[摘 要]：本文提出了一種基于機(jī)器視覺(jué)的多功能在線檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制方案，介紹了基于Matrox公司Cornoa2圖像采集卡和PULNIX公司TM6703攝像機(jī)的視覺(jué)檢測(cè)平臺(tái)的軟硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細(xì)闡述了圖像采集卡和攝像機(jī)的配合應(yīng)用和軟件開(kāi)發(fā)。 1 引言 近幾十年來(lái)，制造業(yè)在新材料、新工藝、新設(shè)備等方面取得了巨大進(jìn)步，傳統(tǒng)意義上的許多檢測(cè)技術(shù)已不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求，表現(xiàn)在：許多新型產(chǎn)品沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)方法；許多傳統(tǒng)檢測(cè)手段無(wú)法提供實(shí)時(shí)、在線、非接觸檢測(cè)；現(xiàn)代產(chǎn)品的檢測(cè)精度大大提高?，F(xiàn)代制造業(yè)的進(jìn)步需要研究新型的產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)，在已經(jīng)研究的多種技術(shù)中，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)具有非接觸、速度快、精度合適、現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)等突出的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建就是針對(duì)各種不同的工業(yè)檢測(cè)對(duì)象，研究機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)在不同環(huán)境下的應(yīng)用。 2 機(jī)器視覺(jué)在線檢測(cè)的基本原理 基于機(jī)器視覺(jué)的在線檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理：首先通過(guò)視覺(jué)傳感器獲取高速流水線上運(yùn)動(dòng)待檢測(cè)物體圖像，圖像傳送到計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)調(diào)用專(zhuān)用的圖像處理軟件來(lái)對(duì)檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)、測(cè)量、分析、判斷。多功能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，機(jī)器視覺(jué)在線檢測(cè)系統(tǒng)的基本模塊包括：傳動(dòng)裝置、專(zhuān)用LED光源、圖像采集模塊、電氣控制模塊。 3 多功能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制部分設(shè)計(jì) 構(gòu)建多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就是要能模擬各種工業(yè)檢測(cè)環(huán)境，所以運(yùn)動(dòng)控制部分的設(shè)計(jì)也應(yīng)能模擬各種工業(yè)流水線。 在這套系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制部分選用工業(yè)PC＋運(yùn)動(dòng)控制卡＋步進(jìn)電機(jī)的控制模式。運(yùn)動(dòng)控制卡是步進(jìn)電機(jī)公司的MPC01。它配備了許多功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富的運(yùn)動(dòng)控制軟件工具和函數(shù)庫(kù)。MPC01運(yùn)動(dòng)函數(shù)庫(kù)用于二次開(kāi)發(fā)，用戶只要用C／C＋＋或Visual Basic等編制所需的用戶界面程序，并把它與MPC01運(yùn)動(dòng)庫(kù)鏈接起來(lái)，就可以開(kāi)發(fā)出自己的控制系統(tǒng)。 4 專(zhuān)用LED光源 光源對(duì)圖像質(zhì)量的影響是至關(guān)重要的，考慮到本套試驗(yàn)平臺(tái)將要進(jìn)行各種物品的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了多種專(zhuān)用LED照明方案以適應(yīng)各種不同的待檢物體。直環(huán)型用于各種具有穩(wěn)定照度和清晰圖像的工件；狹角型用于各種透明工件或低對(duì)比度工件；棒型用于透明、光滑、鍍金表面；圓頂型用于不平整或彎曲的表面檢測(cè)，金屬包片上的印刷字體或彎曲表面的孔穴；背光型用于透明材料或液體的檢測(cè)；同軸型用于光滑、電鍍、低反射表面。 5 高速圖像采集系統(tǒng) 圖像采集部分將完成流水線上的運(yùn)動(dòng)圖像獲取，采集圖像質(zhì)量的好壞將直接影響整個(gè)檢測(cè)效率。圖像采集部分主要由CCD攝像機(jī)完成。CCD攝像機(jī)攝取圖像信號(hào)，由圖像采集卡將圖像信號(hào)采集進(jìn)來(lái)。本套實(shí)驗(yàn)裝置選用兩個(gè)方位的攝像機(jī)對(duì)待檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)，一個(gè)俯拍位一個(gè)側(cè)拍位，對(duì)有些待檢測(cè)物體可以進(jìn)行多方位的檢測(cè)。攝像機(jī)采用的是Pulnix公司的TM6703，采集卡選用Matrox公司的Comora2。 5.1 圖像采集卡 Matrox Corona Ⅱ是Matrox Graphics Inc．生產(chǎn)的圖像控制器，可采集隔行掃描／逐行掃描的分量RGB信號(hào)和單／雙路黑白模擬視頻信號(hào)；3路10bit A／D轉(zhuǎn)換器；24-bit RS-422／LVDS數(shù)字接口；模擬情況下采集率達(dá)到30MHz，RS-422數(shù)字模式下達(dá)25MHz，LVDS數(shù)字模式下達(dá)40MHz；連接2個(gè)RGB或6個(gè)模擬黑白視頻信號(hào)；32-bit／33MHz PCI總線主模式；擴(kuò)展板上實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)；可同時(shí)支持模擬VGA和獨(dú)立的數(shù)字VGA或TV輸出。 5.2 CCD攝像機(jī) Pulnix公司的TM6703是1／2英寸，648×484，快門(mén)速度為1／60／32000s，同時(shí)帶有異步重置功能。當(dāng)VINIT脈沖發(fā)生作用時(shí)，重置攝像機(jī)的掃描清除CCD。當(dāng)在異步模式下和外部VINIT高電平信號(hào)的作用下，異步功能將自動(dòng)被選擇，信號(hào)讀出會(huì)被禁止直到有觸發(fā)。下面是攝像機(jī)異步重置的3種模式： （1）控制脈沖寬度的外部VINIT：快門(mén)速度由脈沖寬度來(lái)控制； （2）快速內(nèi)部觸發(fā)模式：當(dāng)VINIT的下降沿和外部HD是一樣的時(shí)候，信號(hào)抓取沒(méi)有延時(shí)，否則，會(huì)有0～1HD的延時(shí)； （3）慢速內(nèi)部觸發(fā)模式：快門(mén)速度可以選擇在1／250-1／2000s，如果VINIT和外部HD的下降沿相同，并且啟動(dòng)了積分充電，在VINIT下降沿?cái)z像機(jī)放電。輸出延時(shí)取決于選擇的快門(mén)速度。 5.3 攝像機(jī)和采集卡的配合 兩個(gè)攝像機(jī)的輸出信號(hào)都通過(guò)RS232C串口控制與采集卡傳送數(shù)據(jù)。 Matrox公司的采集卡根據(jù)不同的攝像機(jī)輸入都有專(zhuān)門(mén)的DCF配置文件。攝像機(jī)的配置模式有硬件觸發(fā)、軟件觸發(fā)和連續(xù)采集3種模式。 為了提高CPU的利用效率，在每個(gè)檢測(cè)位安置了一個(gè)光電傳感器，當(dāng)被檢測(cè)物經(jīng)過(guò)時(shí)觸發(fā)光電傳感器，光電傳感器的輸出信號(hào)作為攝像機(jī)的外部觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)攝像機(jī)采集一楨圖像。 在這種模式下攝像機(jī)的DCF配置文件中將觸發(fā)模式設(shè)置為：硬件觸發(fā)。這樣在有物體經(jīng)過(guò)攝像機(jī)的時(shí)候攝像機(jī)才觸發(fā)采集，沒(méi)有物體經(jīng)過(guò)的時(shí)候處于等待狀態(tài)。 6 圖像采集系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā) Matrox圖像采集卡自身帶MIL庫(kù)函數(shù)可以很方便的在VC下進(jìn)行軟件二次開(kāi)發(fā)。 利用MIL庫(kù)函數(shù)首先分配一個(gè)應(yīng)用對(duì)象（Application），相當(dāng)于創(chuàng)建圖像處理的控制和執(zhí)行環(huán)境。在應(yīng)用對(duì)象下可以建立多個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)下可以建立多個(gè)數(shù)據(jù)緩存（Data Buffer）、數(shù)字轉(zhuǎn)化器（Digitizer）和數(shù)據(jù)顯示（Display）。 將圖像文件讀入數(shù)據(jù)緩存，緩存賦值給數(shù)組，通過(guò)對(duì)數(shù)組的處理即可實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的處理。圖像數(shù)據(jù)與顯示數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)后，就可以顯示在制定的控件或窗體上。 7 在線檢測(cè)平臺(tái)的工作流程 多功能檢測(cè)平臺(tái)要能實(shí)現(xiàn)模擬工業(yè)生產(chǎn)線的在線檢測(cè)功能。首先，軟件通過(guò)串口給PLC發(fā)送指令啟動(dòng)流水線；待檢測(cè)物品放置在流水線上，進(jìn)入檢測(cè)機(jī)柜觸發(fā)攝像機(jī)光電傳感器。 由于采集卡工作在外部觸發(fā)的模式下，當(dāng)光電傳感器被觸發(fā)后，所輸出的光電脈沖信號(hào)傳送至圖像采集卡，圖像采集卡采集一楨圖像，送至Buffer里面，至此已完成了圖像的采集工作。 然后，圖像處理軟件讀取Buffer里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、計(jì)算、判斷等工作，檢測(cè)待檢測(cè)物品是否合格。不合格物品將觸發(fā)剔除裝置，將其從流水線上剔除。 8 結(jié)束語(yǔ) 為適應(yīng)各種不同的工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)，多功能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所選用的攝像機(jī)和采集卡具有很大的靈活性。硬件平臺(tái)的構(gòu)建方面，攝像機(jī)、光源、光電傳感器的位置結(jié)構(gòu)也具有很大的靈活性，可以方便各種不同形狀和大小的產(chǎn)品檢測(cè)。該平臺(tái)的構(gòu)建為應(yīng)用在具體工業(yè)環(huán)境中的專(zhuān)用視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。