[摘 要]：本文提出了一種基于機器視覺的多功能在線檢測實驗平臺的研制方案，介紹了基于Matrox公司Cornoa2圖像采集卡和PULNIX公司TM6703攝像機的視覺檢測平臺的軟硬件結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細闡述了圖像采集卡和攝像機的配合應用和軟件開發(fā)。 1 引言 近幾十年來，制造業(yè)在新材料、新工藝、新設備等方面取得了巨大進步，傳統(tǒng)意義上的許多檢測技術(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)品沒有相應的檢測方法；許多傳統(tǒng)檢測手段無法提供實時、在線、非接觸檢測；現(xiàn)代產(chǎn)品的檢測精度大大提高?，F(xiàn)代制造業(yè)的進步需要研究新型的產(chǎn)品檢測技術(shù)，在已經(jīng)研究的多種技術(shù)中，視覺檢測技術(shù)具有非接觸、速度快、精度合適、現(xiàn)場抗干擾能力強等突出的優(yōu)點，在實際中顯示出廣闊的應用前景。本實驗平臺的構(gòu)建就是針對各種不同的工業(yè)檢測對象，研究機器視覺系統(tǒng)在不同環(huán)境下的應用。 2 機器視覺在線檢測的基本原理 基于機器視覺的在線檢測系統(tǒng)的基本原理：首先通過視覺傳感器獲取高速流水線上運動待檢測物體圖像，圖像傳送到計算機后，計算機調(diào)用專用的圖像處理軟件來對檢測物體進行檢測、測量、分析、判斷。多功能檢測實驗平臺的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，機器視覺在線檢測系統(tǒng)的基本模塊包括：傳動裝置、專用LED光源、圖像采集模塊、電氣控制模塊。 3 多功能檢測實驗平臺運動控制部分設計 構(gòu)建多功能實驗平臺就是要能模擬各種工業(yè)檢測環(huán)境，所以運動控制部分的設計也應能模擬各種工業(yè)流水線。 在這套系統(tǒng)中，運動控制部分選用工業(yè)PC＋運動控制卡＋步進電機的控制模式。運動控制卡是步進電機公司的MPC01。它配備了許多功能強大、內(nèi)容豐富的運動控制軟件工具和函數(shù)庫。MPC01運動函數(shù)庫用于二次開發(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運動庫鏈接起來，就可以開發(fā)出自己的控制系統(tǒng)。 4 專用LED光源 光源對圖像質(zhì)量的影響是至關(guān)重要的，考慮到本套試驗平臺將要進行各種物品的檢測實驗，開發(fā)設計了多種專用LED照明方案以適應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，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；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動圖像獲取，采集圖像質(zhì)量的好壞將直接影響整個檢測效率。圖像采集部分主要由CCD攝像機完成。CCD攝像機攝取圖像信號，由圖像采集卡將圖像信號采集進來。本套實驗裝置選用兩個方位的攝像機對待檢測物體進行檢測，一個俯拍位一個側(cè)拍位，對有些待檢測物體可以進行多方位的檢測。攝像機采用的是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信號和單／雙路黑白模擬視頻信號；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到30MHz，RS-422數(shù)字模式下達25MHz，LVDS數(shù)字模式下達40MHz；連接2個RGB或6個模擬黑白視頻信號；32-bit／33MHz PCI總線主模式；擴展板上實時采集存儲；可同時支持模擬VGA和獨立的數(shù)字VGA或TV輸出。 5.2 CCD攝像機 Pulnix公司的TM6703是1／2英寸，648×484，快門速度為1／60／32000s，同時帶有異步重置功能。當VINIT脈沖發(fā)生作用時，重置攝像機的掃描清除CCD。當在異步模式下和外部VINIT高電平信號的作用下，異步功能將自動被選擇，信號讀出會被禁止直到有觸發(fā)。下面是攝像機異步重置的3種模式： （1）控制脈沖寬度的外部VINIT：快門速度由脈沖寬度來控制； （2）快速內(nèi)部觸發(fā)模式：當VINIT的下降沿和外部HD是一樣的時候，信號抓取沒有延時，否則，會有0～1HD的延時； （3）慢速內(nèi)部觸發(fā)模式：快門速度可以選擇在1／250-1／2000s，如果VINIT和外部HD的下降沿相同，并且啟動了積分充電，在VINIT下降沿攝像機放電。輸出延時取決于選擇的快門速度。 5.3 攝像機和采集卡的配合 兩個攝像機的輸出信號都通過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)不同的攝像機輸入都有專門的DCF配置文件。攝像機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，在每個檢測位安置了一個光電傳感器，當被檢測物經(jīng)過時觸發(fā)光電傳感器，光電傳感器的輸出信號作為攝像機的外部觸發(fā)信號觸發(fā)攝像機采集一楨圖像。 在這種模式下攝像機的DCF配置文件中將觸發(fā)模式設置為：硬件觸發(fā)。這樣在有物體經(jīng)過攝像機的時候攝像機才觸發(fā)采集，沒有物體經(jīng)過的時候處于等待狀態(tài)。 6 圖像采集系統(tǒng)的軟件開發(fā) Matrox圖像采集卡自身帶MIL庫函數(shù)可以很方便的在VC下進行軟件二次開發(fā)。 利用MIL庫函數(shù)首先分配一個應用對象（Application），相當于創(chuàng)建圖像處理的控制和執(zhí)行環(huán)境。在應用對象下可以建立多個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)下可以建立多個數(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，通過對數(shù)組的處理即可實現(xiàn)對圖像的處理。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 在線檢測平臺的工作流程 多功能檢測平臺要能實現(xiàn)模擬工業(yè)生產(chǎn)線的在線檢測功能。首先，軟件通過串口給PLC發(fā)送指令啟動流水線；待檢測物品放置在流水線上，進入檢測機柜觸發(fā)攝像機光電傳感器。 由于采集卡工作在外部觸發(fā)的模式下，當光電傳感器被觸發(fā)后，所輸出的光電脈沖信號傳送至圖像采集卡，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)進行顯示、計算、判斷等工作，檢測待檢測物品是否合格。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 為適應各種不同的工業(yè)產(chǎn)品檢測，多功能檢測實驗平臺所選用的攝像機和采集卡具有很大的靈活性。硬件平臺的構(gòu)建方面，攝像機、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。該平臺的構(gòu)建為應用在具體工業(yè)環(huán)境中的專用視覺檢測系統(tǒng)提供了一個良好的基礎。