基于NI Vision機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用

賈昊,張燁，崔忠政，徐曌, 楊揚(yáng),徐佳

（1.大連科技學(xué)院電氣工程學(xué)院，遼寧大連，116052；2.中國華錄松下電子信息有限公司開發(fā)中心，遼寧大連，116000）

關(guān)鍵字:機(jī)器視覺;NI Vision 圖像采集; 圖像處理; Labview

0 引言

機(jī)器視覺技術(shù)的逐漸普及，成為自動化行業(yè)新焦點(diǎn)，伴隨中國改革開發(fā)的深入，人工成本逐漸上升，人口紅利優(yōu)勢不在明顯，而伴隨著招工難、流動快，特別是一些用工集中，重復(fù)性強(qiáng)崗位而不得不采用大量高科技的設(shè)備，如機(jī)器人、機(jī)器視覺設(shè)備、自動組裝設(shè)備。而在這其中，機(jī)器視覺設(shè)備在工業(yè)自動化、生產(chǎn)生活中所起的作用越來越大。在大批量生產(chǎn)過程中，用人工視覺的產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)自動化程度。而且機(jī)器視覺易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

1 圖像采集

圖1 IMAQ函數(shù)模塊

機(jī)器視覺的應(yīng)用，首先是解圖像采集，NI公司的圖像采集（IMAQ）兼容目前主流的工業(yè)圖像采集設(shè)備，包括火線（1394接口）、千兆以太網(wǎng)（GigE）、USB等接口設(shè)備，提供一系列的接口函數(shù)。

在進(jìn)行圖像采集時，先要用IMAQ Create函數(shù)創(chuàng)建一個圖像任務(wù)，此函數(shù)的接線如圖2所示。

圖2 IMAQ Create函數(shù)圖標(biāo)

可以通過以下程序通過IMAQ設(shè)備上來采集圖像并顯示出來，程序如圖3所示。

圖3 利用USB圖像采集設(shè)備采集連續(xù)圖像

2 圖像處理

圖像處理也可以稱作視覺處理。Labview提供了多種圖像處理的方法。其中NI公司的視覺采集軟件提供的驅(qū)動和函數(shù)，既能夠從數(shù)千種連接到設(shè)備上的不同相機(jī)采集圖像，也能夠從連接在PC、PXI系統(tǒng)或筆記本計(jì)算機(jī)上標(biāo)準(zhǔn)接口的IEEE 1394和千兆視覺相機(jī)采集圖像。

Labview中的視覺開發(fā)模塊作為強(qiáng)大的機(jī)器視覺處理庫，配有各類函數(shù)，其中包括：邊緣檢測、顆粒分析、光學(xué)字符識別和驗(yàn)證、一維和二維代碼支持、幾何與模式匹配、顏色工具。為用戶提供了相當(dāng)便利的操作，用戶可通過視覺開發(fā)模塊的同步功能，實(shí)現(xiàn)與運(yùn)動或數(shù)據(jù)采集測量的同步。

在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，TV屏上的暗點(diǎn)嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)，暗點(diǎn)小，作業(yè)人員檢查一個像素暗點(diǎn)十分困難，在這種情況下，通過機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用，圖像采集、處理、能高效識別在屏上的暗點(diǎn)，確保了產(chǎn)品的品質(zhì)。

圖4 TV屏圖像處理前

圖5 TV屏圖像處理后

可以通過NI IMAQ一些函數(shù)對圖像進(jìn)行處理，然后利用顆粒分析對暗點(diǎn)進(jìn)行分析來判斷暗點(diǎn)有無和在分布位置和情況，可以得到暗點(diǎn)的數(shù)量、大小、以及位置坐標(biāo)，可以醒目標(biāo)定供作業(yè)人員處理。主要分析處理函數(shù)如圖6所示。

圖6 圖像處理的主要分析函數(shù)

NI Vision邊緣算法模塊在實(shí)際中有很大的應(yīng)用，特別是在成形工程和沖壓工程中應(yīng)用面較廣，幾何寸法、幾何分析、幾何匹配等都需要應(yīng)用到。

邊緣檢測的實(shí)質(zhì)是采用某種算法來提取出圖像中對象與背景問的交界線。我們將邊緣定義為圖像中灰度發(fā)生急劇變化的區(qū)域邊界圖像灰度的變化情況可以用圖像灰度分布的梯度來反映，因此我們可以用局部圖像微分技術(shù)來獲得邊緣檢測算子。經(jīng)典的邊緣檢測方法，是通過對原始圖像中像素的某小鄰域構(gòu)造邊緣檢測算子來達(dá)到檢測邊緣這一目的的。

圖7 邊緣檢測步驟圖

圖8 邊緣檢測物體定位

3 檢測物體定位

典型的機(jī)器視覺應(yīng)用中，是從關(guān)注區(qū)中提取測量指標(biāo)而不是從整個圖像中。要使用這種技術(shù)，關(guān)注物體的各個部分都要出現(xiàn)在所定義的關(guān)注區(qū)中。如果需要處理的圖像中被測物體始終保持在相同的位置和方向，那么直接定義關(guān)注區(qū)就可以了。

通常，被測物體會在需要處理的圖像中發(fā)生相對位移或旋轉(zhuǎn)。 發(fā)生這種情況時，那么關(guān)注區(qū)就需要跟所關(guān)注的物體的所有部分一起移動或旋轉(zhuǎn)。對于要隨物體一起移動的關(guān)注區(qū)，需要定義一個相對于參考圖像中物體的參考坐標(biāo)系統(tǒng)。在測量處理期間，當(dāng)需要處理的圖像中的物體出現(xiàn)移動和旋轉(zhuǎn)時,坐標(biāo)系統(tǒng)也隨物體一起移動。這個坐標(biāo)系統(tǒng)稱為測量坐標(biāo)系統(tǒng)。測量模塊利用相對于參考坐標(biāo)系統(tǒng)的測量位置自動地將關(guān)注區(qū)移動到正確的位置。關(guān)于坐標(biāo)系統(tǒng)。

可以利用邊緣檢測或模式匹配建立一個坐標(biāo)變換。建立坐標(biāo)變換的邊緣檢測和模式匹配模塊的輸出結(jié)果是原點(diǎn)、角度，和坐標(biāo)系統(tǒng)的軸向。某些機(jī)器視覺模塊采用這一輸出結(jié)果并自動調(diào)整檢測區(qū)域。也可以通過編程利用這些輸出結(jié)果來移動做相對于物體的檢測區(qū)域。

在沖壓工程模內(nèi)攻絲工藝中，由于各種因素導(dǎo)致出現(xiàn)的未攻絲以及攻半絲等情況時有發(fā)生，嚴(yán)重影響后續(xù)工程的生產(chǎn)，通過采用機(jī)器視覺技術(shù)，利用圖像邊緣分割等圖像處理算法，可以高效的分辨出攻絲是否OK，杜絕不良品流入下一工程，削減了作業(yè)人員，提高了生產(chǎn)效率。

圖9 基于邊緣檢測內(nèi)攻絲

圖10 基于邊緣檢測內(nèi)攻絲算法模塊流程

4 結(jié)束語

機(jī)器視覺伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)日臻成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在制造行業(yè)中，特別是電子制造業(yè)中，印刷電路板的檢測，OCR/OCV字符識別，完成品外觀檢查，包裝工程等有較廣的應(yīng)用范圍。基于NI Vision的機(jī)器視覺技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到生產(chǎn)中，有一些成熟的案例，伴隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大和關(guān)注程度的加深，關(guān)注這一領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員也日益增長，將會大力提高生產(chǎn)自動化水平和檢測系統(tǒng)的智能水平。