（光學(xué)工程專業(yè)論文）寬幅膠片弊病在線檢測系統(tǒng).pdf

中文摘要 寬幅印刷膠片廣泛應(yīng)用于書籍 報紙等的印刷 所以其質(zhì)量受到很大的關(guān)注 在膠片生產(chǎn)中 由于加工工藝 生產(chǎn)設(shè)備等條件的限制 會隨機(jī)產(chǎn)生各種不網(wǎng)類 型的弊病 進(jìn)而影響了膠片質(zhì)量 同時 在膠片生產(chǎn)過程中不能保證有效的質(zhì)量 控制 甚至在最后的整理工序仍采用傳統(tǒng)的人工檢測 由于傳統(tǒng)的人工檢測方法 只能發(fā)現(xiàn)比較嚴(yán)重的弊病 并且漏檢率高 從而極大限制了出廠膠片的質(zhì)量 本 文研制的寬幅膠片弊病在線檢測系統(tǒng)就是用于膠片生產(chǎn)的整理工序自動地對膠 片質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時檢測 及時發(fā)現(xiàn)弊病 以保證出廠膠片的質(zhì)量 本檢測系統(tǒng)采用 檢測機(jī)一服務(wù)器 并行處理模式 在紅外光源提供合適照 明的條件下 采用兩臺高速高分辨率線陣c c d 攝像機(jī)實(shí)時對運(yùn)轉(zhuǎn)速度為 9 0 m r a i n 寬幅為1 3 0 0 m m 的膠片成像 利用簡化了的平滑去噪和基于邊界特征 的圖像分割處理算法對得到的圖像進(jìn)行處理 并通過雙閾值判據(jù)及時發(fā)現(xiàn)弊病 保存弊病位置信息和弊病圖像 系統(tǒng)利用編碼盤計數(shù)方式確定弊病的縱向位置 橫向位置由像素間的相對位置確定 服務(wù)器可以提供已檢膠片的弊病報告 供實(shí) 時掌握檢測結(jié)果 系統(tǒng)可以達(dá)到的檢測能力 橫向8 0 p m 縱向5 0 0 p m 系統(tǒng)具有非接觸 無 損傷和自動化程度高等特點(diǎn) 該系統(tǒng)已經(jīng)安裝在樂凱集團(tuán)第二膠片廠的膠片整理 車間 運(yùn)行至今 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 抗干擾強(qiáng) 檢測結(jié)果可靠 準(zhǔn)確 各項(xiàng)指標(biāo)符 合實(shí)際生產(chǎn)要求 給企業(yè)帶來了良好的效益 關(guān)鍵詞 弊病檢測 實(shí)時檢測系統(tǒng) 膠片弊病 數(shù)字圖像處理 c c d 成像 a b s t r a c t w i d ei m a g e s e t t i n gf i l mh a sb e e nw i d e l yu s e dt op r i n tb o o ka n dn e w s p a p e r t h e r e f o r e t h eq u a l i t yi sc o n c e r n e dm u c h d u r i n gt h ep r o c e s so f m a n u f a c t u r e v a r i o u s d e f e c t sa p p e a rs t o c h a s t i c a l l yb e c a u s eo fp r o c e s s i n g t e c h n i q u e sa n dp r o d u c t i o n f a c i l i t i e s w h i c hd i r e c t l yi n f l u e n c et h eq u a l i t yo ff i l m a tt h es a m et i m e t h e r ei s n t e f f e c t i v eq u a l i t yc o n t r o ld u r i n gt h ec o u r s eo f m a n u f a c t u r e c v e r li nt h el a s tp r o c e s st h e c o n v e n t i o n a li n s p e c t i o nm a n u a l l y w h i c hc a l lo n l ys e e ko u ts e v e r ed e f e c t sa n da l s o m i s so u tm u c hf i l l si n s p e c t i o n i sa l s ou s e da tp r e s e n t a sar e s u l t t h eq u a l i t yo ff i l m i sl i m i t e da n dn o tp e r f e c tt h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e sa l lo n l i n ei n s p e c t i o ns y s t e mo f w i d ei m a g e s e t t i n gf i l ld e f e c t sf o ra u t o m a t i cq u a l i t yc o n t r o li nf i n i s h i n gp r o c e s s t h ei n s p e c t i o ns y s t e me m p l o y st h ep a r a l l e lp r o c e s s i n ga r c h i t e c t u r ew i t ht w o d e t e c t i o nc o m p u t e r sa n das e r v e r w i t ht h ei n f r a r e du n i f o r m i t yi l l u m i n a t i o n t w o h i 曲一p o w e r e dl i n e a rc c dc a m e r a sc a p t u r ei m a g e so fr u n n i n gf i l m w i d e 1 3 0 0 m m s p e e d 9 0 h y m n i nr e a l t i m e w h i c ha r et h e np r o c e s s e db ym e a n so ft h es i m p l i f i e d a l g o r i t h m si n t e g r a t i n gs m o o t hf i l t e ra n de d g ei m a g es e g m e n t a t i o n t h es y s t e mu s e s t w os u m m a t i o nt h r e s h o l d st od e t e c te x i s t e n c eo fd e f e c t si nt i m e w h e nad e f e c t a p p e a r s t h es y s t e ma u t o m a t i c a l l ys a v e s a l lt h ei n f o r m a t i o no ft h ed e f e c ti n c l u d i n gi t s l i n a g e 皿es y s t e mg e t st h el o n g i t u d i n a lp o s i t i o no fd e f e c t sw i t he n c o d i n gm o d u l e w h i l et h et r a n s v g r s ep o s i t i o ni sc a l c u l a t e df r o mt h ei m a g e n 地s e r v e rc a np r o v i d e d e f e c t sr e p o r to f t h ef i l md e t e c t e di no r d e rt og e tt h ei n s p e c t i o nr e s u l ti nt i m e 1 1 1 es y s t e mr e s o l u t i o ni sa sh i g ha s8 0 1 m ai nh o r i z o n t a ld i r e c t i o na n d5 0 0 mi n t h ev e r t i c a ld i r e c t i o n h a v i n gr u nf o rs e v e r a lm o n t h si nt h es e c o n df i l lf a c t o r yo f l u c k yg r o u p t h es y s t e ms h o w ss u c hp e r f o r m a n c ea ss t e a d yr u n n i n gs t a t u s g o o d a n t i j a m m i n ga b i l i t ya n dr e l i a b l ei n s p e c t i o nr e s u l t s w h i c h f i tt h e p r o d u c t i o n r e q u i r e m e n tf i n e l y a n db r i n g st h ef a c t o r ym u c h b e n e f i t k e y w o r d s d e f e c td e t e c t i o n r e a l t i m ei n s p e c t i o ns y s t e m f i l ld e f e c t d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g c c di m a g i n g 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得墨鲞盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而使用過的材料 與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中 作了明確的說明并表示了謝意 學(xué)位論文作者簽名 莫緒痔簽字日期 塒年7 卻日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解墨建盤堂有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 特授權(quán)墨盜叁望可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索 并采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學(xué)校 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明 學(xué)位論文作者簽名羹琺孝 導(dǎo)師簽名 簽字日期 對年7 月叼日簽字日期 多 口f 年7 月齬日 第一章緒論 第一章緒論 印刷業(yè)是僅次于汽車工業(yè)和石油工業(yè)的第三大產(chǎn)業(yè) l 統(tǒng)治近現(xiàn)代印刷業(yè) 4 0 0 年的霸主1 2 l 鉛活字印刷 隨著新技術(shù)革命的興起 尤其是電子計算機(jī)的 廣泛應(yīng)用 已經(jīng)被計算機(jī)編輯 激光照排新技術(shù)全面替代 目前 國內(nèi)無論書刊 印刷還是報紙印刷 大多采用激光照排系統(tǒng) 3 1 而激光照排離不開激光照排膠片 國內(nèi)生產(chǎn)激光照排膠片的有樂凱集團(tuán)第二膠片廠 上海申貝辦公機(jī)械有限公司感 光材料廠和天津遠(yuǎn)大感光材料公司f 4 j 國產(chǎn)的印刷膠片已經(jīng)能滿足印刷工藝的要 求 不僅被國內(nèi)印刷企業(yè)廣泛地使用 而且有部分產(chǎn)品出口外銷 但另一方面 在印刷膠片的高端產(chǎn)品方面 我國和國際知名品牌還存在相當(dāng)大的差距 仍需大 量進(jìn)口 究其原因 是由于膠片生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的檢測技術(shù)落后 即使是最后一個環(huán) 節(jié)仍采用人工檢測方法 為了提高國產(chǎn)印刷膠片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率 減少高端膠 片的進(jìn)口數(shù)量 研制適應(yīng)國內(nèi)現(xiàn)狀的有效的檢測設(shè)備有著極其重要的意義 受益于計算機(jī)技術(shù) 微電子技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展 本文研制了一套用于膠片生產(chǎn)的整理工序的弊病在線檢測系統(tǒng) 它能夠在不改變 車間原來生產(chǎn)操作流程的情況下 自動地對正在高速分切成卷的寬幅大軸膠片進(jìn) 行實(shí)時檢測 及時發(fā)現(xiàn)表面的弊病 給予工作人員以視覺和聽覺的指示 并且記 錄弊病的位置信息 存儲相應(yīng)的圖像 方便后續(xù)的各種工作 同時 系統(tǒng)的靈敏 度可以根據(jù)不同的情況進(jìn)行調(diào)整 該系統(tǒng)操作簡單 運(yùn)行穩(wěn)定 適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場 檢測結(jié)果可靠 易于維護(hù)和升級 現(xiàn)已安裝在樂凱集團(tuán)第二膠片廠的整理車間 試運(yùn)行期間 證明可以極大地改善檢測的效果 保證了出廠膠片的質(zhì)量 1 1 印刷膠片的弊病種類 膠片生產(chǎn)過程是個復(fù)雜的多工序生產(chǎn)過程 需要在生產(chǎn)線上運(yùn)行很長的距 離 同時 由于國內(nèi)生產(chǎn)線上的質(zhì)量控制水平限制 再加上生產(chǎn)設(shè)備以及人為因 素的影響 從而不可避免地會產(chǎn)生各種形態(tài)的弊病 這些膠片弊病產(chǎn)生具有隨機(jī) 性 從而很難概括出所有的弊病樣本 圖1 1 是樂凱集團(tuán)第二膠片廠整理車問提供給的幾種典型弊病樣片的圖像 第一章緒論 拉絲部分涂層不勻 刮點(diǎn)脫涂 圖1 1 幾種典型弊病的圖像 1 2 寬幅膠片檢測技術(shù)的現(xiàn)狀 表面檢測技術(shù)在保證某些產(chǎn)品的質(zhì)量方面有著重要的作用 比如印刷膠片 p s 印刷板 薄膜以及鋼板等 這些產(chǎn)品的生產(chǎn)線一般都是高速 寬幅面運(yùn)行的 生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)由于種種原因會對產(chǎn)品的表面產(chǎn)生損傷 從而影響產(chǎn)品質(zhì)量 最初 由于沒有高速的檢測技術(shù)支持而采用人工檢測的方法 檢測效果非常不理想睜j 當(dāng)高速物體閃過時 由于眼球的聚焦的限制 極易產(chǎn)生模糊 進(jìn)而影響檢測效果 后來發(fā)展到激光掃描自動檢測 6 但是其中關(guān)鍵部件為運(yùn)動的機(jī)械部件 并且對 光學(xué)系統(tǒng)的安裝定位要求非常嚴(yán)格 當(dāng)前 隨著工業(yè)c c d 相機(jī)以及計算機(jī)性能的 不斷提高 再結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù) 造就了今天的自動檢測系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了高速 寬幅面生產(chǎn)線上產(chǎn)品的表面質(zhì)量的智能的自動化檢測 一 國外現(xiàn)狀 當(dāng)前國外的表面缺陷檢測設(shè)備已漸進(jìn)成熟 大都是采用多臺高速高分辨率的 線陣或面陣c c d 結(jié)合數(shù)字圖像處理以及識別技術(shù)達(dá)到目的 光源 c c d 及其相應(yīng) 處理單元 控制平臺都有相應(yīng)的模塊 根據(jù)用戶對被檢測物體的寬幅 檢測精度 檢測速度的需求 可以很快安裝到生產(chǎn)線上 并且檢測系統(tǒng)可以應(yīng)用于不同產(chǎn)品 紙張 織物 電路板 玻璃 鋼板和膠片等的表面或者整體的缺陷的檢測上 可 以提供給用戶弊病的狀態(tài)報告 弊病圖像以及弊病的分類 同時提供對弊病的相 應(yīng)的位置做記號 發(fā)出警告信息等 以美國w i n t r i s se n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n 的w e br a n g e r 表面檢測系統(tǒng)為例m 它由相機(jī)模塊 光源模塊以及用戶端控制臺組成 它的系統(tǒng)原理圖如圖1 2 所示 通過多臺智能 內(nèi)部集成了處理功能 線陣c c d 對相應(yīng)寬幅被檢物表面進(jìn)行實(shí)時 圖像獲取與處理 利用編碼盤得到相應(yīng)的位置同步信息 一旦發(fā)現(xiàn)弊病信息 c c d 將通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)和圖像信息傳給主控臺 完成相應(yīng)的弊病的報告 分類 2 第一章緒論 各種統(tǒng)計和分析 圖1 2 w e b r a n g e r 表面檢測系統(tǒng)的原理圖 結(jié)構(gòu)示意圖以及相機(jī)模塊和光源模塊 如圖1 3 所示 a 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 d l e d 光源模塊 圖1 3w e b r a n g e r 表面檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及各模塊實(shí)物圖 檢測系統(tǒng)可以達(dá)到的技術(shù)參數(shù) 系統(tǒng)可以檢測物體 塑料 玻璃 紙張 金屬 薄膜和膠片等 第一章緒論 可以檢測到的缺陷 刮痕 臟點(diǎn) 裂縫 邊緣裂縫 破洞 氣泡 凹痕 緞 紋等 被檢物寬幅 沒有限制 被檢物速度為 可達(dá)2 0 0 0 f e e v m i n 約合6 0 0 m m i n 可檢出的弊病尺寸 1 0 1 a m 獲取速率 每個相機(jī)的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)至u 4 0 m h z 照明方式 具有反饋控制的光照強(qiáng)度可調(diào)的背光照明和前方照明可供選擇 網(wǎng)絡(luò)配置 1 0 0 m 以太網(wǎng) 輸入 輸出 8 路光輸出通道和2 2 路數(shù)字輸出通道 2 路光電隔離的d a 輸入 通道和4 路數(shù)字輸入通道 系統(tǒng)的功能 實(shí)時缺陷統(tǒng)計 弊病圖像顯示 弊病分類 弊病數(shù)據(jù)庫 趨勢 分析 弊病報表等 報價 最低配置 5 0 0 0 0 多則大于 1 0 0 0 0 0 典型應(yīng)用案例 檢測設(shè)備應(yīng)用于薄膜生產(chǎn)線上 如圖1 4 所示 圖1 4w e br a n g e r 表面檢測系統(tǒng)應(yīng)用在薄膜生產(chǎn)線上 另外 還有德國e l 公司生產(chǎn)的e l s i s 表面監(jiān)測系統(tǒng) 8 j 日本的a y a h a e n g i n e e r i n gc o l t d 生產(chǎn)的f i t s b s 表面檢測系統(tǒng)嗍 都和w e b m g e r 檢測系統(tǒng)具 有類似的性能 二 國內(nèi)現(xiàn)狀 國內(nèi)的表面檢測設(shè)備與國外有著較大差距 大部分仍處在樣機(jī)研制和完善階 段 只有很少的成型設(shè)備有報道和記載 并且檢測設(shè)備集中在對帶鋼表面的檢測 上 比如由北京科技大學(xué)研制的用于帶鋼表面質(zhì)量在線檢測系統(tǒng) 目前國內(nèi)的可 以用于膠片檢測的有臺灣源浩科技股份有限公司生產(chǎn)的連續(xù)薄膜 平板缺陷檢測 系統(tǒng)w e b s c a n4 0 0 0 臺灣源浩科技股份有限公司生產(chǎn)的連續(xù)薄膜 平板缺陷檢測系統(tǒng)w e b s c a n 4 第一章緒論 4 0 0 0 1 姍 以快速 高解析攝像機(jī) c c dc a m e r a 配合數(shù)字圖像處理 i 酉t a li m a g e p r o c e s s i n g 及精密光學(xué)設(shè)備 作整合性之缺陷檢測及訊號控制 系統(tǒng)組成 光學(xué)部分 高解析攝像機(jī)附精密光學(xué)鏡頭及可調(diào)式固定支架組 照明部分 高瓦數(shù)照明設(shè)備 c p u 與數(shù)字影像部份 數(shù)字影像處理接口器 r e a lt i m ea dc o n v e r s i o n 快速 運(yùn)算c p u 組及影像處理 影像強(qiáng)化功能及網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī) 1 7 寸彩色屏幕 彩色打印 機(jī)一組 操作鍵盤 電氣及控制部份 含精密級電子穩(wěn)壓器電源主控f o 控制 a l a r m 燈號及 s p e a k e r m a r k 機(jī)控制 固定 支架與封板 防塵 遮光及保護(hù) 應(yīng)用的產(chǎn)業(yè) 金屬工業(yè) 如銅片 鋼板 銅箔 鋁箔等 一塑化工業(yè) 如p p p e p e t 等塑料薄膜 膠皮 膠片 纖維工業(yè) 如紡織品 不織布 玻璃纖維與造紙業(yè) 電子工業(yè) 如液晶玻璃平板與偏光片 銅箔基板 c c l 等 復(fù)合材料之積層 膠合 精密涂布等合成作業(yè) 如玻纖含浸樹脂片 一多層次加工 如沖孔 印刷 曝光及蝕刻等工序監(jiān)控 可檢出的缺陷 v 0 1 m m 4 2 5 m m 線速8 0 0 m r a i n 以上 1 表面缺陷 d e f e c t s 如刮痕 皺折 墊傷 p i t sa n dd e n t s 2 針孔 p i n h o l e 穿透型小孔洞 3 氣泡 b u b b l e 透明材質(zhì) 內(nèi)部非穿透型者或貫穿型破孔 4 斑點(diǎn) s p o t 雜質(zhì) 外來污染 d i a i n c l u s i o n 5 蚊蟲粉屑 f o r e i g nm a t t e r s 6 邊緣破損 裂縫 經(jīng)緯線斷裂 7 材質(zhì)不均 氧化變色 s t a i n 等 8 其它 與原材料明暗對比超過灰階士2 0 之異物 三 現(xiàn)狀分析 從上面介紹的國內(nèi)外的檢測設(shè)備的情況 可以看出國內(nèi)檢測設(shè)備與國外的差 距 同時 還可以看到 國外的檢測設(shè)備主要用于產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)線表面 的檢測 功能比較完善 技術(shù)比較成熟 但價格相當(dāng)昂貴 國外的知名的膠片廠 商 通過采用上述的技術(shù)在膠片生產(chǎn)的前幾道工序就有效地發(fā)現(xiàn)并剔除了弊病 因此不需要在整理工序設(shè)置弊病檢測環(huán)節(jié) 對于國產(chǎn)膠片的生產(chǎn)線 即使在整理工序前的工序上安裝了國外先進(jìn)的檢測 第一章緒論 設(shè)備 也會由于膠片片基本身的缺陷 生產(chǎn)工藝水平和生產(chǎn)設(shè)備的限制 使得相 應(yīng)的檢測變得沒有很大意義 只有在整理工序中才有必要安裝檢測設(shè)備 另一方 面 整理工序的工作情況卻不同于生產(chǎn)線運(yùn)行情況 它的目的是把生產(chǎn)線上經(jīng)過 前面各工序得到的大軸膠片 卷長一般1 8 5 0 m 寬度可達(dá)1 3 0 0 r a m 分裁成即將 出廠的各種用戶要求規(guī)格的小卷片子 一般卷長3 0 m 或者6 0 m 寬幅從3 9 0 m m 1 1 0 0 m m 不等 因此 整理工序中需要3 0 m 或者6 0 m 一停設(shè)備 并且在不到3 0 m 或 者6 0 m 時還會由于片路不正或者發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重弊病 如脫涂 而要停車 考慮到上述 情況 為了滿足國內(nèi)膠片生產(chǎn)線的特殊情況 迫切需要 套應(yīng)用于國產(chǎn)印刷膠片 整理工序的檢測設(shè)備 1 3 本課題的目的和意義 本課題是與樂凱集團(tuán)第二膠片廠合作的項(xiàng)目 以前整理車間對于膠片的質(zhì)量 檢測采取的為 人工實(shí)時檢測和抽樣檢測相結(jié)合 具體操作步驟 1 在暗室把每大軸膠片的前2 m 裁下 拿到明室進(jìn)行人工檢查 如果沒有 缺陷將在整理車間進(jìn)行分切 如果發(fā)現(xiàn)有劃痕 擦傷等缺陷 本大軸片 子將暫時不進(jìn)行分卷裁切 2 大軸膠片裁成小卷膠片的過程中 由一人在暗室中在微弱的透射和反射 的保護(hù)光的輔助下 實(shí)時對膠片進(jìn)行目視檢查 同時通過手感觸膠片進(jìn) 行觸覺檢測 如果發(fā)現(xiàn)問題 那么本小卷的膠片就要撿出來 或者回收 或者改裁 裁成寬幅較小的小卷 3 對分切后的小卷膠片 從卷前裁下1 5 c m 作為片樣 檢查其表面質(zhì)量情 況 如果發(fā)現(xiàn)有問題 那么本小卷的膠片就要撿出來 或者回收或者改 裁 7 可見 上述檢測方法存在著比較大的不足 首先 僅僅通過2 m 的長度來預(yù)測 1 8 5 0 m 以及通過0 1 5 m m 來預(yù)測3 0 m 的膠片狀態(tài) 同時由于中間采用的為人工檢 測 顯然存在著不足 其次 人工目視檢測在9 0 m r a i n 的條件下 對于劃痕 擦 傷等缺陷無能為力 所能看到的僅僅為大塊脫涂以及接頭 片基的接頭 某些 嚴(yán)重的刮點(diǎn) 把乳劑層都給刮破 透射光作用 等缺陷 通過訓(xùn)練的手的感觸也 能檢測出部分缺陷 但是由于速度很快 只能檢測出長度較長的劃痕或者比較嚴(yán) 重的擦傷 更嚴(yán)重的是 由于生產(chǎn)線很高的速度以及暗室工作條件 眼球無法及 時聚焦 產(chǎn)生運(yùn)動模糊感 長時間的連續(xù)工作會造成疲勞 很可能會產(chǎn)生漏檢和 誤判 對于那些人工不能檢測到的弊病 如果小卷的片樣也沒有檢查出不足 將 給用戶帶來麻煩 降低產(chǎn)品的信譽(yù)度 同時 由于膠片弊病產(chǎn)生具有隨機(jī)性 所 第一章緒論 以必須對膠片進(jìn)行全面檢查 鑒于以上情況 樂凱二膠廠簽約讓我們研制一套滿 足實(shí)際要求的自動化檢測系統(tǒng) 本課題研制了一套適應(yīng)樂凱二膠廠整理車間實(shí)際情況的檢測樣機(jī) 該系統(tǒng)在 不改變原來操作順序的前提下 利用機(jī)器視覺代替了傳統(tǒng)的檢測方式 提高了膠 片檢測的精度和效率 極大地保證了出廠膠片的質(zhì)量 增強(qiáng)了國內(nèi)產(chǎn)品的競爭力 有著較大的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值 1 4 本論文的主要工作 本文詳細(xì)闡述了研制成功的寬幅膠片表面弊病在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn) 過程 在對現(xiàn)場認(rèn)真考查的基礎(chǔ)上 模擬現(xiàn)場情況搭建了實(shí)驗(yàn)裝置 利用圖像檢 測相關(guān)的知識 完成了系統(tǒng)的硬件 軟件的設(shè)計 并設(shè)計了適合現(xiàn)場的機(jī)械結(jié)構(gòu) 真正地用于生產(chǎn)現(xiàn)場 主要的工作有 1 系統(tǒng)方案的確定 通過分析系統(tǒng)的實(shí)際要求 并參考國內(nèi)外檢測設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方案 1 1 1 t 2 1 確定 了系統(tǒng)的方案 在近紅外光源提供反射式照明的情況下 通過兩臺高速高分辨率 的線陣c c d 相機(jī)對高速運(yùn)動的膠片表面成像 將圖像數(shù)據(jù)分別送給相應(yīng)的檢測計 算機(jī)進(jìn)行實(shí)時的圖像處理 發(fā)現(xiàn)弊病 同時 利用連接到主動軸上的編碼盤得到 膠片弊病的位置信息 利用編寫的檢測計算機(jī)軟件 實(shí)現(xiàn)弊病報告的生成 保存 相應(yīng)的弊病圖像以及提供弊病的指示 另一方面 兩臺檢測計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接 到服務(wù)器上 服務(wù)器完成報告的合并以及在線查看弊病圖像 離線查詢等 2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) a 紅外光源的設(shè)計與制作 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 采用波長為9 4 0 n m 的l e d 陣列 朗伯光濾波器組合 并且設(shè)計了光源電路板和光源的整體機(jī)械結(jié)構(gòu) 滿 足了成像系統(tǒng)的在合適位置和角度均勻照明的要求 b 成像部分的設(shè)計 根據(jù)合同對系統(tǒng)的要求 選用合適的c c d 攝像機(jī) 并 配合采用相應(yīng)的圖像采集卡 按照具體的成像關(guān)系及成像特性 選用適 當(dāng)?shù)某上裎镧R 設(shè)計了具有可調(diào)功能的鏡頭和相機(jī)之間的接圈 組成成 像系統(tǒng) c 弊病定位系統(tǒng)的設(shè)計 采用編碼盤和光斬波器對運(yùn)轉(zhuǎn)的膠片長度產(chǎn)生計 數(shù)脈沖 傳給檢測計算機(jī)中p c i 計數(shù)板卡的相應(yīng)計數(shù)器進(jìn)行計數(shù) 以實(shí)現(xiàn) 弊病的精確定位 d 明暗室的信號傳輸及控制電路設(shè)計與制作 為使計數(shù)信號以及整理工序 的操作信號由暗室傳到明室 設(shè)計了相應(yīng)的明室電路板 暗室電路板 7 第一章緒論 并制作了相應(yīng)的機(jī)箱 設(shè)計中充分考慮了系統(tǒng)的抗干擾性 e 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分 設(shè)計了將成像部分 光源部分安裝在整理設(shè)備上的 機(jī)械部分 設(shè)計中考慮了可調(diào)整性 3 軟件系統(tǒng)的開發(fā) 軟件分為檢測計算機(jī)軟件和服務(wù)器軟件部分 遵循軟件設(shè)計的思想 通過和 整理車間的領(lǐng)導(dǎo)和一線工人的深入研究 對本系統(tǒng)軟件做了需求分析的基礎(chǔ)上 利用當(dāng)前流行的界面化的編程語言開發(fā)了一套適應(yīng)一線工人操作的軟件 特別是 提出了一種快速弊病檢測算法 適應(yīng)實(shí)時檢測的需求 幻檢測計算機(jī)軟件 一套完善的檢測系統(tǒng)軟件需要提供系統(tǒng)調(diào)試和自動檢 測兩大功能 在對各模塊功能進(jìn)行細(xì)化后 利用v i s u a lc 6 0 開發(fā)了一 套檢鋇4 計算機(jī)軟件 軟件開發(fā)調(diào)試中 充分認(rèn)識到干擾給工業(yè)應(yīng)用軟件 帶來的影響 在代碼編寫上加入了軟件抗干擾功能 保證了系統(tǒng)的正常 運(yùn)行 同時 軟件設(shè)計中避免了各種誤操作的發(fā)生 自動檢測功能一旦 正常啟動 無需進(jìn)行其它操作即可實(shí)現(xiàn)一大軸膠片的自動檢測 坊服務(wù)器軟件 服務(wù)器的主要功能是合并兩臺檢測計算機(jī)上的弊病報告以 及將弊病信息和相應(yīng)圖像的對應(yīng) 做出弊病統(tǒng)計信息以及提供必要的輔 助功能 據(jù)此需求開發(fā)了相應(yīng)的服務(wù)器軟件 1 5 本論文的創(chuàng)新點(diǎn) 本文的創(chuàng)新點(diǎn)包括 1 提出了一種滿足高速寬幅膠片實(shí)時檢測要求的檢測算法t 它對線陣c c d 得到的單行圖像數(shù)據(jù)采用簡化了的平滑濾波和基于邊晃特性的圖像分割算法 并 且采用兩級累加閾值判斷弊病的有無 保證了系統(tǒng)的檢測能力 2 采用了 檢測機(jī)一服務(wù)器 模式的檢測系統(tǒng) 合理地將檢測任務(wù)分配給 不同的計算機(jī) 同時采用兩臺高性能線陣c c d 相機(jī)的交疊視場檢測方案 達(dá)到了 良好的檢測效果 3 集成了軟硬件部分 做成了實(shí)用的樣機(jī) 并成功運(yùn)用到生產(chǎn)之中 保證 了出廠膠片的質(zhì)量 第二章檢測系統(tǒng)的原理和組成 第二章檢測系統(tǒng)的原理和組成 根據(jù)整理車間膠片生產(chǎn)流程和對檢測系統(tǒng)的技術(shù)要求 提出了檢測系統(tǒng)的方 案 并詳細(xì)介紹了檢測系統(tǒng)的原理以及各組成部分 2 1 整理車間的生產(chǎn)流程 整理車間的主要的任務(wù)就是 將長約1 8 5 0 m 的大軸膠片通過裁切設(shè)備裁切成 用戶要求的寬幅規(guī)格不同的長3 0 m 或者6 0 m 的小卷膠片 過程中要對膠片的質(zhì)量 做人工檢測 以控制出廠膠片的質(zhì)量 大軸膠片的寬度規(guī)格主要有1 3 2 0 m m 1 2 6 0 m m 1 1 7 0 m r n 和1 0 7 0 m m 長度一 般為1 8 5 0 m 而用戶所需要的規(guī)格 寬幅x 小卷膠片長度 卻有很多種 比如1 2 m 3 0 m 0 7 6 m x 3 0 m 0 6 2 m x 3 0 m 0 3 9 m 3 0 m 1 0 3 m 6 0 m 0 5 5 m x 6 0 m 等等 為了得到如此多規(guī)格的小卷膠片 必須采用分裁設(shè)備 它可以通過手工調(diào) 節(jié)分裁設(shè)備上幾個切刀之間的相對距離來得到各種不同的規(guī)格 如圖2 1 所示 此刀固定 圖2 1 切刀的設(shè)置 切刀 寬幅膠片 最左側(cè)的切刀位置固定不動 其它切刀以它為基準(zhǔn) 各切刀的位置根據(jù)用戶所需 的規(guī)格 車間稱兩刀中間的一段為一條 設(shè)置 條數(shù)最多分4 條 具體的生產(chǎn)流程如圖2 2 所示 明室條件下 根據(jù)用戶所需規(guī)格調(diào)整好切刀的 位置后 將已進(jìn)行過2 m 抽檢合格的大軸膠片裝到設(shè)備上 然后轉(zhuǎn)換到暗室條件 下進(jìn)行下面的操作 去除大軸膠片的保護(hù)罩 將膠片沿設(shè)備的正常片路裝到設(shè)備 上 將設(shè)備的米數(shù)計數(shù)器復(fù)位 然后啟動設(shè)備的裁切工作 同時 在大軸膠片的 附近有一個檢測工對膠片的表面弊病進(jìn)行如前一章所說的目視和手觸檢測 發(fā)現(xiàn) 嚴(yán)重弊病 如脫涂 時 將設(shè)備停下 將相應(yīng)小卷撿出報廢 如果發(fā)現(xiàn)局部弊病 時 只將弊病所在的小卷撿出進(jìn)行下一步的改裁 將弊病所在部分排除后裁成寬 幅窄的小卷膠片 或者報廢 設(shè)備達(dá)到事先設(shè)定的米數(shù)后 會自動停機(jī) 操作工 9 第二章檢測系統(tǒng)的原理和組成 用刀片裁下相應(yīng)小卷膠片交給包裝工 接著 重復(fù)上面的操作 設(shè)備復(fù)位 啟動 檢測 卸下小卷 另一方面 由包裝工裁下每小卷膠片的前面的1 5 e m 作為本卷 的抽檢樣片進(jìn)行檢測 發(fā)現(xiàn)弊病后通過判斷決定改裁或報廢或者出廠 然后包 裝好小卷膠片 圖2 2 檢測車間小卷膠片的生產(chǎn)流程圖 裁切過程中 可能碰到的情況有 l 小卷膠片不夠長度時 停機(jī) 然后繼續(xù)啟動直到達(dá)到設(shè)定的米數(shù) 比如 設(shè)備故障 片路故障 2 小卷膠片不夠長度時 停機(jī) 對設(shè)備復(fù)位 進(jìn)行下一卷的裁切 比如發(fā) 現(xiàn)嚴(yán)重脫涂 檢測系統(tǒng)的設(shè)計 必須應(yīng)該滿足整理車間生產(chǎn)流程中的各種實(shí)際需求 比如 硬件設(shè)計中 檢測系統(tǒng)需要得到設(shè)備的復(fù)位信號和膠片米數(shù)信息 軟件設(shè)計中 必須適應(yīng)生產(chǎn)的流程 以及滿足各種分條情況帶來的問題 2 2 檢測系統(tǒng)的技術(shù)要求 合同中要求達(dá)到的技術(shù)參數(shù) 1 被檢膠片寬度 1 3 0 0 m m 2 膠片生產(chǎn)過程運(yùn)行速度 9 0 m i m i n 3 檢查出被檢膠片上的劃痕 拉絲 部分涂層不勻 反射式 脫涂 接頭 4 橫向檢測能力為8 0 岬 縱向檢測能力為5 0 0 i u n 5 在線分析發(fā)現(xiàn)弊病 計算和記錄弊病位置 并保存弊病圖像 6 生成小卷膠片的弊病報告統(tǒng)計以及由大軸膠片分切成的各小卷的弊病情 況統(tǒng)計 7 離線后能夠調(diào)出弊病信息 以便人工進(jìn)行判斷分析 1 0 第二章檢測系統(tǒng)的原理和組成 8 提供閱值可調(diào)功能 以控制廢品率 9 要保證軟硬件的可靠性 2 3 檢測系統(tǒng)工作原理 我們可以通過檢測局部區(qū)域的表面特性和與之相鄰表面特性的差異 來判斷 此局部區(qū)域是否出現(xiàn)弊病 1 3 實(shí)驗(yàn)表明 在光源提供照明的情況下 存在弊病的 區(qū)域和其附近的正常區(qū)域?qū)?yīng)圖像的像素灰度值不同 從而我們可以利用膠片對 應(yīng)圖像中相鄰像素之問的灰度的差別對其進(jìn)行檢測 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求 設(shè)計了膠片檢測系統(tǒng) 1 4 1 總體原理圖如圖2 3 所示 l 竺 一 一一登毫竺n 里竺 一 l 圖2 3 寬幅膠片弊病在線檢測系統(tǒng)的原理圖 圖2 4 兩c c d 相機(jī)成像示意圖 膠片 檢測系統(tǒng)由檢測機(jī)和服務(wù)器兩部分組成 檢測機(jī)部分完成實(shí)時檢測的任務(wù)并 且存儲相應(yīng)的弊病信息和弊病圖像 服務(wù)器部分將檢測機(jī)中的弊病信息進(jìn)行整 服勰型 與弓 r 豳k 糊卅算機(jī)內(nèi)畦 畫承甜手r 芒 一匭釅崔 圖像采集卡 呈 李一鼉 f i 計數(shù)板卡1 7 i 三 二1 1 第二章檢測系統(tǒng)的原理和組成 合 給出實(shí)際需要的弊病報告 并給出相應(yīng)弊病的圖像鏈接 如圖2 3 所示 大 軸膠片安裝在整理設(shè)備上 并且片路調(diào)好以后 將檢測設(shè)備的米數(shù)計數(shù)復(fù)位 啟 動運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕 寬幅的印刷膠片開始在主動軸的驅(qū)動下 沿膠片片路高速運(yùn)轉(zhuǎn) 在 紅外光源對運(yùn)動膠片均勻照明下 兩臺高速線陣c c d 攝像機(jī)對其進(jìn)行實(shí)時成像 兩攝像機(jī)的視場有交疊區(qū)域 如圖2 4 所示 并且送到檢測計算機(jī)中 利用 檢測計算機(jī)軟件對得到的圖像進(jìn)行實(shí)時的處理 并且判斷有沒有弊病出現(xiàn) 另一 方面 主動軸的一側(cè)安裝有編碼盤 編碼盤隨主動軸轉(zhuǎn)動 安裝在編碼盤邊緣 的光斬波器 將編碼盤上小孔的有無轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖信號 傳到暗室機(jī)箱 對信 號整形后轉(zhuǎn)換成適于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膔 s 2 3 2 形式的信號 傳到明室機(jī)箱后 將信 號復(fù)原成普通信號 然后送入檢測計算機(jī)中的計數(shù)板卡 進(jìn)而轉(zhuǎn)換成對應(yīng)于膠片 檢測長度的計數(shù)值的變化 當(dāng)軟件檢測到膠片存在弊病時 會自動讀取當(dāng)時計數(shù) 器中的計數(shù)值 并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的膠片的縱向位置信息 軟件會自動將相應(yīng)弊病的 橫向 縱向位置信息寫入相應(yīng)卷 相應(yīng)條的弊病報告中 保存弊病圖像 給暗室 響喇叭以警示 一卷結(jié)束 檢測設(shè)備恢復(fù)到起始狀態(tài) 軟件也會恢復(fù)到 等待新 一卷的到來 狀態(tài) 接著重復(fù)上面的循環(huán) 2 4 檢測系統(tǒng)的組成 整個檢測系統(tǒng)主要分成硬件部分和軟件部分 一 檢測系統(tǒng)硬件部分 1 紅外光源模塊 由紅外光源 1 2 v 的穩(wěn)壓供電電源以及相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成 其中紅外光源 是由9 4 0 r i m 的l e d 陣列和朗伯光濾波器組成 經(jīng)曝光實(shí)驗(yàn)證實(shí)l e d 發(fā)出的光 對被檢測的膠片沒有任何損傷 由于膠片寬幅較大 相應(yīng)的照明光源采用7 塊光 源電路板拼接組成 朗伯光濾波器的作用為一個比較理想的漫透射器件 以提高 光照的均勻性 2 圖像采集模塊 由成像物鏡 鏡頭接圈 c c d 攝像機(jī) 圖像采集卡以及計算機(jī)組成 用于連 續(xù)采集運(yùn)動的膠片的圖像 對于下一步的弊病檢查至關(guān)重要 成像的好壞 直接 影響處理的結(jié)果 為了保證理想的成像質(zhì)量 必須考慮到光源照明 鏡頭的特性 c c d 相機(jī)的響應(yīng)和成像條件等多方面的影響因素 3 弊病定位模塊 弊病位置信息包括縱向位置信息和橫向位置信息 縱向位置信息獲取部分 由安裝在主動軸一側(cè)的編碼盤和光斬波器 明暗室機(jī)箱 p c i 計數(shù)板卡和計算機(jī) 第二章檢測系統(tǒng)的原理和組成 組成 光斬波器產(chǎn)生計數(shù)脈沖信號 通過明暗室機(jī)箱傳給p c i 計數(shù)板卡 以實(shí)時 獲得膠片長度的信息 從而確定了膠片弊病的縱向位置 橫向位置信息則由得到 圖像中像素間的相對位置獲得 4 明室和暗室機(jī)箱部分 明 暗室機(jī)箱主要由信號傳輸電路板和相應(yīng)的供電電源組成 主要的目的就 是為了傳輸計數(shù)脈沖以獲得膠片長度的信息 傳輸復(fù)位脈沖信號以獲得新一卷到 來的信號 同時還為c c d 相機(jī)和信號傳輸電路板提供電源 5 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分是系統(tǒng)的重要組成部分 一個完整的檢測設(shè)備離不開機(jī)械部分 的支攆 同時機(jī)械部分也給檢測系統(tǒng)的各個部分提供正常工作的保證 二 檢測系統(tǒng)軟件部分 軟件是整個系統(tǒng)設(shè)計的重要部分 其實(shí)現(xiàn)的好壞直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性 以及檢測效果 本系統(tǒng)由于對實(shí)時處理的要求較嚴(yán)格 并且由于采用了兩臺c c d 攝像機(jī) 所以必須采用兩臺檢測計算枧和一臺服務(wù)器組成 相應(yīng)的軟件分成檢測 計算機(jī)軟件和服務(wù)器軟件 同時 為了適應(yīng)實(shí)時檢測的需求 提出了一種快速有 效的弊病檢測算法 1 檢測計算機(jī)軟件是在v i s u a lc 6 0 的平臺下 利用系統(tǒng)采用的圖像采集卡 以及計數(shù)板卡提供的二次開發(fā)的類庫和接口函數(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)的 主要功能包括 輔 助系統(tǒng)調(diào)試到理想工作狀態(tài) 設(shè)置合適閾值 實(shí)時檢測膠片弊病 保存弊病圖像 以及弊病報告 給出實(shí)時的狀態(tài)信息和反饋信怠 由于工業(yè)現(xiàn)場的電氣干擾較大 檢測軟件設(shè)計中充分考慮了各種可能造成干擾的因素 并且從軟硬件兩個方面做 了努力 2 服務(wù)器軟件主要的功能是 合并兩臺檢測計算機(jī)生成的弊病報告 查詢檢測 到的弊病圖像 第三章檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 第三章檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 弊病檢測系統(tǒng)的硬件主要由紅外光源 圖像采集 弊病定位 明室暗室機(jī)箱 和機(jī)械結(jié)構(gòu)部分組成 本章將詳細(xì)地介紹檢測系統(tǒng)硬件各組成部分的設(shè)計和實(shí)現(xiàn) 過程 3 1 紅外光源的設(shè)計 我們所檢測的對象為印刷膠片 屬于易感光材料 所以 必須保證光源對膠 片沒有損傷 同時 為了得到理想的圖像質(zhì)量 以便下一步的圖像處理 必須保 證光照均勻并具有足夠的照度 本文通過曝光實(shí)驗(yàn)證實(shí) 選用了9 4 0 n m 的紅外 l e d 作為光源的構(gòu)成元素 通過實(shí)驗(yàn)確定合適照明時所需要的l e d 排數(shù) 在此 基礎(chǔ)上制作了光源電路板 然后通過多塊電路板拼接滿足了被檢膠片對照明長度 的需求 為了保證光照的均勻性 選用了朗伯光濾波器作為均衡光照的材料 最 后 設(shè)計了機(jī)械結(jié)構(gòu) 使它們成為一體 一 曝光實(shí)驗(yàn) 被檢測的膠片為激光照排片 1 主要有以下型號 l p 6 3 2 8 i i r l i i 和 l p 一7 8 0 對于l p 一6 3 2 8 i i 膠片 它主要適用于激光器波長為6 3 2 g r i m 6 5 0 n x n 6 6 0 r i m 6 7 0 n m 的激光照排機(jī) r l i i 主要適用于激光光源處在6 3 2 8 n m 6 8 0 n m 之間的激光照排機(jī) l p 7 8 0 膠片 主要針對的為激光光源波長為7 8 0 r i m 的紅 外激光照排機(jī) 為了對所有的膠片采用同一種照明光源 所以必須選擇一種波長 合適的光源 實(shí)驗(yàn)證明 波長9 4 0 r i m 對于膠片來說為安全光 在暗室中 將樂凱二膠廠提供的不同型號的膠片裁成長條 采用9 4 0 r i m 波長 的光源 分別進(jìn)行時間分別為l s 1 5 s l m i n 5 m i n 3 0 r a i n 的曝光實(shí)驗(yàn) 經(jīng)顯 影驗(yàn)證 對膠片沒有任何傷害 二 紅外l e d 的技術(shù)性能 光源的組成元素l e d 采用的是臺灣億光電子工業(yè)有限公司生產(chǎn)的直徑5 m m 的紅外l e d 型號為i r 3 3 3 h o a 其主要技術(shù)性能i l 刨為 峰值波長z 口 9 4 0 n m 視角2 護(hù)壇 4 0 1 4 第三章檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 光譜寬度 4 5 n m 正向電壓 1 2 v 典型值 高的輻射強(qiáng)度e 7 8 m w s r 正電流為2 0 m a 時的典型值 材料 g a a l a s 1 0 0 相8 0 瑟6 0 射 襲4 0 2 0 0 r 7 p 螄 t 扣2 5 七 ji j f 相 藩一 囂d g 窶 塹盯 一面一曲一m d佰如對 糞蒸 波長 咖 波長 n m a 光譜分布特性曲線 b 相對輻射強(qiáng)度一角度位移關(guān)系 圖3 1i r 3 3 3 h 0 a 特性曲線 由圖3 1 0 光源在短波段方向上的截止頻率為8 8 0 r i m 這對于被檢測的膠 片來說屬于安全光 采用l e d 作為光源還有另一個優(yōu)點(diǎn) l e d 的壽命比普通光 源的壽命要長 三 光源電路板的設(shè)計 系統(tǒng)光源是由7 塊光源電路板組成 每塊光源電路板是由1 2 0 只紅外l e d 組成 每塊電路板中 采用l o 支l e d 串聯(lián) 然后并聯(lián)1 2 組 為了保證光照的 強(qiáng)度 電路板寬度方向上分成四排排列 為了保證l e d 正常而穩(wěn)定的工作 使 得l e d 工作在典型電壓1 2 v 下 所以 供電電源采用1 2 v 的穩(wěn)壓電源 之所 以采用穩(wěn)壓電源 是為了防止電源電壓的不穩(wěn)定造成的光照的不穩(wěn)定 以及由此 而引起的l e d 的壽命減少 圖3 2 為單塊光源電路板實(shí)物圖 它采用單面板結(jié)構(gòu) 尺寸為 2 1 4 m m x 7 0 r a m 系統(tǒng)采用的為7 塊電路板組成 所以光源長度為 2 1 4 r a m 7 1 4 9 8 m m 這對于寬幅最多為1 3 0 0 m m 的膠片來說已經(jīng)足夠 1 5 第三章檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 四 照明方式 力的選擇 圖3 2 光源電路板實(shí)物圖 照明方式是系統(tǒng)中的一個重要部分 它對系統(tǒng)的整體性能起著非常關(guān)鍵的作 用 照明可以分成兩種不同的方式 一種是明場照明 一種是暗場照明 所謂明 場指的是 得到的背景的對應(yīng)像素較弊病對應(yīng)像素要亮 如圖3 3 a 所示 相應(yīng) 地 暗場指的是 背景為暗的 而弊病對應(yīng)的像素是亮的 如圖3 3 b 所示 a 明場照明 b 暗場照明 圖3 3 明場照明和暗場照明下得到的弊病圖像 圖3 4 表示了明場照明 圖3 4 a 和暗場照明 圖3 4 b 的工作原理 明場照 明使用的是漫射光 由于漫射光的入射角有一個很大的范圍 因此攝像頭的角度 可以有一活動范圍 不用進(jìn)行精確的定位 給光源結(jié)構(gòu)的設(shè)計帶來了方便 與明 場照明相反 暗場照明使用的是平行光 而攝像頭放置在不是反射角的位置上 一般是在垂直方向上 如果反射表面是絕對光滑的 那么攝像頭就采集不到反 射來的光 如果表面上有三維缺陷 凹凸性的缺陷 那么此時反射角不等于入射 角 這樣攝像頭就可以采集到反射過來的光 因此 暗場照明適用于三維的缺陷 如劃痕 拉絲等 而明場照明 它適用二維的缺陷 比如涂層不勻 脫涂和刮點(diǎn) 等 同時 在一定的檢測能力范圍之內(nèi) 由于三維的缺陷也會衰減反射光的強(qiáng)度 所以 明場照明也可以檢測到三維的缺陷 由于車間現(xiàn)場的空間條件的限制 考 慮到對典型弊病的檢測要求 采用明場照明方式作為本檢測系統(tǒng)的照明方式 1 6 第三章檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 翌 盟 圖3 4 照明的工作原理 五 光源機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 光源的結(jié)構(gòu)如圖3 5 所示 光源結(jié)構(gòu)采用箱體結(jié)構(gòu) 箱體各面都是一塊獨(dú)立 的板 相互之間用螺絲固緊 方便拆卸和更換電路板和朗伯光濾波器 光源兩側(cè) 面板有螺紋孔 以便用于調(diào)節(jié)照明角度 并將光源固緊到整體結(jié)構(gòu)上 箱體的前 后側(cè)面板上打有散熱孔 將內(nèi)部產(chǎn)生的熱量排出 箱體的下面是光照出口 為了 在檢測膠片上得到均勻的照明 前面加了一層朗伯光濾波器 朗伯光濾波器的特 性類似于毛玻璃 但是它有以下優(yōu)點(diǎn) 重量輕 不用加工 易于更換 光強(qiáng)透過 率較毛玻璃要高 它可以使得被檢測膠片上有均勻的光照 同時 由于它發(fā)出的 光具有朗伯 漫射 特性 所以 更適合于明場照明方式 圖3 5 光源的實(shí)物圖 此外 由于膠片的表面類似于鏡面 所以 朗伯光濾波器會在膠片上成像 如果朗伯光濾波器的表面比較均勻的話 對檢測不會造成影響 但是 由于朗伯 光濾波器的材料和安裝的原因 表面特性不可能做到理想 所以 為了避免朗伯 光濾波器在膠片上形成的像對檢測造成影響 應(yīng)該讓朗伯光濾波器的像不能通過 檢測光學(xué)系統(tǒng)成清晰像 可以通過拉大光源和膠片的距離來實(shí)現(xiàn) 但是 距離的 拉大會造成被檢膠片上光強(qiáng)的減弱 所以 實(shí)際安裝時 應(yīng)該在保證朗伯光濾波 器的像對檢測沒有影響的情況下 光源應(yīng)該盡可能的靠近被檢測膠片 1 7 第三章檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 2 圖像采集部分 圖像采集部分是系統(tǒng)的重要的部分 其成像質(zhì)量的好壞直接影響到下一步的 處理 圖像的采集部分包括鏡頭 鏡頭接圈 c c d 攝像機(jī) 圖像采集卡和檢測 計算機(jī) 物體經(jīng)過鏡頭成像至0 位于像面上的c c d 光敏芯片上 c c d 對其迸行光 積分 并且通過量化后 轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖倒瑚 通過1 0 m 長的電纜線 傳到明室 中的檢測計算機(jī)中 為下一步的軟件處理做好準(zhǔn)備 為得到好的成像質(zhì)量必須考 慮以下幾點(diǎn) 滿足成像條件 物像關(guān)系 可調(diào)焦 光源光譜和c c d 相機(jī)的光譜 響應(yīng)的匹配 鏡頭在光源光譜波段的響應(yīng)和光照 下面將詳細(xì)地介紹有關(guān)圖像采 集部分的設(shè)計 3 2 1c c d 相機(jī)的選擇 考慮到我們的檢測所需要的只是圖像的灰度信息 我們應(yīng)該選擇黑白c c d 攝像機(jī) 根據(jù)檢測的要求 橫向的分辨能力要達(dá)到8 0 p e r a 寬幅為1 3 0 0 r a m 所 以c c d 相機(jī)在橫向的像素數(shù)至少要為 1 3 0 0 m m 8 0 t m a 1 6 2 5 0 而當(dāng)前c c d 的 產(chǎn)品系列中沒有橫向像素數(shù)為這么大的c c d 相機(jī) 所以 必須采用多個c c d 相機(jī)組合 同時隨著c c d 數(shù)量的增加 相應(yīng)的同步和控制技術(shù)的難度就隨著增 加 所以盡可能地少用c c d 攝像機(jī) 考慮有沒有橫向像素數(shù)大于1 6 2 5 0 2 8 1 2 5 的c c d 相機(jī) 調(diào)查發(fā)現(xiàn)有8 1 9 2 像素的c c d 相機(jī) 所以 我們可以選用2 臺橫 向像素數(shù)為8 1 9 2 的c c d 攝像機(jī)用于檢測目的 c c d 相機(jī)分成線陣和面陣兩種形式 對于橫向像素數(shù)為8 1 9 2 的相機(jī)來說 面陣的工業(yè)用c c d 的造價要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)用線陣c c d 相機(jī) 并且由于面陣c c d 相機(jī)在合同規(guī)定的運(yùn)行速度下極易產(chǎn)生運(yùn)動模糊 因此得到的弊病圖像不利于下 一步的辨識工作 另一方面 由面陣c c d 相機(jī)得到的圖像數(shù)據(jù)最小為一幀 圖 像數(shù)據(jù)量很大 可達(dá)4 8 m 所以在圖像處理上需要消耗較多時間 而線陣c c d 卻可以隨意的設(shè)置虛擬的幀 利于進(jìn)行實(shí)時的處理 同時 合同對縱向分辨能力 要求達(dá)到5 0