基于线阵相机的涂胶质量检测*

焦 键

(重庆水利电力职业技术学院，重庆 402160)

0 引言

随着涂胶机器人的广泛应用不仅提高了生产效率，同时也节省了大量的人工。其中，涂胶环节是工艺生产的一个重要环节，涂胶密封的好坏直接影响着工件的质量[1]。涂胶质量主要包括涂胶的直径尺寸以及涂胶的位置距离，即涂胶胶体的宽度。

传统的涂胶质量检测主要是通过人工或离线视觉等方法。人工检测是在涂胶过程中，利用人眼来检测被测物体，凭借经验来判断工件的涂胶是否满足生产要求，该方法效率低，精度差，工件质量标准不统一；离线视觉检测属于成品检测，通过相机拍下涂胶面后再根据视觉算法得到胶面的质量参数[2]，从而判断质量，当检测到工件未达到生产工艺要求时，需对成品进行返工，无法保证实时生产质量。为解决上述问题，本文提出一种涂胶质量的检测方法，保证在工件涂胶过程中亦可完成胶体质量检测，以此为基础，在后期研究中再将涂胶设备设计成闭环，利用线阵相机的实时反馈，控制涂胶的精度让涂胶机器人能够根据实时数据进行涂胶纠偏，从而提高生产效率。

1 系统方案

1.1 相机的选用

工业生产中常用机器视觉技术来完成视觉定位和图像检测，以提高生产的柔性和自动化程度。工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，按传感器的结构特性可分为面阵相机和线阵相机，选择合适的相机直接决定了所采集到的图像分辨率及质量。

文献[3]提出了一种基于机器视觉的涂装缺陷检测系统；文献[4]提出了一种基于机器视觉的物料识别、定位、抓取系统。上述检测对象都具有形状、尺寸、三维等特性，需实现像素矩阵拍摄，故均选用了面阵相机作为视觉采集模块。不同于面阵相机,线阵相机具有更高的精度和更快的拍照速度，更适用于一维线性目标，考虑到检测对象是视野为细长的胶条带状，因此本文选用线阵相机，通过逐行连续扫描，以达到对涂胶表面均匀检测。

表1 选用的相机型号及参数

1.2 光源的选用

线阵相机常用的光源有卤素灯、LED和高频荧光灯。LED光源具有寿命长，稳定性好，功耗小等特性，是目前主流的机器视觉光源。

考虑到涂胶质量需检测的主要包括胶体断裂、气泡和溢胶等缺陷。对于不同的缺陷，在采集的图象中将会表现出各种灰度的差异，一般都会呈现出黑、灰、白等，同时考虑受光源照射角度或相机接受角度的影响，缺陷的对比度也会不断发生变化。这里通过相机及光源在不同角度安装测试数次，最终选择背光斜射和正面照射结合，相机接近法线方向安装。

2 相机的连接与标定

2.1 线阵相机的连接

Linea相机与PC硬件通过Ethernet连接，可通过CamExpert设置参数，并导出参数配置文件。电源和触发信号的连接如图1所示。

图1 连接示意图

当相机与PC通过Ethernet连接好以后，在PC上做如下配置：

第一步：连接相机。安装好软件以后，在电脑的任务栏右下角会显示SaperaGigEServer的图标，右击该图标选择“ScanNetWork”，扫描到相机后，SaperaGigEServer图标提示连接相机，可能会有黄色感叹号，黄色感叹号说明PC和相机的IP不在一个段上，此时可以通过SaperaGigEServer的SHOW Status Dialog Box 来查看当前相机IP，并修改PC的IP到同一个网段上，黄色感叹号消失。说明相机已经连接好。

第二步：配置参数。相机连接好以后可以通过Sapera CamExpert软件，根据项目设计需求配置相机参数，并对设置的参数进行验证。

1) Trigger elector：SingleLineTrigger(Start)；

2) Trtgger Mode：On；

3) TriggerSourse：RisingEdge；

4) Line Selector：Line1；

5) LineFormat：SingleEnded;

6) Input Line Detection Level：Threshold for 24 V.

7) ImageHeight：200；其他参数均为默认设置。参数配置好后，可以通过Line Status参数实时监视有没有触发信号。配置好以后点击Grab按钮，当触发Line1采集信号的时候，有图像被采集到，说明相机的连接和参数设置成功。

2.2 相机的标定

根据实际需求，制作如图2所示的标定模板。

图2 标定板模型

标定过程借助Sapera CamExpert软件。开始标定前，通过Sapera CamExpert将相机改为无外部触发，图像宽度设为200，点击“Grab”实时采集图像。

1) 焦距的调整

如果图像不清晰，调节镜头上的旋钮，使图像清晰为止。

2) 激光的标定

激光的用途是标定线阵相机的照射位置，起到辅助工业机器人编程的作用。标定过程如下：移动标定板，使某一黑线处在中心位置(positonx=1024)，如图3(a)所示。接着沿着这条黑线的方向平移标定板，使捕捉的图像全黑，如图3(b)所示。保持相机和标定板位置不动，调节安装在夹具上的激光器，使十字激光对准该条黑线所在的十字，如图3(c)所示，此时标定完成。其中激光十字代表线阵相机采集点。

图3 标定示意图

3 图像的采集与处理

在完成了上述安装调试与标定工作后，接下来准备进入图像采集与处理阶段，具体流程如图4所示。

图4 图像检测流程

3.1 图像采集

利用Halcon一行一行的采集图像，如图5(b)所示为局部采集图像。之后将图像拼接到一起，如图5(c)所示。需要注意的是，在使用halcon的Image Acquisition时，默认的grab_timeout值为5 000，在这个项目中相机是处于halcon外部触发方式，一旦相机5 000毫秒内无触发，程序会抛出异常。需要将grab_timeout设置的小一些，并且在抛出异常后选择continue。采集程序如下:

open_framegrabber (' GigEVision', 0, 0, 0, 0, 0, 0, 'default', -1, 'default', -1, ' false', 'default', '123', 0, -1, AcqHandle)

set_framegrabber_param (AcqHandle, ' Height', 2)

set_framegrabber_param(AcqHandle,'grab_timeout',100)

grab_image_start (AcqHandle, -1)

gen_empty_obj (imageconcated)

while (true)

try

grab_image_async (Image, AcqHandle, -1)

catch(exception)

continue

endtry

endwhile

tile_images (imageconcated,imagetiled,1,'vertical')

write_image(imagetiled, ' bmp', 0, 'd:/1.bmp')

close_framegrabber (AcqHandle)

图5 采集的图像

3.2 宽度检测

拼接后的图像，通过对每一行灰度值导数进行分析，可以判断出胶的像素宽度，通过像素宽度与实际宽度的对应关系，计算得到胶的宽度。程序如下：

im=imread(' D:1.bmp');

j=1:1:2048;

[m,n]=size(im);

center=1123;

dest(:, : ,1) = im;

dest(:, : ,2) = im;

dest(:, : ,3) = im;

for i=1:m

dao=diff(im2double(im(i,:)))./diff(j);

if i==2701

plot(dao)

end

b2w=find(dao>0.17);

try

b2w_index=find(b2w>center);

catch

mmm=1;

end

pix_left=b2w(min(b2w_index));

w2b=find(dao<-0.15);

w2b_index=find(w2b

pix_right=w2b(max(w2b_index)); center=round((pix_right-pix_left)/2)+pix_left;

dest(i,center-1:center+1,1)=255;

dest(i,center-1:center+1,2)=0;

dest(i,center-1:center+1,3)=0;

dest(i,pix_right-1:pix_right+1,1)=0;

dest(i,pix_right-1:pix_right+1,2)=255;

dest(i,pix_right-1:pix_right+1,3)=0;

dest(i,pix_left-1:pix_left+1,1)=0;

dest(i,pix_left-1:pix_left+1,2)=255;

dest(i,pix_left-1:pix_left+1,3)=0;

end

imwrite(dest,' D: esult.jpg');

图6 检测结果

4 结论

经验证，相比于多台面阵相机的方案，采用线阵相机更能节省成本，并且具有更强的鲁棒性，特别适合长条状涂胶质量的检测，无论是单幅图像的采集还是拼接，能够实时满足工业生产的需求。需要注意的是，在实际生产环境中，灯光照射及相机角度都会对检测过程造成一定的影响，因此需要在图像采集前调试好照射角度或相机接受角度。根据本次的测量过程，在后续设计过程中可以利用线阵相机，将涂胶设备设计成闭环设备，利用线阵相机的实时反馈，控制涂胶的精度。