专利名称：一种开放式视觉检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种视觉检测装置，具体涉及一种可用于产品在线检测的通用开 放式视觉检测装置。
背景技术：
早期的产品质量检测一般采用人工检测，成本高，生产效率低，难以符合大规模工 业生产的需求。20世纪80年代以后，由于机器视觉的快速性、可重复性、智能化和可现场性 等特点，在零部件质量检测、工农业产品检测分级等行业场合，基于视觉检测技术的各种在 线检测系统得到了具体的应用。这些在线检测系统多采用购买现成CCD摄像头，采用图像 采集板卡加工业控制计算机的方式，上位机再自行开发不同的处理软件。为了精确检测到物体的差别，这些检测系统一方面采用高速的硬件处理平台，对 光源等外部条件要求苛刻，以获得较高的分辨率图像，另一方面采用各种复杂的处理算法 对图像进行处理，同时算法往往局限于某一特定的产品检测。这些检测系统的软硬件成本 较高，同时由于其采用的复杂的处理算法，对图像进行处理时间较长，难以满足现代工业生 产线高速实时检测的需求。
发明内容本实用新型是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种开放 式视觉检测装置，以适应各种工农业产品在线检测的要求。本实用新型的技术方案是一种开放式视觉检测装置，包括光学成像系统，光学成 像系统由智能照明装置和CCD摄像机组成，智能照明装置包括光源和一块背景板，在滑槽 的下方、以滑槽为对称轴分别设置前后各有两个光源和一块背景板。所述的光学成像系统的输出、输入端信号与嵌入式硬件处理平台的输入、输出端 信号连通，嵌入式硬件处理平台的输出、输入端信号分别与工控计算机或触摸屏、特征匹配 数据库和检测装置与执行机构的输入、输出端信号连通，所述的嵌入式硬件处理平台包括 图像采集控制接口、输入输出控制接口、图像处理算法�？楹腿嘶换ソ涌�。光源采用亮度可调的多段LED光源。本实用新型一套检测系统可以包含多种产品(物料)的检测匹配图像，由于采用 了完全开放的结构，用户可以根据具体的检测要求在本平台上进行第二次开发。本实用新 型中的视觉检测的光学成像系统、嵌入式硬件处理平台中的图像处理软件包、输入输出控 制接口和人机交互接口均采用了�？榛杓疲虼丝梢愿菔导市枰凶楹希乜砹耸� 觉检测装置的应用领域。
图1是本实用新型一种开放式视觉检测装置的结构框图；图2是本实用新型的光学成像系统的结构示意图。
3[0011]其中[0012]1光学成像系统2嵌入式硬件处理平台[0013]3工控计算机或触摸屏4特征匹配数据库[0014]5检测装置与执行机构6智能照明装置[0015]7CCD摄像机8图像采集控制接口[0016]9输入输出控制接口10图像处理算法�？閇0017]11人机交互接口15料仓[0018]16供料器17滑槽[0019]18光源19背景板[0020]20传感器芯片21摄像镜头[0021]22喷嘴
具体实施方式
下面，参照附图和实施例对本实用新型的一种开放式视觉检测装置进行详细说 明如图1所示，一种开放式视觉检测装置，包括光学成像系统1，光学成像系统1的 输出、输入端信号与嵌入式硬件处理平台2的输入、输出端信号连通，嵌入式硬件处理平台 2的输出、输入端信号分别与工控计算机或触摸屏3、特征匹配数据库4和检测装置与执行 机构5的输入、输出端信号连通。其中，光学成像系统1由智能照明装置6和CXD摄像机7组成。其中，智能照明装 置6包括光源18和一块背景板19。在料仓15的下方设置供料器16、在供料器16的下方设 置滑槽17，在滑槽17的下方、以滑槽17为对称轴分别设置前后各有两个光源18和一块背 景板19。光源18使用亮度可调的多段LED光源，由图像采集接口 8控制，可以根据待检测 物体对光线强度的需求来自动设定一段LED照明或多段LED照明，从而调节光源亮度。同 时还可以根据待检测物体颜色的不同选用不同颜色的光源。CXD摄像机7由高速线阵CXD传感器芯片20和摄像镜头21组成，可以根据需要 配合选用多种标准镜头。智能照明装置6使用亮度可调的多段LED光源，由图像采集接口 8控制，可以根据待检测物体对光线强度的需求来自动设定一段LED照明或多段LED照明， 从而调节光源亮度。同时还可以根据待检测物体颜色的不同选用不同颜色的光源。光学成像系统1负责将物料的光信号转换为电信号，为后续图像采集做准备。在 光源21的照射下光学摄像镜头21用于对进入视线内的物料光学成像。传感器芯片20检 测光学摄像镜头聚集的光线，并检测其强度，采集被测物体的图像信息，不同颜色的物体产 生不同强度的信号。前后各设一个传感器芯片20，目的是用于检测的物料正反两面的颜色， 保证检测的全面性。嵌入式硬件处理平台2包括硬件部分和软件部分。其中，硬件部分主要由现场 可编程门阵列 FPGA(Field Programmable Gate Array)、数字信号处理器 DSP (Digital Signal Processor)、同步动态存储器 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory)组成的核心处理器系统和相关的外围接口。外围接口包括图像采集控制接口 8、输 入输出控制接口 9和人机交互接口 11。软件部分主要由图像处理算法�？�10和相关的系统控制、通讯、输入输出接口等软件程序组成。其中，图像采集控制接口 8通过专用的输入输出信号连接线与光学成像系统1连 接，根据被检测物体的要求发出指令控制智能照明装置6的亮度调节，同时发出脉冲指令 通知CXD摄像机7采集图像，CXD摄像机7采集到的模拟图像通过同轴线缆送入图像采集 接口 8。其中，输入输出接口 9提供模拟电流、DC电压信号输入接口用以连接外部检测装 置，检测装置一般为各种传感器，可用于对外部的压力、位置等信号进行检测；同时还提供 数字信号输出接口用于输出相应的控制信号到检测装置与执行机构5。其中，图像处理算法�？�10是嵌入式硬件处理平台2的核心软件�？�。图像处理 算法�？�10对图像采集控制接口 8采集到的图像进行处理，进行图像去背景去噪、特征分 量匹配和瑕疵点面积匹配。其中，人机交互接口 11提供标准的VGA、RS232/485、RJ45、PS2接口，可以连接工 控计算机或触摸屏3以及其他外围设备，为操作者提供直观的显示操作界面。工控计算机或触摸屏3为操作者提供了直观的用户界面，操作者可以通过显示器 或触摸屏直观的观察到被检测物体的相关图像特征，同时还可以方便设定检测模式检测区 域条件等。工控计算机或触摸屏3作为人机交互界面，通过信号线与嵌入式硬件处理平台2 连接。分选时，根据特征匹配数据库4中已有待分选物料相应的匹配图像特征数据，在工控 计算机或触摸屏3上显示依据不同的分选分级标准分选出的好料图像和与之对应的次料 的图像。点击不同的图像，即可确定选择了不同的分选标准。同时在分选工作时，经光学成 像系统1采集到当前分选物料的图像后，可在工控计算机或触摸屏3上实时地显示，便于观 察。本发明的工控计算机或触摸屏3可选用MT8121型或者性能类似的彩色触摸屏。特征匹配数据库4是在离线的方式下预先从待检测物体图像中提取的感兴趣的 特征描述因子。包括在特定颜色光源、特定亮度下可接受的物体和剔除物体的灰度值、 RGB (红、绿、蓝)分量灰度值、瑕疵面积等。特征匹配数据库4 一般存贮在FLASH(闪存)或 其他存诸介质中。具体是根据采集到有关物料的图像和具体的分选分级标准，确定其正常 物料(好料)和要剔除的物料(次料)的图像、形状轮廓等特征信息。特征匹配数据库4 一般事先存贮在FLASH(闪存)或其他存诸介质中。检测装置与执行机构5由喷嘴22和控制机构组成(未图示)，控制机构由驱动 控制电路、压缩空气系统和压力调节装置等组成，喷嘴22根据需要可以设计成不同结构形 式，如扁形结构。(参考发明中的下段描述)检测装置与执行机5根据检测装置具体应用对象的不同可以选用部件。其中检测 装置一般为各种工业传感器，可用于对检测系统工作时外部的压力、位置等信号进行检测。 执行机构可以是气动执行机构，也可以是工业机器人手臂等其他机构。其中气动执行机构 由喷嘴22和控制机构组成(未图示)，控制机构由驱动控制电路、压缩空气系统和压力调节 装置等组成，喷嘴22根据需要可以设计成不同结构形式，如扁形结构。在滑槽17的下方分别设置不合格品仓23和合格品仓24。本实用新型的工作过程由图像处理算法�？�10控制进行，具体程序包括以下步 骤[0039](i)根据待检测物体颜色等的不同，为智能照明装置6选用合适的光源，由于待检 测物体颜色等不同，需要关注的灰度等特征在不同光源颜色照射下差异很大，为了突出感 兴趣的特征，需要选用不同颜色的光源，如检测带有绿、黄颜色的物体时，选用绿色光源可 以很明显的区分绿色和黄色特征。(ii)通过工控计算机或触摸屏3或其它显示器设定合适的检测条件，根据经验或 者用人眼观察等方法，设定出能有效区分出检测物体的特征条件，如设定检测RGB(红色、 绿色、蓝色)图像中的G(绿色)分量灰度值和物体瑕疵点面积值，将设定好的检测条件存 储于特征匹配数据库4中。(iii)采集图像由图像采集控制接口 8控制光学成像系统1开始采集图像，根据预先设定的检测 条件，自动调整智能照明装置的亮度，使得感兴趣的特征量明显突出。(iv)图像去背景去噪采集到的图像其分量灰度值等都是在统一的背景与光源下取得，图像处理算法模 块10对图像采集控制接口 8采集到的图像进行去背景去噪处理。(ν) G (绿色)分量灰度值匹配将采集到图像的G分量灰度值与匹配特征数据库4中的设定条件值进行匹配。如 果匹配则继续下一步；否则将返回重新采集图像。(vi)瑕疵点面积匹配物体上瑕疵点的灰度值与正常处的特征灰度等有着明显区别，当上一步G分量灰 度值符合匹配要求时，则开始进行面积累加，当面积符合匹配特征数据库4的设定值时则 进行下一步，否则重新开始累加。(vii)输出匹配结果根据(vi)中的条件满足时，将输出一个匹配结构，由输入输出控制接口 9将相关 的信号送至检测装置与执行机构5，由检测装置与执行机构5进行进一步处理。本实用新型一套检测系统可以包含多种产品(物料)的检测匹配图像，由于采用 了完全开放的结构，用户可以根据具体的检测要求在本平台上进行第二次开发。本实用新 型中的视觉检测的光学成像系统、嵌入式硬件处理平台中的图像处理软件包、输入输出控 制接口和人机交互接口均采用了�？榛杓疲虼丝梢愿菔导市枰凶楹希乜砹耸� 觉检测装置的应用领域。
权利要求一种开放式视觉检测装置，包括光学成像系统(1)，光学成像系统(1)由智能照明装置(6)和CCD摄像机(7)组成，智能照明装置(6)包括光源(18)和一块背景板(19)，在滑槽(17)的下方、以滑槽(17)为对称轴分别设置前后各有两个光源(18)和一块背景板(19)，其特征在于所述的光学成像系统(1)的输出、输入端信号与嵌入式硬件处理平台(2)的输入、输出端信号连通，嵌入式硬件处理平台(2)的输出、输入端信号分别与工控计算机或触摸屏(3)、特征匹配数据库(4)和检测装置与执行机构(5)的输入、输出端信号连通，所述的嵌入式硬件处理平台(2)包括图像采集控制接口(8)、输入输出控制接口(9)、图像处理算法�？�(10)和人机交互接口(11)。
2.根据权利要求1所述的开放式视觉检测装置，其特征在于光源(18)采用亮度可调 的多段LED光源。
专利摘要本实用新型公开了一种开放式视觉检测装置，包括光学成像系统、嵌入式硬件处理平台、工控计算机或触摸屏、特征匹配数据库和执行机构。光学成像系统包括智能照明装置和CCD摄像机，嵌入式硬件处理平台包括图像采集控制接口、输入输出控制接口、图像处理算法�？楹腿嘶换ソ涌�。本实用新型一套检测系统可以包含多种产品的检测匹配图像，由于采用了完全开放的结构，用户可以根据具体的检测要求在本装置上进行第二次开发。其中，光学成像系统、图像处理算法�？�、输入输出控制接口和人机交互接口均采用了�？榛杓疲虼丝梢愿菔导市枰凶楹希乜砹耸泳跫觳庾爸玫挠τ昧煊颉�
文档编号G01N21/88GK201662537SQ200920251870
公开日2010年12月1日 申请日期2009年12月21日 优先权日2009年12月21日
发明者刘恩树, 张海顺, 徐晓明, 朱体高, 王峻松, 王志为, 胥和平, 赵永福 申请人:天津市华核科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
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