機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)

       我國的造紙業(yè)歷史悠久，造紙術(shù)是四大發(fā)明之一，當(dāng)代的造紙工業(yè)也很發(fā)達(dá)，在紙張生產(chǎn)過程中，由于照明系統(tǒng)、紙機(jī)故障、人工操作不當(dāng)、紙漿不均勻等原因，會造成紙張存在大量塵埃、斑點(diǎn)、條痕、皺褶、空洞及破邊等外觀缺陷，給紙張的生產(chǎn)造成巨大損失。

       現(xiàn)代造紙工業(yè)的特點(diǎn)是紙張幅值寬、紙機(jī)速度快，造紙廠紙張的裁切、選別、檢測、包裝基本上實(shí)現(xiàn)自動化�，F(xiàn)代紙機(jī)的幅寬超過9米，速度可達(dá)500米/分鐘，人工視覺檢測難以適應(yīng)大面積，高速度紙張生產(chǎn)的要求，也難以保證缺陷檢測的正確性和穩(wěn)定性，這給紙張缺陷檢測造成了很大的困難。這就促使了當(dāng)代視覺檢測領(lǐng)域的革新，因此研究和開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的紙張的機(jī)器視覺檢測技術(shù)勢在必行。

       機(jī)器視覺檢測技術(shù)是自動化檢測技術(shù)的重要組成部分，也是當(dāng)代工業(yè)高度發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)技術(shù)之一。紙張表面缺陷視覺檢測是利用相機(jī)對紙幅快速拍照，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、分類，然后自動判別紙張缺陷類別。

       機(jī)器視覺是研究利用仿生學(xué)的原理，用計(jì)算機(jī)的高性能計(jì)算能力、處理能力來模擬生物宏觀視覺功能、抽象能力、判斷功能，從而完成對被測物體的識別判斷。機(jī)器視覺檢測技術(shù)要點(diǎn)研究產(chǎn)品的外部形狀、空間位置、運(yùn)動狀態(tài)，它主要利用照明技術(shù)、成像技術(shù)和圖像處理、模式識別等技術(shù)手段。這是人工視覺檢測手段無法實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器視覺檢測作為一種新興的自動化檢測技術(shù)，其市場推廣是達(dá)成社會共識的基礎(chǔ)。

       機(jī)器視覺檢測技術(shù)的市場推廣需要其在工業(yè)生產(chǎn)中達(dá)到效率，從而實(shí)現(xiàn)更多的利潤。這來源于技術(shù)的革新，機(jī)器視覺檢測技術(shù)已經(jīng)在理論基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上發(fā)展壯大，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展。

目前機(jī)器視覺朝著兩個(gè)大方向在發(fā)展，一個(gè)是嵌入式解決方案，另一個(gè)是基于 PC 的采用板卡和 SDK 的解決方案，它們都有各自的優(yōu)勢和適用場合。

       基于 PC 的采用板卡和 SDK 的產(chǎn)品有著比較悠久的歷史，它把機(jī)器視覺的底層算法進(jìn)行模塊化封裝，對機(jī)器視覺的處理過程進(jìn)行流程化的設(shè)計(jì)，用戶可以利用這些處理模塊，可以在較短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出高性價(jià)比的行業(yè)解決方案在基于嵌入式的視覺產(chǎn)品中，視覺檢測處理單元被集成到一個(gè)圖像處理器中，并可以通過串口、并口、PCI 總線、CAN 總線、以太網(wǎng)或 USB 總線等多種總線接口與 PC 交換數(shù)據(jù)。

       嵌入式的視覺產(chǎn)品大多定位于中低端的應(yīng)用，基于 PC 的這類公開式的產(chǎn)品因?yàn)槠湫枰�一定量的二次開發(fā)，能夠靈活地適應(yīng)多種需求，因此大多定位于中高等的產(chǎn)品應(yīng)用�？梢哉f嵌入式系統(tǒng)以及基于 PC 的系統(tǒng)都在往前發(fā)展。

無論是基于 PC 的板卡式視覺系統(tǒng)還是基于嵌入式的視覺系統(tǒng)，其檢測的原理和過程都如下三個(gè)步驟：

       首先是圖像的采集，紙張圖像的獲取實(shí)質(zhì)是一個(gè)光信號向電信號轉(zhuǎn)換的過程。

       其次是圖像處理、特征提取及分析。提取，計(jì)算被測紙張的目標(biāo)特征，如粘料、麥草芥、裂縫、褶皺、玻璃花等缺陷。利用模式識別等識別手段把這些缺陷根據(jù)預(yù)定義分類。

       然后是識別分類等操作，并輸出檢測結(jié)果。圖像處理單元將處理后的信息傳輸?shù)奖O(jiān)控管理單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、參數(shù)修改和產(chǎn)品控制，若發(fā)現(xiàn)不合格產(chǎn)品，則啟動緊急信號器啟動緊急信號，剔除，并且可以將不同類型的缺陷產(chǎn)品在相應(yīng)位置作出標(biāo)記，便于數(shù)據(jù)的分析。

       該系統(tǒng)主要由 LED 光源、光電感應(yīng)開關(guān)、CCD 攝像機(jī)、圖像處理器、執(zhí)行裝置等幾部分構(gòu)成。

基于機(jī)器視覺檢測技術(shù)的紙張表面缺陷檢測的幾種方法：

       1、閾值法是比較常見的紙張缺陷檢測方法。當(dāng)紙張出現(xiàn)缺陷時(shí)，缺陷部分及其邊緣的對比度比周圍正常紙張的對比度有明顯的提高，對比度的提高量與紙張缺陷的類型有直接的關(guān)系，我們可以根據(jù)這種關(guān)系，通過對比度的提高量是否超過預(yù)設(shè)閾值來判斷紙張缺陷的類型。

       2、基于統(tǒng)計(jì)處理的紙病檢測，利用紙張纖維結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)特性，可以得出紙張圖像隨機(jī)信號所滿足的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，用統(tǒng)計(jì)的方法來檢測各種紙病。

       3、形態(tài)學(xué)方法也是紙病檢測中常用的方法，其基本方法是用形態(tài)學(xué)描述被測區(qū)域的形狀，并預(yù)測和快速處理如過濾、細(xì)化、修飾等，把紙張圖像的形態(tài)特征為研究對象，設(shè)計(jì)一整套算法來描述紙病的基本特征和基本結(jié)構(gòu)。

       4、光學(xué)機(jī)器視覺智能檢測是以圖像處理理論為核心,以數(shù)字圖像處理、模式識別、計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的信息處理科學(xué)的重要分支,廣泛應(yīng)用于各種無損檢測技術(shù)中。光學(xué)機(jī)器視覺智能檢測的基本原理是:一定的光源照在待測金屬表面上,利用高速CCD攝像機(jī)獲得連鑄板坯表面圖像,通過圖像處理提取圖像特征向量,通過分類器對表面缺陷進(jìn)行檢測與分類。

下圖為光學(xué)機(jī)器視覺在線檢測紙張表面缺陷瑕疵現(xiàn)場實(shí)例：

紙張表面缺陷檢測

紙張表面瑕疵檢測

紙張缺陷檢測

紙張瑕疵檢測

引用：紙張表面缺陷檢測實(shí)例