徐松

摘要：機器視覺不僅能夠模仿人的視覺功能，同時其還能模仿人腦的信息識別及分析功能，機器視覺得到的信息數(shù)據(jù)，會經(jīng)過提取有效信息，信息歸類整理，再用作實際應(yīng)用中的檢測、控制等，在實際操作中多用于對圖案進行對比，相比于其他行業(yè)，機器視覺在蛋品質(zhì)檢測中有著極大的優(yōu)勢，機器視覺將蛋類的表面參數(shù)記錄并加以整理，結(jié)果更加公正客觀，可以大幅提高檢測的準確性，不過將機器視覺運用在其他行業(yè)也有著其不可替代的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：機器視覺技術(shù);光源;剔除系統(tǒng)

檢測技術(shù)是在我國生產(chǎn)、科研等各方面應(yīng)用較廣的技術(shù)，在生產(chǎn)領(lǐng)域，檢測技術(shù)用于檢測產(chǎn)品的質(zhì)量、合格率等參數(shù)，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)率，增加企業(yè)收入[1];在日常生活領(lǐng)域，檢測技術(shù)用于測量住房甲醛、室內(nèi)溫度濕度等以保證人們的生活質(zhì)量，隨著生活水平的日益提高，社會對于檢測技術(shù)的要求也會隨之增高，目前市面上的檢測技術(shù)雖然能夠檢測企業(yè)需要的大部分數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)精度低，且其檢測設(shè)備沒有數(shù)據(jù)儲存能力，因此發(fā)展新型檢測技術(shù)是我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)保障。

1 機器視覺簡介

機器視覺技術(shù)是一種新型檢測技術(shù)，機器視覺主要是模擬人眼對圖案的觀察、分析、接受等功能，機器視覺不僅僅能夠模仿人的視覺功能，同時其還能模仿人腦的信息識別及分析功能，機器視覺得到的信息數(shù)據(jù)，會經(jīng)過提取有效信息，信息歸類整理，再用作實際應(yīng)用中的檢測、控制等，機器視覺是多學(xué)科的交叉融合，其具有信息處理快、信息量大、功能多樣等優(yōu)點，在實際操作中多用于對圖案進行對比，相比于其他行業(yè)，機器視覺在蛋品質(zhì)檢測中有著極大的優(yōu)勢，機器視覺將蛋類的表面參數(shù)記錄并加以整理，結(jié)果更加公正客觀，可以大幅提高檢測的準確性，不過將機器視覺運用在其他行業(yè)也有著其不可替代的優(yōu)勢，例如通過機器視覺檢測包裝盒系統(tǒng)，機器視覺可以先采集需要的檢測信息，將信息處理并生成圖像信號，然后通過數(shù)據(jù)分析處理提取出需要的信號數(shù)據(jù)，以輸出的信號數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對比包裝盒系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障[2]。

機器視覺檢測具有許多傳統(tǒng)檢測技術(shù)無法達到的優(yōu)點，機器視覺檢測技術(shù)可以擁有更高的精度檢測和效率，同時機器視覺成本較低，數(shù)據(jù)保存時間長，便于檢測者分析和查詢數(shù)據(jù)信息，隨著我國技術(shù)和科學(xué)的快速發(fā)展，我國的產(chǎn)品檢測要求也會不斷增高，傳統(tǒng)檢測技術(shù)將難以適應(yīng)新時代發(fā)展要求，而機器視覺檢測則可以為新興企業(yè)提高更高質(zhì)的檢測方法，是未來企業(yè)實現(xiàn)自動化的重要支撐[3]。

2 機器視覺在檢測中的應(yīng)用現(xiàn)狀

機器視覺檢測可以獲得更多的數(shù)據(jù)信息，同時信息處理難度不高，所以在實際生活中，機器視覺技術(shù)一般被用到工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。

一般而言，機器視覺是通過如下步驟完成數(shù)據(jù)檢測的：首先，確定檢測的具體需求，根據(jù)具體需求選擇合適的光源，如藍光白光等，在確定光源之后，需要設(shè)計合理的成像系統(tǒng)，通過成像系統(tǒng)獲取更高像素、更高質(zhì)量的圖像信息，從而保證檢測結(jié)果的精確性，另外還需要設(shè)置圖像采集卡，其主要是將機器視覺采集到的圖像信息發(fā)送到電腦端[4];一般來說，由于檢測環(huán)境的影響，檢測中獲取的圖形信息會有一定的噪聲，所以在圖像處理與決策模塊先要進行圖像的預(yù)處理以獲得清晰的圖片，然后根據(jù)具體種類的被測目標的圖像特點，設(shè)計算法對目標圖像進行檢測、識別，產(chǎn)生判決決策給控制執(zhí)行模塊;控制執(zhí)行模塊根據(jù)圖像處理與決策模塊產(chǎn)生的決策結(jié)果來執(zhí)行，該模塊通常包括機械控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng);機械控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)被測目標的運動控制、電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)的通信。

3 基于視覺檢測技術(shù)的包裝盒檢測方案設(shè)計

本實驗將設(shè)置3個相機，分別在被檢測物體的兩側(cè)及上端，3個相機將用于檢測包裝盒的端面翹角以及上表面缺陷，在實驗進行的過程中，由于考慮到光源之間的相互干擾，為增加實驗結(jié)果的準確性，系統(tǒng)采用分時拍照技術(shù)，同時在被檢測物體的兩側(cè)和上方設(shè)置同步傳感器，對數(shù)據(jù)進行精確測量。

3.1 包裝盒端面檢測的實現(xiàn)

端面檢測設(shè)置主要通過相機進行檢測，在其左右兩側(cè)設(shè)置工業(yè)相機，具體設(shè)置如圖1所示，相機的分辨率為130萬像素，同時通過設(shè)備向包裝盒的四個頂角處投射藍色條狀光源，在側(cè)度打光。

3.2 包裝盒上表面檢測的實現(xiàn)

檢測上表面時，需要通過分辨率為130萬像素的相機進行檢測，將相機設(shè)置于包裝盒的正上方，其位置垂直于包裝盒，但此時的相機無法檢測完整的包裝盒表面積數(shù)據(jù)，而是僅能檢測到一般，因此需要在左右兩端設(shè)置白色光源，通過高反光的原理和相機的灰度檢測工具，檢測左右兩端的包裝盒數(shù)據(jù)。同時，在設(shè)置時也可根據(jù)具體實驗要求，通過兩臺相機檢測上表面。

3.3 自動剔除裝置

本實驗中采用了皮帶輸送包裝盒，通過“側(cè)面高速氣缸剔除”的方案，具體裝置設(shè)置如圖2所示：

包裝盒的剔除方式，在實驗中我們采用了電磁閥剔除，相較于其他剔除方式，電磁閥剔除具有高效率、易控制等優(yōu)點，在通過以上裝置分析每個包裝盒的圖像之后，如果包裝盒臺中有一定的缺陷，則會產(chǎn)生剔除信號，工控機輸出信號到電磁閥，控制氣缸推桿做出剔除動作。

3.4 本設(shè)計對包裝盒完整性檢測的改善

項目實施前，10mm以下的包裝盒無法檢測;當檢測到爛包裝盒時機器報警并停機，必須人為干預(yù)才恢復(fù)生產(chǎn)。隨著報警次數(shù)的增多，大大降低設(shè)備運轉(zhuǎn)效率，急需改善。

項目實施后，安裝異常包裝盒在線檢測裝置后不需要停機，系統(tǒng)自動剔除問題包裝盒，問題包裝盒自動存放在收集箱里，當收集箱快要滿時系統(tǒng)報警，通知操作人員及時取出，避免阻塞剔除通道。由此能顯著降低操作人員的工作強度，提高有效作業(yè)率，使得機器長時間穩(wěn)定運行，不僅提高的生產(chǎn)效率，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

4 包裝盒分離設(shè)計

在檢測時，由于需要對每個包裝盒進行檢測，因此在實驗中需設(shè)置包裝盒分離機制，將測試臺上的每個包裝盒進行分離，以便視覺機器可以檢測到每個包裝盒的包裝特性。

通過控制電機轉(zhuǎn)速帶動帆布材質(zhì)皮帶轉(zhuǎn)動使分條器皮帶轉(zhuǎn)速略小于軌道輸送皮帶速度即可實現(xiàn)分條。

5 視覺檢測設(shè)計

5.1 光源設(shè)計

光源設(shè)計是包裝盒檢測中非常重要的一環(huán)。在日常生活中，包裝盒的種類豐富多樣，有時僅僅是同一個工廠，包裝盒的種類也有七八種之多，外包裝則更加豐富，有些包裝盒的金拉線是金色，有些是白色，同時在包裝過程中由于操作條件限制，包裝盒外包裝質(zhì)量參差不齊，缺陷多種多樣，從而增加了檢測的難度。

有的包裝盒外包裝為透明紙，而藍色光源照射透明紙時雖然無法直接穿透透明紙，但是由于其可以得到極好的反射效果，所以更加適合檢測包裝盒的表面物質(zhì)，在使用光源進行檢測時，如果光源使用圓形或者方形光源，容易造成照射邊緣過亮等現(xiàn)象，為了保證光線照射均勻，在檢測時需選用條形形狀的光源，在本設(shè)置中考慮到光照角度等問題。

相機設(shè)置可以增加到7個方位，對包裝盒外包裝進行全方位檢測，裝置中選用的LED燈可以根據(jù)外包裝的反光程度及室內(nèi)光線等自動調(diào)整照射明度及方位，從而確保檢測數(shù)據(jù)的有效性，在設(shè)計中，將條形光源的角度調(diào)低，可以更加容易獲取包裝盒的表面形狀以及除去色差。

5.2 光路設(shè)計

在檢測中，光線的光路設(shè)計也極為重要，一般來說，光線進入相機的路線有兩種，一種是直接式，即當光源的光線照射到包裝盒表面時，透明紙反射到相機的光線的一種形式，直接式的線路最大特點在于光線損失較少;另一種線路方式時間接式，間接式的光線主要是指當從光從光源處照射到包裝盒包裝時，光線反射到鏡面，再通過鏡面反射到相機，由于光線在反射的過程中增加了鏡面這一環(huán)節(jié)。

5.3 曝光方式

LED的曝光方式主要有三種，第一種是單側(cè)曝光，方式簡單，但是很容易在被測物上造成陰影;第二種是對側(cè)曝光，該方式可以解決陰影產(chǎn)生的問題，但是如果出現(xiàn)外包裝紋理與光線平行的情況，圖像的清晰度會降低;第三種是四面曝光，也就是本次設(shè)計所采用的方式，它可以完美避免上述問題的出現(xiàn)。

6 結(jié)語

機器視覺技術(shù)是一種新型的檢測技術(shù)，本實驗中通過三組對照實驗，即分別用彩色攝像機+白色光源、黑白相機+藍色光源、工業(yè)紅外攝像機+紅外光源三種方式對包裝盒進行了檢測分析，實驗結(jié)果證明，如果需要檢測包裝盒的透明紙折痕，則通過工業(yè)紅外攝像機+紅外光源方式可以得到更清晰的數(shù)據(jù)，如果實驗條件也有限，也可以通過黑白相機+藍色光源進行檢測，但是其數(shù)據(jù)清晰度會有所降低，同時在進行機器視覺技術(shù)檢測時，需要特別注意光源的干擾情況，可以盡量選擇面積較大的實驗室進行實驗以避免光源影響，同時確保數(shù)據(jù)信息的準確性。

參考文獻：

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[2]張慧敏，薛琛，郭興召，黃程.基于機器視覺的線束末端包覆質(zhì)量檢測系統(tǒng)研究[J].包裝工程，2020，41（13）：237-242.

[3]李敏，周先飛，夏躍武，甘露.基于機器視覺的汽車儀表檢測教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，22（02）：80-82+117.

[4]金懷國，夏荒生，曾雄偉.基于機器視覺技術(shù)的雪茄煙質(zhì)量檢測裝置設(shè)計[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2020，19（04）：7-11.