基于HALCON软件火花塞间隙测量中的机器视觉检测系统设计
摘要：基于机器视觉的检测技术具有非接触、在线实时、速度快、抗干扰能力强等优点，它适应了现代制造业的进步和发展要求。系统主要通过镜头、摄像机，图像采集卡等完成图像的采集，介绍了机器视觉系统的概念,提出了机器视觉系统的典型组成,在进行用户需求分析的基础上,详细讨论了如何利用光源、光学镜头、摄像机、图像采集卡以及图像处理软件等主要部件来设计开发一个焊缝机器视觉应用系统的关键技术.最后给出了一个焊缝检测应用实例和基于机器视觉技术的榴莲体积测量，并在现有的实验条件下进行研究和分析。对榴莲包装，贴加标签。
关键词：机器视觉;图像处理;光源;系统设计；榴莲体积
Design of a machine vision system
Abstract: Machine vision based detection technology has of non-contact, online real-time, fast, strong ability of anti-interference, which adapt to the progress and development of modern manufacturing requirements. Compared with the traditional measurement, under the experimental conditions on hand, a spark plug gap measurement method based on machine vision technology is proposed and analyzed in this paper. The system is mainly through the lens, camera and image capture card, and use the measurement, regional characteristics, affine transformation and one-dimensional edge detection, and introduces the image processing in the software. such as calibration, one-dimensional edge detection, and introduces the image processing in the software. Through the reasonable collocation of software and hardware, we complete the spark plug gap measurement.
Key Words：Machine Vision, Image Processing, Spark Plug, durian volume
目录
第一章 机器视觉系统概述 1
1.1课题的研究背景 1
1.2基本概念组成 1
1.3高质量图像的评判标准 3
第二章 用户需求分析 4
第三章 机器视觉系统的方案设计 5
3.1光源 5
3.2镜头 6
3.3摄像机 7
3.4图像采集卡 9
3.5图像处理软件 10
3.6其他部件 10
第四章 应用实例 12
4.1视觉系统流程原理 12
4.2执行机构流程 13
4.3 PLC电器原理 14
4.4程序流程分析 17
4.5流水线工作流程 18
第五章 结论与展望 24
致谢 26
参考文献 27
附录 28
外文翻译 29
中文 31
第一章 机器视觉系统概述
1.1课题的研究背景
视觉在人类观察和认知世界的过程中扮演极为重要的角色.据统计人类从外部世界获取的信息约有80%来自视觉器官。赋予计算机或机器以人类的视觉功能是40多年来科技工作者研究的热点,目前已经形成一门发展迅速的新兴学科,它可以代替人眼对目标进行识别、跟踪测量和检验以及机器人导航等方面的工作。但是对于不同用户的非专业性、模糊性需求,硬件的选择以及软件的复杂性等多种因素的困扰,如何组建一个成功的机器视觉系统显得尤为重要。本文从机器视觉系统的基本组成单元,较为详细指出系统设计过程中一些关键问题,便于从事机器视觉行业的人员参考。
一、选题简介、意义
机器视觉系统就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。是用于生产、装配或包装的有价值的机制。它在检测缺陷和防止缺陷产品被配送到消费者的功能方面具有不可估量的价值。
机器视觉可以说与我们的生活息息相关，我们大家都知道的智能手机，在生产生活中机器视觉应用广泛，在工厂的生产流水线上做好的产品需要进行质量检测，该产品是否合格，如果人工检测，不光效率低检测质量也得不到保证，人工检测还会出现疲惫。但是加入机器视觉系统的机器就可以大大加快检测速度，检测质量与精确度也得到了保障。
随着生活水平的日益提高，人们在生活物质和精神方面都有所改变，本次设计对榴莲的大小进行筛选，得到更好的榴莲提供给消费者。榴莲果中营养极丰富，含有大量的糖分，热量高。其中，蛋白质的含量为2.7％，脂肪含量为4.1％，碳水化合物为9.7％ ，水分82.5％，维生素含量丰富，维生素A、维生素B：和维生素C都较高。大量研究证明，维生素A是人体必需的重要微量营养素，具有维持正常生长、生殖、视觉及抗感染的生理功能。人体需要维生素A维持上皮细胞组织健康、正常视力、促进生长发育；增加对传染病的抵抗力。此外，榴莲果中氨基酸的种类齐全，含量丰富，除色氨酸外，还含有7种人体必需氨基酸，其中，谷氨酸含量特别高。动物实验进一步证明，谷氨酸是核酸、核苷酸、氨基糖和蛋白质的重要前体，参与其合成代谢，能提高机体的免疫功能，调节体内酸碱平衡，以及提高机体对应激的适应能力。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
设计内容：
通过对机器视觉技术极其相关设备的学习了解，在HALCON软件的基础上设计一
套应用在火花塞间隙测量中的机器视觉检测系统。
设计思想：
主要对视觉检测系统的图像处理部分和图象采集系统进行设计，对一些关键元件(如光源、摄像机、图象采集卡等)的型号和性能参数等进行详细的探讨，借助比较成熟的图象处理技术和算法，对采集的图象进行实时处理和比较分析。采用模块化的设计思想和面向对象的技术，对机器视觉尺寸检测系统进行软件开发，实现运动控制、图象采集、图象处理与尺寸检测等基本功能及其辅助功能。
工作方法：
使用HALCON软件，在图像采集中使用远心镜头和平行背光源，选用适当的算法。
首先标定摄像机，然后使用鲁棒的匹配算法在图像中找到榴莲。根据匹配的姿态，对用于测量的感兴趣区域进行调准。测量是对榴莲体积进行一维边缘提取得到其灰度轮
廓来实现的。具体工作流程如图1所示。
图像的采集 → 标定摄像机 → 确定榴莲在图像上的位置并建立模型 →
定义实际大小测量的体积 → 一维边缘提取得到灰度轮廓 →
将两个边缘点变换到摄像机坐标系统，得到测量结果
三、设计（论文）体系、结构（大纲）
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
一个典型的工业机器视觉应用系统包括如下部分：光源，镜头，CCD照相机，图像处理单元（或图像捕获卡），图像处理软件,监视器，通讯/输入输出单元等。首先采用摄像机获得被测目标的图像信号， 然后通过A/ D 转换变成数字信号传送给专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息，进行各种运算来抽取目标的特征，然后再根据预设的判别准则输出判断结果，去控制驱动执行机构进行相应处理。机器视觉是一项综合技术，其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术，光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等。 机器视觉强调实用性，要求能够适应工业现场恶劣的环境，要有合理的性价比、通用的工业接口、较高的容错能力和安全性，并具有较强的通用性和可移植性。 它更强调实时性，要求高速度和高精度。
视觉系统的输出并非图像视频信号，而是经过运算处理之后的检测结果，如尺寸数据。上位机如PC和PLC实时获得检测结果后，指挥运动系统或I/O系统执行相应的控制动作，如定位和分选。从视觉系统的运行环境分类，可分为PC-BASED系统和PLC-BASED系统。基于PC的系统利用了其开放性，高度的编程灵活性和良好的Windows界面，同时系统总体成本较低。以美国DATA TRANSLATION公司为例，系统内含高性能图像捕获卡，一般可接多个镜头，配套软件方面，从低到高有几个层次，如Windows95/98/NT环境下C/C++编程用DLL，可视化控件active X提供VB和VC++下的图形化编程环境，甚至Windows下的面向对象的机器视觉组态软件，用户可用它快速开发复杂高级的应用。在基于PLC的系统中，视觉的作用更像一个智能化的传感器，图像处理单元独立于系统，通过串行总线和I/O与PLC交换数据。系统硬件一般利用高速专用ASIC或嵌入式计算机进行图像处理，系统软件固化在图像处理器中，通过类似于游戏键盘的简单装置对显示在监视器中的菜单进行配置，或在PC上开发软件然后下载。基于PLC的系统体现了可靠性高、集成化，小型化、高速化、低成本的特点，代表厂商为日本松下、德国Siemens等。
参考文献
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