3中。表3-2F型接口類型攝像物鏡焦距表（mm）類型魚眼型超廣角型廣角型標準型焦距7.5,1517,2024,28,3550表3-3C、CS型接口攝像物鏡焦距表（mm）類型1/3"1/3",1/2”2/3",1”焦距2.8-3.53.5-68-75根據(jù)鏡頭的參數(shù)來選型，如圖3-4所示。參數(shù)主要有：圖3-4鏡頭參數(shù)示意圖從鏡頭中心到圖像平面的焦距，決定攝影范圍相對隔膜與鏡頭有效的D隔膜與焦點距離的關(guān)系，即相對孔=D/f;f光圈數(shù)用于控制鏡片的光流，這相當于相對孔徑的反向;測量對象能見度的FOV距離;從鏡頭前部到發(fā)現(xiàn)對象的工作距離;分辨率是在圖像平面上1毫米內(nèi)允許的黑白線的數(shù)量;當物體接近或遠離最佳焦點時，DOF透鏡強度的深度，B光放大;當透鏡形成圖像時，圖像會變形，形成圖像錯誤。焦距越小，深度越深，扭曲越嚴重，偏差現(xiàn)象越嚴重，偏差邊緣的亮度越低;隔膜越大，亮度越大，清晰度越低，分辨率越高。在選擇鏡頭時，你必須選擇一個鏡頭，它比測量對象的視野大一點，以促進運動控制。三)虹膜有兩種類型:手持和自動。根據(jù)燈光的變化選擇合適的類型。如果光線的變化不明顯，選擇手持隔膜，否則選擇自動隔膜。這個系統(tǒng)應(yīng)該取下800毫米寬的絲帶。選擇了兩個工業(yè)攝像機。每個攝像頭至少檢測400毫米，工作距離約300毫米，安裝空間約400毫米。鏡頭大小約為4毫米。該系統(tǒng)選擇了azure-ir02812zm手搖工業(yè)物鏡，其具體參數(shù)在表3-4中。表3-4AZURE-IR02812ZM手動工業(yè)鏡頭參數(shù)靶面尺寸1/2"接口C焦距2.8?12mmF值1.6光圈類型手動視場角98°~30.5°最小物距0.1m外觀尺寸043x67.5mm重量140g像素2MP光源系統(tǒng)在這種輸送帶激光檢測應(yīng)用環(huán)境中，本文主要采用的激光是新型雙目激光視覺，受主體上下兩個輸送帶檢測空間與上下檢測區(qū)域面積兩個因素不同影響，將帶有條狀線的led兩種光源分別安裝于兩個數(shù)碼相機之間，采用直接照明檢測方式。在機器視覺系統(tǒng)中，高質(zhì)量圖像的數(shù)據(jù)是整個系統(tǒng)的重要先決條件和保障。幾乎所有的信息都來自于收集到的圖像，因此獲取圖像也是機器視覺系統(tǒng)的核心。在機器視覺水平上，需要安裝一個合適的光源系統(tǒng)，這將對輸入質(zhì)量和處理后處理的精度和速度產(chǎn)生重要影響。在正確接收目標圖像時,背景圖像信息可能會直接干擾到對目標圖像信息的正確接收。選擇合適的光源能夠提供最佳信息分為圖像成像、減少復(fù)雜性分割和識別算法在較晚的階段,提高系統(tǒng)的可靠性,所以光源質(zhì)量將直接影響識別系統(tǒng)設(shè)計和整個系統(tǒng)的精度,這是ctor主要問題,以確定系統(tǒng)是否能達到預(yù)期效果。工業(yè)過程控制下常見的金屬防爆燈被細分為金屬防爆塑料光纖、金屬防爆鹵素、熒光燈、led應(yīng)用光源和特殊應(yīng)用光源(例例如光學(xué)激光和金屬x射發(fā)光)。鹵素熒光燈，也被廣泛稱為彩色鎢燈或鹵素熒光燈，是一種高強度、高顏色、方便使用和維護的白熾燈，但反應(yīng)速度很低。光線很低,亮度和光的顏色以及溫度幾乎沒有任何變化。管子地表溫度高(高達500-700°C)辦事的貴，光學(xué)鹵素燈可能由光纖制成的。金屬鹵素燈最大的優(yōu)點是它有很高的反光率和良好的顏色傳輸。它們適合光線充足、顏色充足的房間。他們的打擊能力很差，脾氣也很暴躁。直接管式熒光燈的好處包括較短的壽命、較低的功率、較低的質(zhì)量、較低的白熾燈和更高的安裝成本。高效的熒光燈有很高的反射率，適合均勻地照明，高功率，但成本很高。當環(huán)境溫度低于或高于50°C-10°C,或者用于水和潮濕的環(huán)境,燈泡壽命會縮短。led燈可以以適當?shù)男问浇M合，并根據(jù)幾個led的需要達到所需的亮度。led燈有低能耗、快速反應(yīng)、小容量、便攜式設(shè)備、高能見度和長壽命、合理價格和低噪聲和振動的好處。系統(tǒng)不使用特殊的光源，比如激光。與上述類型的光源相比，本文選擇了LED光源。隨著led生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，led在機器視覺工業(yè)中被廣泛使用。機器視覺光源系統(tǒng)通常是按照特定的檢測要求設(shè)計的。它的形狀和位置沒有固定。實際使用時，應(yīng)在目標和測試對象上進行詳細的環(huán)境調(diào)查，并根據(jù)實際情況選擇適當?shù)恼彰鞣绞?，以確保最佳的光線效果。根據(jù)光源的相對位置，攝像機和物體的測量照明模式可分為下列一般類型:直接照明:直接照明模式，在測試對象中直接照明，攝像機接收圖像。因此，攝像機接收到的圖像對比相對較高。由于安裝這種照明系統(tǒng)是最簡單、最適合于光源的，所以直接照明也是最常見的照明模式。照明:激光照明方式是指使物體后部受光輻射的一種照明方式，與直接照明相同或?qū)?yīng)。光不能準確反映任何受試者在任何圖像環(huán)境中的任何表面結(jié)構(gòu)特征，但光可以顯著分離受試者的輪廓。因此，這種運動照明檢測方法經(jīng)常被人們用來用于確定一個物體的運動方向或用來測量一個物體的體積大小。暗場照明:因此，光源不會直接投射到物體的表面，而是以特定的角度投射，因此物體的表面會在黑暗的背景中產(chǎn)生亮點。在這種照明方法中有兩種常見的應(yīng)用，一種是發(fā)現(xiàn)突出的對象。產(chǎn)生均勻擴散反射光，所以它主要作為適用于粗糙物體表面或帶有反射發(fā)光物體的擴散物體，在反射物體上需要使用均勻的光照明。它同時具有快速獲取每個不同細節(jié)之間圖像的巨大重要性。同軸線光輻射:指照相機、光源和其他物體在同一條同軸線上,同時安裝下分光鏡。光源將光線投射到光譜儀上,然后用光譜儀將光線投射到測試對象上。當一個受試者的激光檢測材料表面不明顯，,可以考慮使用這種激光照明檢測方法。在物體檢測中，這種紙使用雙筒望遠鏡視覺。在空間和物體探測區(qū)域的影響下，一個led光源被放置在兩個攝像頭之間，并直接照明。PC機選型在這個系統(tǒng)中，pc是圖像處理的基本設(shè)備。在收集了大量的圖像數(shù)據(jù)后，它們被傳輸?shù)絺€人電腦上。pc運行相應(yīng)的軟件和軟件算法來處理圖像。因此，為了確保檢測速度和整個系統(tǒng)的性能水平，pc的選擇是重要的。在這個系統(tǒng)中，有大量的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)需要處理，所以計算機以很高的計算速度被選中。在實驗中，LenovoThinkPadt510i被使用，配置顯示在表3-5中。表3-5PC機ThinkPadT510i主要參數(shù)型號ThinkPadT510i43145VC處理器Intel酷睿i5雙核430M處理器（2.26GHz主頻/3MB三級緩存）芯片組IntelQM57芯片組標準內(nèi)存2GBDDR3硬盤容量320GBSATA接口5400轉(zhuǎn)特點該CPU支持TurboBoost睿頻技術(shù)，可自動超頻至2.53GHz顯示芯片NVIDIAQuadroNVS3100M獨立顯卡，512顯存顯示屏15.6英寸1280x800網(wǎng)絡(luò)連接/無線1000M以太網(wǎng)卡，Intel1000BGN802.11b/g/n擴展接口3個USB2.0接口重量（kg）2.67kg操作系統(tǒng)正版Windows7Professional專業(yè)版軟件支持WindowsMicrosoftVisualStudio2010、EmguCV、OpenCV等控制系統(tǒng)s7-200使用一個rs485接口，與其他物理通信協(xié)議上的rs232接口不同。因此，該操作系統(tǒng)也被使用了:siemensppi使用電纜接口來直接完成兩個不同接口協(xié)議之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以實現(xiàn)plc和pc之間的連接。計算機管理軟件可以通過它的siemensopc內(nèi)存服務(wù)器自動讀取和管理記錄siplcc的內(nèi)存，以便